矿用干式变压器Nomex绝缘老化机理研究

矿用干式变压器作为煤矿井下供电系统的动力中心，其工作可靠性直接关系到整个井下的供电安全。随着国民经济对煤炭需求量的增加和煤炭生产技术的进步，矿用干式变压器容量、电压等级和供电距离不断增大，其故障发生率也大幅上升。在矿井干式变压器故障中，因绝缘薄弱处的老化和失效造成的绝缘故障占很大比重。本项目重点针对电-热-水分多应力下矿用干式变压器Nomex绝缘纸的老化和故障机理进行研究，搭建了多因子联合老化实验平台，获得了Nomex绝缘纸微观形貌、聚合度、热稳定性、空间电荷分布、介电特性以及放电特性的演化规律，利用多个特征量表征Nomex绝缘纸老化程度；研究了老化因子（水分、温度、电压）对Nomex老化的影响规律，据此建立了聚合度-绝缘寿命的数学模型，可用于Nomex绝缘纸多因子老化寿命评估。对比分析不同初始水分含量下Nomex绝缘纸频域介电特性的变化趋势，发现提升水分含量能够显著提高Nomex绝缘纸的水解速率，绝缘纸的复介电常数实部与介质损耗因数均出现下降现象。分析了电压、温度和水分对绝缘纸聚合度的影响，发现水分、电压和温度均会加速Nomex绝缘纸的老化，在水分的作用下，温度对Nomex绝缘纸老化更敏感。通过热分析试验探究了不同老化程度绝缘纸动力学参数的变化规律，发现在整个老化过程中，随着聚合度的减小，热焓值与聚合度成指数关系，故可考虑将热焓值作为评判变压器Nomex绝缘纸老化的参量。对不同老化程度下的典型放电进行研究，获得了老化周期、老化因子及环境对局部放电特征参量的影响规律，发现放电参量与老化状态密切相关，为Nomex绝缘纸老化评估提供了实验数据。对不同老化周期Nomex绝缘纸试样进行空间电荷测试，并提取老化特征量，发现陷阱能级密度和深度变化可以用作判断Nomex绝缘老化程度的依据。本项目研究成果为矿用隔爆型干式变压器绝缘状态评估、寿命评估和故障诊断等建立了理论和实验基础。 2100433B

矿用干式变压器绝缘老化是其主要故障形式，也是导致煤矿重大安全事故的主要原因之一。引起变压器绝缘老化的原因很多，其中矿井特殊环境是造成其绝缘老化的关键因素。因此研究Nomex绝缘的老化机理对防止矿井火灾和瓦斯爆炸事故的发生具有重要意义。由于矿井环境特殊，关于矿用干式变压器绝缘老化机理的研究在国内外一直少有人问津。本项目通过建立能够模拟矿井环境条件的多应力因子老化试验系统，确定应力因子强度和老化策略，重点研究矿用干式变压器Nomex绝缘在电、热、机械及环境等应力联合作用下的老化机理，探索老化过程中绝缘理化特性与其绝缘电气性能、机械性能的内在关系；从微观角度出发，结合高分子理论从本质上揭示Nomex绝缘的劣化过程和分解机理；通过建立Nomex纸分解动力学模型，分析其分解速率与应力因子的相关性，并确定应力因子强度与Nomex绝缘老化速度之间的量化关系，为干式变压器Nomex绝缘改性研究提供理论依据

杜邦NOMEX芳香聚酰胺纸

凡是需要电气绝缘的地方，通常就能见到NOMEX芳香族聚酰胺产品，它具有独特而恰当的性能平衡，多年来，被广泛用于变压器，电机，发电机以及其它电气设备以提高电气绝缘的可靠性。

独特的性能组合使NOMEX ；产品具有优良的特性 :NOMEX®；是一种合成的芳香族酰胺聚合物，具有以下优良的特性：

• 绝缘性

固有的介电强度

经过压光处理的NOMEX；产品能耐18～40KV/mm的短时电压场强，无需用清漆及树脂作进一步的处理；

由于NOMEX®；产品具有低的介电常数，因而使得绝缘和冷却介质间的电场分布更为均匀；

• 机械韧性

压光后的NOMEX®；产品强度非常高，且弹性，抗撕裂性及耐磨蚀性都良好，较薄的产品则具有柔韧性；

• 热稳定性

NOMEX®；产品具有UL材料温度等级220°C的认可，代表即使连续置于220°C下能保持有效性能10年以上；

• 兼容性

NOMEX®；基本不受大多数溶剂的影响，而且非常耐酸，碱腐蚀，它亦与所有的清漆，粘合剂，变压器液体，润滑油以及冷涷剂兼容。另外，NOMEX；亦不会被昆虫，真菌及霉菌所破坏；

