換流變壓器是直流輸電系統(tǒng)的核心器件,運(yùn)行時其閥側(cè)主絕緣將承受交流、直流、交直流疊加電壓及極性反轉(zhuǎn)電壓的作用。由于在直流電壓作用下油紙主絕緣中電場分布取決于兩者的電阻率,且該電阻率與溫度密切相關(guān),這使得換流變壓器油紙絕緣結(jié)構(gòu)中更易出現(xiàn)電場集中,并導(dǎo)致絕緣中的異常放電甚至擊穿。同時,在直流電壓作用下,絕緣紙板中會積聚空間電荷,從而引起油紙絕緣中電場分布畸變,影響換流變壓器的絕緣性能。鑒于以上問題,本文從改善換流變壓器主絕緣和出線裝置中電場分布、提升絕緣紙板擊穿性能和抑制紙板內(nèi)部空間電荷的角度出發(fā),開展了納米碳化硅及氧化鋁改性紙板介電特性及作用機(jī)理的研究。所開展的研究工作包括:依據(jù)工業(yè)絕緣紙板生產(chǎn)流程,利用實驗室小型造紙設(shè)備完成改性紙板的制備。為防止納米顆粒團(tuán)聚并提高其在紙板中的留存量,本文利用聚乙二醇作為分散劑對納米顆粒進(jìn)行表面修飾,測試結(jié)果表明所制備的紙板性質(zhì)均一穩(wěn)定,滿足實驗要求。同時,根據(jù)研究需求在實驗室中搭建空間電荷測試系統(tǒng)、介電參數(shù)及熱刺激電流測試平臺。在實驗室中對所制備納米改性紙板的介電特性進(jìn)行研究,結(jié)果表明:納米碳化硅改性紙板電導(dǎo)率及擊穿場強(qiáng)隨摻雜比例的升高分別表現(xiàn)出升高和下降趨勢,且電導(dǎo)率隨電場的提高表現(xiàn)出較好的非線性特性;納米氧化鋁改性紙板的電阻率和擊穿場強(qiáng)隨摻雜比例升高呈現(xiàn)先升后降的變化趨勢。兩種納米改性紙板的電導(dǎo)率都隨溫度升高而增大,其相對介電常數(shù)和介質(zhì)損耗因數(shù)都隨納米摻雜比例升高呈先減小后增大的趨勢。電場分布的仿真分析結(jié)果表明,利用納米碳化硅改性紙板電導(dǎo)率的非線性特性可以有效均化換流變壓器出線裝置中的電場分布。為研究納米摻雜對絕緣紙板空間電荷積聚特性的影響規(guī)律,在實驗室中開展了不同納米摻雜組分下紙板中空間電荷的測試,結(jié)果表明:低納米摻雜比例氧化鋁改性紙板對空間電荷的注入及電場畸變有抑制作用,而納米碳化硅摻雜則加劇了空間電荷的積聚,其空間電荷注入及消散速率較高;隨溫度和電場強(qiáng)度升高,兩種改性紙板的空間電荷積聚及電場畸變加劇,但空間電荷的消散速率提高。為探究納米摻雜對改性絕緣紙板介電特性的影響機(jī)理,本文利用分子動力學(xué)對紙板纖維素、碳化硅和氧化鋁的禁帶寬度進(jìn)行仿真計算,建立了納米顆粒在紙板中的分布模型及納米改性紙板體系的能帶結(jié)構(gòu)模型,并利用改性紙板的熱刺激電流特性對所建立模型進(jìn)行驗證。理論分析及實驗結(jié)果表明,納米摻雜所引起絕緣紙板中陷阱參數(shù)的變化是影響改性紙板介電特性的主要原因,納米氧化鋁的摻雜可使紙板體系中陷阱深度與陷阱密度增加,而納米碳化硅摻雜則相反,且兩種改性紙板中陷阱深度與陷阱密度都會隨納米摻雜比例的上升而下降,從而引起其介電特性和空間電荷積聚特性的上述變化規(guī)律。
【學(xué)位單位】：哈爾濱理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TM855
【部分圖文】：

物纖維絕緣紙代，隨著石油工業(yè)的迅速發(fā)展，多種合成材DuPont 公司率先開發(fā)出 Nomex 絕緣紙并實現(xiàn)產(chǎn)的同類產(chǎn)品則被稱為 Conex，俄羅斯為 F13。Nomex 絕緣紙的主要成分為聚間苯二甲酰切纖維及沉析纖維為原料，經(jīng)過特殊成形和材料，并按功能衍生出 41X 型、46X 型及 4圖 1-2 所示。

N C CH O ONHn圖 1-3 對位芳綸纖維分子化學(xué)結(jié)構(gòu)式Fig. 1-3 The chemical structural formula of PPTA70 年代，我國自主研發(fā)出一種全新的耐高溫材料—子結(jié)構(gòu)如圖 1-4 所示。由其結(jié)構(gòu)可知，芳砜綸屬于芳香高分子主鏈上存在極強(qiáng)的吸電子基團(tuán)（-SO2-），由其構(gòu)好的熱穩(wěn)定性[40]。正是由于芳砜綸絕緣紙在阻燃性、耐學(xué)性能等方面的優(yōu)異表現(xiàn)，使其成為廣泛應(yīng)用于 F 級及的重要絕緣材料。但與上述兩種芳綸紙相比，雖其電氣能還有差距[41, 42]。

