不同含水率下电—热耦合应力对油纸绝缘界面小分子气体扩散特性的影响机制

作者：李云鹏; 王靖瑞; 李庆民; 吴兴旺; 吴杰

来源：高压电器, 2023, 59(08): 12-21.

DOI：10.13296/j.1001-1609.hva.2023.08.002

• 油纸绝缘
• 分子动力学模拟
• 电热耦合
• 扩散机制

油纸绝缘在实际运行过程中，受到电—热耦合应力作用，其内部产生的气体以气泡的形式从界面处析出，造成局部放电甚至绝缘击穿，危害变压器的运行安全。文中通过搭建油纸绝缘电—热耦合实验平台，分别对不同温度、不同电场强度以及不同含水率条件下的油纸绝缘模型进行实验，实验结果表明，随着电场强度以及含水率的提高，气泡析出的起始温度逐渐下降。由此进一步建立油纸绝缘界面分子动力学仿真模型，以绝缘纸老化裂解过程中产生较多的CO2为例，对其在油纸绝缘界面处的聚集状态、相对浓度，扩散系数，氢键作用以及自由体积分数进行了研究。模拟结果表明，升温提高了自由体积分数，促进了CO2分子的布朗运动，较多CO2分子扩散至界面处与绝缘油中，扩散系数提高了187.96%。相同温度作用下，随着电场强度的增大，CO2分子与其他分子间形成的氢键数量减少，导致CO2受到的分子间作用力减小，290 K时，电场从50 kV/m增大到200 k V/m时，扩散系数平均提高了90.41%;360 K时，提高14.02%。含水率的提高使得CO2分子的扩散系数平均提高了367.17%。结果表明，温度和含水率在油纸界面气体分子扩散过程中起主要作用。研究通过微观分子动力学仿真手段，揭示了电—热耦合应力对气体分子扩散的影响机制，为变压器安全运行提供了新的监测评估依据。

• 单位
  新能源电力系统国家重点实验室; 国网安徽省电力有限公司电力科学研究院; 华北电力大学