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高电压技术 2024年

作者：鲁博文郑智博甘汶艳黄正勇李剑王谦重庆大学电气工程学院国网重庆市电力科学研究院

油中纤维的显色特征可以评估纸绝缘的老化状态，研究表明油中纤维的平均折射率会随老化时间的增加而增大，但纤维折射率增大的机制尚不明晰。为了探究热老化过程中油中纤维折射率增大的机制，基于纤维素二相体系理论，研究了热老化过程... 详细信息

油中纤维的显色特征可以评估纸绝缘的老化状态，研究表明油中纤维的平均折射率会随老化时间的增加而增大，但纤维折射率增大的机制尚不明晰。为了探究热老化过程中油中纤维折射率增大的机制，基于纤维素二相体系理论，研究了热老化过程中纤维素聚集态中结晶区与无定形区的变化特性，分析了纤维素结晶度随老化时间的变化规律以及纤维素折射率与结晶度的关联关系。在此基础上，建立了纤维素无定形区模型，分析了热老化过程中纤维素无定形区有序程度的变化规律。研究结果表明：热老化过程中纤维素无定形区的重结晶会引起纤维素结晶度增大，纤维素折射率与其结晶度呈正相关，纤维折射率的理论计算结果与试验测试值较相符。模拟计算表明，纤维素无定形区有序程度随老化时间的增加而增大，进一步验证了纤维素无定形区的重结晶现象，揭示了热老化过程中油中纤维折射率增大的机制。该研究可为后续基于油中纤维显色特征评估纸绝缘热老化状态提供理论依据。

关键词：热老化老化特性油中纤维纤维素折射率分子动力学模拟

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变压器油中纤维折射率变化机制及色散染色图像特征提取

变压器油中纤维折射率变化机制及色散染色图像特征提取

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作者：候姝斌重庆大学

学位级别：硕士

电力变压器是电力系统中的关键设备,其安全可靠运行是保证电力正常供应的基础。纸绝缘老化程度决定了变压器的运行年限,纸绝缘老化的准确评估对变压器运行和维护有重要意义。本文研究了热老化过程中纤维折射率变化机制,并采用色散染色... 详细信息

电力变压器是电力系统中的关键设备,其安全可靠运行是保证电力正常供应的基础。纸绝缘老化程度决定了变压器的运行年限,纸绝缘老化的准确评估对变压器运行和维护有重要意义。本文研究了热老化过程中纤维折射率变化机制,并采用色散染色法获取纤维色散染色图像,获得图像特征参数和纸绝缘老化状态之间的关系。论文主要内容有:(1)获得了热老化过程中纸绝缘老化特征量变化规律。通过不同温度下油纸绝缘加速热老化试验,研究了热老化过程中聚合度、油中糠醛含量、油中碳氧气体、水分含量和酸值等五个理化特征量变化规律;获取油中纤维色散染色图像,观测了色散染色图像,研究了色散染色颜色随老化时间变化规律。结果表明,老化初期,色散染色颜色主要为蓝色,随着老化程度的进一步加深,蓝色成分逐渐降低,而红色或橙色成分逐渐增加;老化初期颜色不均度逐渐增加,而在老化中后期,颜色不均度出现降低的趋势。(2)分析了热老化过程中纤维折射率变化机制。采用分子模拟软件通过分析非晶态结构参数获得纤维素无定形区堆积密度变化规律,分析了热老化过程中堆积密度变化引起折射率变化机制;通过对热老化过程中纤维素折射率仿真分析,获得不同仿真时间下的纤维色散曲线,得到了极化程度随仿真时间的变化规律,分析了纤维素折射率和极化程度之间的关系,获得了热老化过程中纤维素折射率变化的原因。结果表明,热老化过程中,纤维素无定型区结构参数发生变化,双体分布函数第一峰峰值逐渐增大,有序畴尺寸增大,原子平均位移减小,即有序性增加,有序范围扩大,证明存在重结晶现象,即堆积密度增大,纤维折射率逐渐增大,纤维色散曲线下降速率逐渐减小,极化程度逐渐增大。综上所述,热老化过程中纤维素折射率增大是堆积密度增大和极化程度增大两者共同作用的结果。(3)提出了油中纤维色散染色图像特征提取方法和色散染色图像特征参数。通过对油中纤维色散染色图像预处理,获得了适合提取老化特征参数的图像。提出了三原色比例和颜色不均匀度两个特征参数,分析了色散染色图像中的三原色比例和颜色不均匀度的统计特征,获得统计特征和聚合度之间的关系,并采用支持向量机进行纤维识别,证明特征参数选择的合理性。结果表明,随着老化时间的增加,油中纤维色散染色图像的三原色蓝色比例b减小,而红色比例r增大,颜色不均度Asm先增大后减小,当纸绝缘聚合度相同时,颜色不均度Asm有明显差异。