結(jié)構(gòu)如圖 1-4 所示。由其結(jié)構(gòu)可知，芳砜綸屬于芳分子主鏈上存在極強(qiáng)的吸電子基團(tuán)（-SO2-），由其的熱穩(wěn)定性[40]。正是由于芳砜綸絕緣紙在阻燃性、性能等方面的優(yōu)異表現(xiàn)，使其成為廣泛應(yīng)用于 F 級重要絕緣材料。但與上述兩種芳綸紙相比，雖其電還有差距[41, 42]。圖 1-4 芳砜綸纖維分子化學(xué)結(jié)構(gòu)式Fig. 1-4 The chemical structural formula of PSA年代，田村順一等人為了提高絕緣紙板的耐熱性能出一種新型耐熱合成紙。由于聚酰亞胺大分子中含O-及-CO 鍵等結(jié)構(gòu)，使得主鏈鍵能較大，分子間作的耐熱性和介電強(qiáng)度，其分子式如圖 1-5 所示[43-46
【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 尹雪;張潤芊;盛明非;楊晶;羅娟;劉崇崇;龍柱;;分散劑對聚酰亞胺纖維紙性能的影響研究[J];江蘇造紙;2015年03期

2 張小偉;劉淑鵬;;云母基復(fù)合絕緣材料研究進(jìn)展[J];材料導(dǎo)報;2015年S1期

3 呂程;廖瑞金;吳偉強(qiáng);劉團(tuán);;納米TiO_2對油紙絕緣介質(zhì)直流空間電荷特性的影響[J];高電壓技術(shù);2015年02期

4 司馬文霞;曹雪菲;楊慶;余斐;施健;宋鶴;;沖擊電壓下3種納米改性變壓器油擊穿特性的比較和分析[J];高電壓技術(shù);2015年02期

5 柏舸;廖瑞金;劉娜;柳海濱;楊麗君;Shakeel Akram;;納米氮化鋁改性對芳綸1313絕緣紙介電特性的影響[J];高電壓技術(shù);2015年02期

6 夏保紅;孫玉利;左敦穩(wěn);趙研;邵靂;呂程昶;劉恒俊;張超;危崇敏;鄭錦坤;;微米α-氧化鋁粉體在水相介質(zhì)中的分散性研究[J];中國粉體技術(shù);2015年01期

7 董明;劉媛;任明;吳雪舟;程渙超;李金忠;;油紙絕緣頻域介電譜解釋方法研究[J];中國電機(jī)工程學(xué)報;2015年04期

8 廖瑞金;劉團(tuán);張福州;袁媛;吳偉強(qiáng);徐積全;;蒙脫土改性熱穩(wěn)定紙的制備及熱老化特性研究[J];電工技術(shù)學(xué)報;2015年01期

9 王飛風(fēng);張沛紅;高銘澤;;納米碳化硅/硅橡膠復(fù)合物非線性電導(dǎo)特性研究[J];物理學(xué)報;2014年21期

10 廖瑞金;呂程;吳偉強(qiáng);劉團(tuán);柳海濱;;納米TiO_2改性絕緣紙的絕緣性能[J];高電壓技術(shù);2014年07期

相關(guān)博士學(xué)位論文 前5條

1 呂程;納米TiO_2改性纖維素絕緣紙的制備和性能研究[D];重慶大學(xué);2014年

2 田付強(qiáng);聚乙烯基無機(jī)納米復(fù)合電介質(zhì)的陷阱特性與電性能研究[D];北京交通大學(xué);2012年

3 劉剛;換流變壓器交直流復(fù)合電場和極性反轉(zhuǎn)電場算法研究[D];華北電力大學(xué);2012年

4 朱孟兆;油浸絕緣紙熱老化機(jī)理的分子動力學(xué)研究[D];重慶大學(xué);2011年

5 唐超;油紙絕緣介質(zhì)的直流空間電荷特性研究[D];重慶大學(xué);2010年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前7條

1 殷丕盛;不同電場強(qiáng)度及溫度梯度下油紙絕緣空間電荷的測量[D];哈爾濱理工大學(xué);2017年

2 劉崇崇;高性能聚酰亞胺絕緣紙的制備及性能研究[D];江南大學(xué);2016年

3 嚴(yán)致遠(yuǎn);聚酰亞胺纖維紙的制備及其性能研究[D];華南理工大學(xué);2015年

4 徐強(qiáng);聚酰亞胺纖維紙基材料的研究[D];陜西科技大學(xué);2013年

5 王旗;微/納米氧化鋁對環(huán)氧樹脂導(dǎo)熱和電氣性能的影響研究[D];上海交通大學(xué);2013年

6 朱婷婷;聚噁二唑滌綸纖維絕緣紙強(qiáng)度的研究[D];大連工業(yè)大學(xué);2009年

7 王春玲;換流變壓器閥側(cè)繞組端部直流電場計算分析[D];華北電力大學(xué)（北京）;2006年

本文編號：2847807