聚合物绝缘材料在油中高温高压双因子作用下的绝缘特性试验研究

传统变压器大量应用的绝缘纸及绝缘纸板在高温下容易分解，是变压器普遍不能过负载运行的重要原因之一，此外，应用绝缘纸板也限制了进一步缩小变压器体积，并且绝缘纸板原材料还依赖于进口。然而，经过多年的发展，聚合物材料由于其优异的电气、机械性能，已在电气工业中获得了广泛的应用，但直接用于变压器制造还很少。本项目拟针对油浸式变压器对绝缘材料的使用要求，根据各种聚合物材料具有的基本性能，选择低介电常数和介电损耗，高电气强度和绝缘电阻的聚合物材料，开展模拟变压器实际运行环境下的聚合物材料/变压器油绝缘新体系的耐油溶性、高温/高场强下的老化性能以及温度对其绝缘特性的影响等研究，寻找适合应用到变压制造的能够替代当前绝缘纸(板)的聚合物材料或者在目前聚合物材料性能的基础上提出改性要求以使满足变压器制造的要求。

传统变压器大量应用的绝缘纸及绝缘纸板在高温下容易分解，是变压器普遍不能过负载运行的重要原因之一，此外，应用绝缘纸板也限制了进一步缩小变压器体积，并且绝缘纸板原材料还依赖于进口。然而，经过多年的发展，聚合物材料由于其优异的电气、机械性能，已在电气工业中获得了广泛的应用，但直接用于变压器制造还很少。本项目针对油浸式变压器对绝缘材料的使用要求，根据各种聚合物材料具有的基本性能，选择了聚酯薄膜（PET）、聚碳酸酯（PC）、聚四氟乙烯和聚苯硫醚四种低介电常数和介电损耗，高电气强度和绝缘电阻的聚合物材料，展开了油中变压器实际运行场强下90℃、110℃、130℃三个温度下的加速老化试验，分阶段分别对其介电常数，介质损耗、击穿强度、体积电阻率、局部放电起始电压等电气参数，以及机械性能、SEM和红外光谱以及油中溶解气体等进行了测试和分析，同时与绝缘纸进行了对比。从油纸绝缘与四种聚合物材料3个老化温度不同老化阶段电气参量测试结果的对比分析可以看出，除了聚苯硫醚与聚酯薄膜击穿场强低于油纸绝缘外，四种耐高温聚合物材料三个老化温度不同老化阶段的电气特性均优于绝缘纸。从油纸绝缘以及四种聚合物材料3个老化温度不同老化阶段机械性能、电镜扫描以及红外光谱图测试结果的对比分析可以看出，130℃电热老化条件下，除了聚四氟乙烯机械性能比较好、吸收峰基本无变化外，油纸绝缘及其它三种聚合物材料的机械性能随着老化时间的增加逐渐变差，试品表面出现较多的孔洞、裂纹等结构缺陷以及吸收峰均有明显变化；但是110℃电热老化情况下只有绝缘纸的机械性能随着老化时间的增大变的很差，试品表面出现较多的孔洞、纤维断裂等结构缺陷以及吸收峰变化较明显，而四种耐高温的聚合物材料机械性能仍然很好，表面微观结构变化不明显，吸收峰的强度与位置变化非常小。试验结果表明，四种聚合物材料中，聚碳酸酯无论在电气参数性能还是耐老化性能等方面均优于油浸绝缘纸，更适合在高电压、大容量的变压器中使用。本项目的研究工作对于提高变压器性能和开展新型变压器研制有重要参考意义。