关键词：变压器纸绝缘油中纤维色散染色颜色折射率变化机制

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基于油中悬浮纤维荧光特性的纸绝缘热老化诊断方法研究

基于油中悬浮纤维荧光特性的纸绝缘热老化诊断方法研究

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作者：赵浩南重庆大学

学位级别：硕士

纸绝缘是变压器内绝缘寿命的“晴雨表”,目前纸绝缘的寿命评估依靠对聚合度的直接与间接反映,存在着现场应用困难、间接反映不准确等缺点。油中悬浮纤维可以直接反映纸绝缘的老化状态,现有的油中纤维热老化特征量的提取过程繁琐,难以做... 详细信息

纸绝缘是变压器内绝缘寿命的“晴雨表”,目前纸绝缘的寿命评估依靠对聚合度的直接与间接反映,存在着现场应用困难、间接反映不准确等缺点。油中悬浮纤维可以直接反映纸绝缘的老化状态,现有的油中纤维热老化特征量的提取过程繁琐,难以做到无损评估。本文基于简易无损的荧光特性分析,研究了热老化对油中悬浮纤维荧光特性的影响规律及影响机制,提取了基于油中悬浮纤维荧光特性的新型热老化特征量。论文主要内容有:(1)研究了油纸绝缘传统理化特性和绝缘油、油中悬浮纤维荧光特性在热老化中的变化规律。开展了油纸组合绝缘的加速热老化试验,获取了聚合度、油中与纸中水分、油中酸值、碳氧气体和糠醛含量随热老化程度加深的变化规律;利用荧光特性测试平台获取了绝缘油与油中悬浮纤维的荧光特性随热老化程度加深的变化规律。结果表明:随着热老化程度加深,绝缘油荧光激发与发射光谱的强度下降,量子产率明显降低;纤维荧光激发与发射光谱的强度下降并伴随明显红移;蓝色激发下纤维素绝缘纸的荧光显微图像由黄色逐渐向橙红色转变。(2)分析了热老化前后纤维荧光特性的变化机制。通过傅里叶红外光谱分析了热老化中绝缘纸纤维素的氢键变化规律;利用量子化学研究了热老化前后纤维模型的结构参数、前线分子轨道性质与垂直激发/发射能量等变化,并对热老化前后纤维模型的荧光光谱进行了理论计算。结果表明:绝缘纸纤维素的氢键随热老化加深而强度减弱、数目减少;热老化后纤维模型的前线分子轨道能级差变大,垂直激发能与垂直发射能下降,分别导致了电子跃迁的抑制和光谱峰位的红移;纤维模型在热老化前后的理论荧光光谱与试验光谱的规律相同,峰位接近;热老化对纤维刚性结构的破坏是其荧光特性减弱的主要原因,而刚性的削弱主要由氢键强度和数目的下降所致。(3)提取了基于油中悬浮纤维荧光特性的新型热老化特征量。通过荧光的衰减拟合和发射光谱的色彩映射,获取了热老化中纤维荧光寿命和色度坐标的变化规律,并建立了两类特征量与聚合度的关联关系;基于新型热老化特征量,使用支持向量机及其改进模型开展了纤维老化分类试验。结果表明:随着热老化程度加深,纤维的荧光寿命下降,色度坐标的横坐标增大而纵坐标减小;改进的支持向量机模型对纤维老化状态的分类效果有着显著的提升;模型优秀的分类结果验证了新型特征量在反映纸绝缘真实热老化状态上的有效性。

关键词：变压器纸绝缘油中纤维荧光特性热老化

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