纳米改性液体电介质绝缘特性及其内部空间电荷的测量研究

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1、纳米改性液体电介质绝缘特性及其内部空间电荷的测量研究重庆大学硕士学位论文(学术学位)学生姓名：曹雪菲指导教师：司马文霞教授专业：电气工程学科门类：工学重庆大学电气工程学院二O一四年五月MeasurementoftheInsulatingPropertiesandInternalSpaceChargeofNano-modifiedLiquidDielectricAThesisSubmittedtoChongqingUniversityinPartialFulfillmentoftheRequirementfortheMaster’s

2、DegreeofEngineeringByCaoXuefeiSupervisedbyProf.SimaWenxiaSpecialty:ElectricalEngineeringCollegeofElectricalEngineeringofChongqingUniversity,Chongqing,ChinaMay,2014重庆大学硕士学位论文中文摘要摘要液体电介质的击穿特性是影响并制约电力设备及电力系统发展的重要因素，在电力设备运行过程中，液体电介质内部的电场对其绝缘性能有着极大的影响，而空间电荷的出现及分布又对电场的改变起着重

3、大的作用。为了提高变压器油绝缘性能，本文研究了添加不同导电性能的纳米材料改性对液体电介质宏观击穿性能的影响。选取铁磁性导电纳米粒子Fe3O4、半导体纳米粒子TiO2和非导电纳米粒子Al2O3，经不同的表面改性剂处理后，分散于变压器油中，制得纳米改性变压器油，并通过测量透射系数证实了三种纳米改性变压器油的稳定性。通过工频击穿试验、操作冲击击穿试验，对比研究了不同浓度纳米改性变压器油的宏观击穿特性，得出三种纳米改性变压器油能够提高其击穿特性的最佳浓度分别为0.03g/L、0.01g/L和0.02g/L。在纳米改性变压器油的最佳浓度下再

4、对比工频电压和正、负极性下的操作、雷电冲击电压下不同纳米改性变压器油的击穿特性。结果表明，除负极性雷电冲击情况外，三种纳米改性变压器油的冲击击穿特性较之纯净变压器油均有较大程度的提高。其中在最佳浓度下三种纳米改性变压器油的操作正极性击穿电压提高幅度较大，提高幅度分别为44.1%、33.3%和35.5%。试验研究结果显示，经三种纳米粒子改性后变压器油的综合击穿特性较纯净变压器油均有不同程度的改善。基于纳米粒子对电子的捕获理论，从空间电荷分布角度理论上分析了冲击电压下和交流电压下纳米改性变压器油高绝缘特性的机理，同时结合极化理论分析出

5、三种纳米改性变压器油击穿特性差异性的原因。考虑到空间电荷对击穿过程的重要意义，为了进一步试验探究纳米粒子对液体电介质击穿特性提高的机理，本文完成了高Kerr常数液体电介质中空间电场及空间电荷测量平台的搭建及优化；同时在此基础上，考虑了低Kerr常数变压器油的特性，使用灵敏度更高的光电探测器替代高速CCD、增加空间滤波装置，完成了对工程常用液体电介质变压器油中空间电场及电荷测量平台的优化改进，为后续试验奠定了基础。为了较好的观察分析纳米粒子对液体电介质内空间电荷的影响，本文利用测量精度较高的高Kerr常数液体电介质中空间电场及空间电

6、荷的测量平台对平行极板间同一电压下同一时刻纯净和添加纳米改性后碳酸丙烯酯中的空间电场及空间电荷分布情况进行测量比较，结果表明：在添加不同类型的纳米粒子改性后，由于纳米粒子对空间电荷的阻挡作用，纳米改性液体电介质中空间电荷较纯净液体电介质更集中在两极板附近，从而使得添加纳米粒子后平行极板间的电场分布更加均匀，因而纳米改性有助于液体电介质击穿电压的提高。关键词：纳米改性，液体电介质，击穿特性，空间电荷，Kerr效应I重庆大学硕士学位论文英文摘要ABSTRACTDielectricbreakdownofliquidcharacteris

7、ticsisanimportantfactoraffectingandrestrictingthedevelopmentofelectricalequipmentandpowersystems.Intheprocessofelectricalequipmentoperation,internalelectricfieldofliquidhasagreatimpactonitsdielectricinsulationperformance.Theemergenceanddistributionofspacechargeplayasi

8、gnificantroleonchangingtheelectricfield.Inordertoimprovetheinsulationperformanceoftransformeroil,thispaperstudiedtheeffectof