不同溫度條件下油浸式套管絕緣特性研究
孫長(zhǎng)海1，馬塽1，陳晨2，宋文卓2，鞠爽1，李天明1
（1 大連理工大學(xué) 電氣工程學(xué)院，遼寧 大連 116024；2 國(guó)網(wǎng)河南省電力公司經(jīng)濟(jì)技術(shù)研究院，河南 鄭州 450052）
摘 要：針對(duì)油浸式套管絕緣性能下降的問(wèn)題，使用頻率響應(yīng)分析儀IDAX300進(jìn)行不同溫度條件下油浸式套管的頻域介電實(shí)驗(yàn)，同時(shí)使用Materials Studio軟件建立不同溫度梯度下絕緣紙纖維素以及油紙結(jié)構(gòu)模型進(jìn)行分析，通過(guò)微觀機(jī)理的研究對(duì)宏觀實(shí)驗(yàn)進(jìn)行解釋。結(jié)果表明：在10-2 ～ 10 Hz頻率段，套管的頻譜曲線隨溫度的增加呈上升的變化規(guī)律。通過(guò)對(duì)絕緣紙纖維素、油紙結(jié)構(gòu)的分子模擬知，隨著模擬溫度的增加，兩者的均方位移呈增加的變化規(guī)律，徑向分布函數(shù)第一峰值呈下降的變化規(guī)律，同時(shí)對(duì)模擬的平衡狀態(tài)進(jìn)行分析，隨著溫度的增加，導(dǎo)致油浸式套管絕緣特性下降的主要原因有絕緣紙纖維素鏈的斷裂、絕緣油的裂解、油紙結(jié)構(gòu)的松散以及水分子擴(kuò)散程度的加大。
關(guān)鍵詞：油浸式套管；頻域介電法；分子模擬；不同溫度條件
中圖分類號(hào)：TM216+.5 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-3175(2020)05-0017-07
Research on Insulation Characteristics of Oil-Immersed Bushing at Different Temperatures
SUN Chang-hai1, MA Shuang1, CHEN Chen2, SONG Wen-zhuo2, JU Shuang1, LI Tian-ming1
（1 School of Electrical Engineering, Dalian University of Technology, Dalian 11 6024, China;
2 State Grid Henan Electric Power Company Economic Technology Research Institute, Zhengzhou 450052, China）
Abstract: Aiming at the problem of decreasing the insulation performance of oil-immersed bushings, the frequency response dielectric test of oil-immersed bushings under different temperature conditions was carried out using frequency response analyzer IDAX300, at the same time, the Materials Studio software was used to establish the insulation paper cellulose and oil paper structure models under different temperature gradients for analysis, and the macro experiments were explained through the study of micro mechanisms.The result shows that: In the frequency range of 10-2～10 Hz, the spectral curve of the bushing increases with the increase of temperature. Through molecular simulation of cellulose and oil-paper structure of insulating paper, as the simulation temperature increases, the mean square displacement of the two is increasing and the first peak of radial distribution function is decreasing.Meanwhile, the simulated equilibrium state is analyzed, with the increase of temperature, the main reasons leading to the decrease of the insulation properties of oil-immersed bushings are the breakage of the cellulose chain of the insulating paper, the cracking of the insulating oil, the looseness of the oil-paper structure and the increase in the diffusion of water molecules.
Key words: oil-immersed bushing; frequency domain dielectric method; molecular simulation; different temperature conditions
參考文獻(xiàn)
[1] 馮達(dá)，柯春俊，吳鍇. 基于頻域介電譜分析的油紙?zhí)坠軤顟B(tài)評(píng)估仿真[J]. 變壓器，2015，52(4)：52-54.
[2] 李文震，陳師寬，馮新文，等. 基于頻域介電譜分析的高壓套管受潮狀況評(píng)估方法[J]. 絕緣材料，2019，52(2)：70-73.
[3] 張書(shū)琦，李金忠，汪可，等. 溫度特征參數(shù)提取及其對(duì)油紙絕緣頻域譜的影響研究[J]. 絕緣材料，2017，50(5)：49-54.
[4] 胡艦，廖瑞金，陸云才，等. 分子動(dòng)力學(xué)模擬技術(shù)在變壓器油裂解微觀機(jī)理的應(yīng)用[C]// 重慶市電機(jī)工程學(xué)會(huì)學(xué)術(shù)會(huì)議，2008：250-255.
[5] 廖瑞金，胡艦，楊麗君，等. 變壓器絕緣紙熱老化降解微觀機(jī)理的分子模擬研究[J]. 高電壓技術(shù)，2009，35(7)：1565-1570.
[6] 廖瑞金，朱孟兆，楊麗君，等. 采用分子模擬法分析變壓器油紙絕緣材料的相互作用[J]. 高電壓技術(shù)，2011，37(2)：268-275.
[7] PAAVILAINEN S, ROG T, VATTULAINEN I.Analysis of twisting of cellulose nanofibrils in atomistic molecular dynamics simulations[J]. The Journal of Physical Chemistry B, 2011，115(14)：3747-3755.
[8] 周利軍，劉偉迪，王東陽(yáng)，等. 基于頻域介電譜法的油浸式套管受潮狀態(tài)評(píng)估[J]. 電力自動(dòng)化設(shè)備，2018，38(11)：134-140.
[9] BLENNOW J, EKANAYAKE C, WALCZAK K, et al. Field experiences with measurements of dielectric response in frequency domain for power transformer diagnostics[J].IEEE Transactions on Power Delivery，2006，21(2)：681-688.
[10] WOLNY S.Aging degree evaluation for paperoil insulation using recovery voltage method[J].IEEE Transactions on Dielectrics and Electrical Insulation，2015，22(5)：2455-2462.
[11] 李維江. 基于介電頻域特性的套管絕緣狀態(tài)評(píng)估研究[D]. 大連：大連理工大學(xué)，2015.
[12] MAZEAU K, HEUX . Molecular dynamics simulations of bulk native crystalline and amorphous structures of cellulose[J]. The Journal of Physical Chemistry B，2003，107(10)：2394-2403.
[13] 趙彤，石雷，張遠(yuǎn)濤，等. 基于分子模擬的絕緣紙高溫裂解過(guò)程水分產(chǎn)生及其破壞作用研究[J]. 中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào)，2017，37(15)：4548-4556.
[14] 王偉，董文妍，李芳義，等. 升溫過(guò)程中水分子在油紙界面處的遷移和聚集行為的分子模擬[J]. 高電壓技術(shù)，2019，45(11)：3539-3546.
[15] 唐超，張松，張福州，等. 變壓器絕緣紙纖維素耐熱老化性能提升的模擬及試驗(yàn)[J]. 電工技術(shù)學(xué)報(bào)，2016，31(10)：68-76.
[16] 張松，唐超，CHEN G，等. 納米Al2O3對(duì)變壓器絕緣紙纖維素?zé)岱€(wěn)定性的影響及其機(jī)理分析[J]. 中國(guó)科學(xué)：技術(shù)科學(xué)，2015，45(11)：1167-1179.
[17] 李加才，陳繼明，朱明曉，等. 基于反應(yīng)分子動(dòng)力學(xué)模擬的變壓器油紙絕緣熱解機(jī)制研究[J]. 絕緣材料，2019，52(6)：79-85.
