电工绝缘纸板介电特性及局部放电特性研究

来源 :华北电力大学(北京) | 被引量 : 0次 | 上传用户:gaolch010
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目前大型变压器生产过程中使用的部分绝缘纸板仍然依赖于国外厂家进口。近些年,随着国内电工绝缘纸板原材料和生产工艺的不断优化,国内绝缘纸板制造水平与国外同行业的差距正在逐步缩小。但由于国内对电工纸板基础绝缘特性缺乏系统深入研究,国产纸板“能否用、如何用”的问题亟待解决。介电特性和局部放电特性是电工纸板的重要性能指标。介电特性直接决定变压器中的电场分布,是变压器绝缘设计的基础参数;局部放电可以有效反映材料的绝缘性能,是电工纸板许用场强确定的必备依据。因此,本文针对电工绝缘纸板介电特性及局部放电特性开展研究,剖析进口和国产绝缘纸板介电特性及局部放电特性的差异,给出电工绝缘纸板选用的参考建议,并为油纸绝缘装备结构设计与优化提供基础数据库。因此,根据目前国内外电工绝缘纸板的制造及应用情况,本文选取了6个国内外典型的电工绝缘纸板厂家(国外厂家A、B,国内厂家C、D、E、F)生产的18批次共计270个电工绝缘纸板样品,包含了目前所有大型电力变压器用的电工绝缘纸板,开展了不同温度下的介电特性与室温下的局部放电特性的实测研究,对比了不同厂家、同一厂家不同批次的绝缘纸板介电特性和局部放电特性的差异,主要结论如下:1)试验获得了 20℃-80℃不同温度下绝缘纸板的介电特性,结果表明,随着温度从20℃升高至80℃,绝缘纸板的体积电阻率的数量级从1014Ω·m降低至1012Ω·m,表面电阻率的数量级从1016Ω下降至1015Ω,相对介电常数增大10%左右。这是由于随着温度的升高,纸板内部及表面存在的杂质离子电场作用下的定向迁移率增大,弛豫时间减少,导致体积电阻率以及表面电阻率均呈现随温度升高而减小、相对介电常数呈现随温度升高而增大的趋势。不同厚度绝缘纸板的介电特性测试结果表明,随着厚度的增加,绝缘纸板的体积电阻率和表面电阻率均呈现减小的趋势,相对介电常数呈现增大的趋势。当温度为80℃时,纸板的厚度由1mm增加至3mm,国产厂家F纸板的体积电阻率由5.00×1013 Ω·m降低至 3.50×1013Ω·m,下降 30.0%;表面电阻率由 7.70×1015Ω 降至 3.60×1015Ω,下降53.2%;相对介电常数则从3.40提升至4.30,提升26.5%。2)试验获得了室温下绝缘纸板的局部放电特性,结果表明,不同电工绝缘纸板试样的局部放电起始场强均介于14.7 kV/mm至20.1 kV/mm之间,标准差介于0.91 kV/mm至2.28 kV/mm之间;不同电工绝缘纸板试样的局放起始放电量均介于3.7 pC至4.6 pC之间,标准差介于0.84 pC至1.76 pC之间。3)对比了同一厂家不同批次绝缘纸板的介电特性,结果表明,就厂家B、C和D,厂家D不同批次的产品在80℃下的体积电阻率、表面电阻率和相对介电常数的平均值标准差分别为1.34×1012Ω·m、2.20 ×1014Ω和0.06,厂家D纸板的质量稳定性优于厂家B和C;厂家A生产的纸板在80℃下的体积电阻率、表面电阻率和相对介电常数平均值极差分别为3.26×1013Ω·m、6.46×1015Ω和0.10;厂家E生产的纸板在80℃下的体积电阻率、表面电阻率和相对介电常数平均值极差分别为1.28×1013Ω·m、4.66×1015Ω和0.22,说明厂家E在纸浆原料控制、生产工艺控制的稳定性较差。对比了不同厂家绝缘纸板的介电特性,结果表明,厂家A的绝缘纸板在80℃下的体积电阻率和表面电阻率分别为1.14×1013 Ω.m和4.14×1015Ω,优于其他厂家,厂家B则在表面电阻率和相对介电常数方面表现出优势,分别为4.42×1015Ω和3.39,说明国内厂家绝缘纸板在介电特性方面依然与国外厂家存在差距。4)对比了同一厂家不同批次绝缘纸板的局部放电起始特性,国外厂家A的6个批次绝缘纸板的局放起始场强平均值标准差为1.07 kV/mm,不同批次之间的差异较小,极差仅为1.70kV/mm。而厂家B、C、D和E生产的绝缘纸板的局放起始场强平均值标准差分别为1.26 kV/mm、1.50kV/mm、1.66 kV/mm和1.62 kV/mm。国外厂家A绝缘纸板在局放起始场强控制方面优于其他厂家。对比了不同厂家绝缘纸板的局部放电起始特性,国外厂家A和B的局部放电起始场强分别为18.47 kV/mm和1 8.89kV/mm,明显高于国内3个厂家,说明国产纸板的绝缘性能低于国外同类产品。5)综合电工绝缘纸板介电特性及局部放电特性的比对分析结果,虽部分国内厂家的绝缘纸板在20℃、40℃等较低温度下,其体积电阻率、表面电阻率和相对介电常数与国外产品相比具有优势,但是在接近变压器正常运行的80℃条件下,其介电特性和局放起始特性依然与国外厂家纸板的性能存在差距,说明国外厂家A和B生产的绝缘纸板在介电特性和局放起始特性方面均领先于国内厂家,国内纸板目前尚难以完全取代国外进口产品。
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