換流變壓器是直流輸電系統(tǒng)的核心器件,運(yùn)行時(shí)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(chǎng)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(chǎng)集中,并導(dǎo)致絕緣中的異常放電甚至擊穿。同時(shí),在直流電壓作用下,絕緣紙板中會(huì)積聚空間電荷,從而引起油紙絕緣中電場(chǎng)分布畸變,影響換流變壓器的絕緣性能。鑒于以上問(wèn)題,本文從改善換流變壓器主絕緣和出線裝置中電場(chǎng)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(kāi)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(kāi)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(shí)驗(yàn)室小型造紙?jiān)O(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(duì)納米顆粒進(jìn)行表面修飾,測(cè)試結(jié)果表明所制備的紙板性質(zhì)均一穩(wěn)定,滿足實(shí)驗(yàn)要求。同時(shí),根據(jù)研究需求在實(shí)驗(yàn)室中搭建空間電荷測(cè)試系統(tǒng)、介電參數(shù)及熱刺激電流測(cè)試平臺(tái)。在實(shí)驗(yàn)室中對(duì)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(chǎng)強(qiáng)隨摻雜比例的升高分別表現(xiàn)出升高和下降趨勢(shì),且電導(dǎo)率隨電場(chǎng)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(chǎng)強(qiáng)隨摻雜比例升高呈現(xiàn)先升后降的變化趨勢(shì)。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(duì)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(shì)。電場(chǎng)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(chǎng)分布。為研究納米摻雜對(duì)絕緣紙板空間電荷積聚特性的影響規(guī)律,在實(shí)驗(yàn)室中開(kāi)展了不同納米摻雜組分下紙板中空間電荷的測(cè)試,結(jié)果表明:低納米摻雜比例氧化鋁改性紙板對(duì)空間電荷的注入及電場(chǎng)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(chǎng)強(qiáng)度升高,兩種改性紙板的空間電荷積聚及電場(chǎng)畸變加劇,但空間電荷的消散速率提高。為探究納米摻雜對(duì)改性絕緣紙板介電特性的影響機(jī)理,本文利用分子動(dòng)力學(xué)對(duì)紙板纖維素、碳化硅和氧化鋁的禁帶寬度進(jìn)行仿真計(jì)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(duì)所建立模型進(jìn)行驗(yàn)證。理論分析及實(shí)驗(yàn)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(huì)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(jí)別】：博士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類(lèi)】：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(kāi)發(fā)出 Nomex 絕緣紙并實(shí)現(xiàn)產(chǎn)的同類(lèi)產(chǎn)品則被稱(chēng)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(guò)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(duì)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(guó)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?jiān)谧枞夹�、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(jí)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?jiān)谧枞夹浴⑿阅艿确矫娴膬?yōu)異表現(xiàn)，使其成為廣泛應(yīng)用于 F 級(jí)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)】

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本文編號(hào)：2847807