• 低温性能

在氮的沸点（77K）下，NOMEX；T410型绝缘纸及NOMEX®；993，994型层压板的抗拉伸强度都超过室温下的强度值；

• 潮湿不敏感

NOMEX®；产品在相度湿95%时，其介电强度是完全干燥状态下的90%，同时，很多机械性能实际上有所改善；

• 耐辐射

即使是电离射的强度达800兆拉德（8兆戈瑞），NOMEX®；产品亦基本上不受影响，而且经8次此种剂量的辐射后仍保持其有机械及电气性能；

• 无毒/耐燃

NOMEX®；产品不会对人或动物产生任何已知的毒性反应。NOMEX®；产品在空气中不熔化，不助燃。而且在220°C时其限氧指数（LOI）大于20.8（一般空的燃烧临界值），因此其不会燃烧。NOMEX®；产品符合UL94V-0规定的耐燃要求；

增强变压器功能　提高电机寿命与可靠性

NOMEX；产品在各类变压器（包括敞开通风干式，铸造线圈式和充液式）中可以有多种应用：导线绕扎、层隔绝缘、分段与箱体绝缘、绕圈端部填料、隔板与隔棒等。在敞开通风干式（OVDT）变压器中，NOMEX®；产品可以大大完善这类变压器的设计，减少电损耗，提高备用能力，增加安全性与可靠性，并减少导体和铁芯用钢量，从而缩小尺寸，降低成本。干式变压器的一大优点是可以放置在建筑物内。

NOMEX®；产品亦可以改善充液式变压器的性能，减少检修次数。NOMEX®；产品的通用性与单一性，可以帮助降低库存与成本。

NOMEX®；产品广泛应用于电动机和发电机中，用于槽楔绝缘、相绝缘、端部层压板等。令各类转动设备（交、直流电机，无规线圈和模线绕圈，以至大型汽轮发电机）隔热性更好、机械性更佳、安全性更高、使用寿命更长。

凡是需要电气绝缘的地方，通常就能见到NOMEX芳香族聚酰胺产品，它具有独特而恰当的性能平衡，多年来，被广泛用于变压器，电机，发电机以及其它电气设备以提高电气绝缘的可靠性。

绝缘纸主要特点

独特的性能组合使NOMEX ；产品具有优良的特性 :

NOMEX®；是一种合成的芳香族酰胺聚合物，具有以下优良的特性：

1、固有的介电强度

经过压光处理的NOMEX；产品能耐18～40KV/mm的短时电压场强，无需用清漆及树脂作进一步的处理；

由于NOMEX®；产品具有低的介电常数，因而使得绝缘和冷却介质间的电场分布更为均匀；

2、机械韧性

压光后的NOMEX®；产品强度非常高，且弹性，抗撕裂性及耐磨蚀性都良好，较薄的产品则具有柔韧性；

3、热稳定性

NOMEX®；产品具有UL材料温度等级220°C的认可，代表即使连续置于220°C下能保持有效性能10年以上；

4、化学兼容性

NOMEX®；基本不受大多数溶剂的影响，而且非常耐酸，碱腐蚀，它亦与所有的清漆，粘合剂，变压器液体，润滑油以及冷涷剂兼容。另外，NOMEX；亦不会被昆虫，真菌及霉菌所破坏；

5、低温性能

在氮的沸点（77K）下，NOMEX；T410型绝缘纸及NOMEX®；993，994型层压板的抗拉伸强度都超过室温下的强度值；

6。　对潮湿不敏感

NOMEX®；产品在相度湿95%时，其介电强度是完全干燥状态下的90%，同时，很多机械性能实际上有所改善；

7、耐辐射

即使是电离射的强度达800兆拉德（8兆戈瑞），NOMEX®；产品亦基本上不受影响，而且经8次此种剂量的辐射后仍保持其有机械及电气性能；

8、无毒/耐燃

NOMEX®；产品不会对人或动物产生任何已知的毒性反应。NOMEX®；产品在空气中不熔化，不助燃。而且在220°C时其限氧指数（LOI）大于20.8（一般空的燃烧临界值），因此其不会燃烧。NOMEX®；产品符合UL94V-0规定的耐燃要求；

增强变压器功能　提高电机寿命与可靠性

绝缘纸应用范围

NOMEX；产品在各类变压器（包括敞开通风干式，铸造线圈式和充液式）中可以有多种应用：导线绕扎、层隔绝缘、分段与箱体绝缘、绕圈端部填料、隔板与隔棒等。在敞开通风干式（OVDT）变压器中，NOMEX®；产品可以大大完善这类变压器的设计，减少电损耗，提高备用能力，增加安全性与可靠性，并减少导体和铁芯用钢量，从而缩小尺寸，降低成本。干式变压器的一大优点是可以放置在建筑物内。

NOMEX®；产品亦可以改善充液式变压器的性能，减少检修次数。NOMEX®；产品的通用性与单一性，可以帮助降低库存与成本。

NOMEX®；产品广泛应用于电动机和发电机中，用于槽楔绝缘、相绝缘、端部层压板等。令各类转动设（交、直流电机，无规线圈和模线绕圈，以至大型汽轮发电机）隔热性更好、机械性更佳、安全性更高、使用寿命更长。