特高压换流变压器阀侧套管油浸绝缘纸表面电荷积聚与击穿机理研究

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1、特高压换流变压器阀侧套管油浸绝缘纸表面电荷积聚与击穿机理研究SurfaceChargeAccumulationandBreakdownMechanismofOil-ImpregnatedPaperinValveSideBushingofUHVConverterTransformer一级学科：电气工程学科专业：高电压与绝缘技术研究生：李晓龙指导教师：杜伯学教授天津大学电气自动化与信息工程学院二零一七年五月万方数据独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表

2、或撰写过的研究成果，也不包含为获得天津大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。学位论文作者签名：签字日期：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解天津大学有关保留、使用学位论文的规定。特授权天津大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。（保密的学位论文在解密后适用本授权说明）学位论文作者签名：导师签名：签字日期：年月日签字日期：年月日

3、万方数据中文摘要换流变压器与换流阀共同作为交流和直流系统的连接枢纽，其阀侧套管既要承受交流电场，又要承受直流、交直流复合以及极性反转电场作用，易发生绝缘破坏。本文以阀侧套管油纸组合绝缘的绝缘纸为研究对象，研究分子结构调控处理对纤维素绝缘纸结构的影响规律，揭示分子结构调控处理对油浸绝缘纸表面电荷、空间电荷以及陷阱能级特性的作用机理。论文主要的研究工作和取得成果如下：（1）利用搭建的分子结构调控平台对纤维素绝缘纸进行了改性处理，并对处理后绝缘纸的化学结构、元素组成和物理形貌等进行表征。发现分子结构调控处理在绝缘纸中引入了高度极化的C-F键，并且使其表面形貌

4、发生改变；经过分子结构调控处理，氟元素引起的自由体积增加以及分子中部分偶极矩的相互抵消导致绝缘纸介电常数降低；当反应过度时，分子结构调控处理引入的深能级陷阱导致绝缘纸介电常数升高。（2）通过分子结构调控对油浸绝缘纸表面处理，发现油浸绝缘纸表面电荷消散明显加快，陷阱能级密度减小；绝缘纸表面形成的氟化层会在外电场作用下俘获电荷并感应反向电场，抑制电荷向试样内部深能级陷阱的注入，导致整体陷阱能级密度降低，抑制表面电荷积累并使电荷消散加快；当反应过度时，分子结构调控处理引入的深能级陷阱将成为主导因素，导致表面电荷消散变慢；经过改性处理，植物油浸绝缘纸表面电荷消

5、散加快，其影响规律及作用机理与矿物油浸绝缘纸情况类似；受绝缘油电荷特性的影响，植物油浸绝缘纸表面电荷消散较快；氟化层的存在抑制了电荷的注入，导致油浸绝缘纸空间电荷注入量明显减少。（3）测试了分子结构调控处理对油浸绝缘纸直流绝缘强度和沿面放电特性，发现经过分子结构调控处理，陷阱能级及电荷动态特性的改善将导致油浸绝缘纸直流击穿强度提高；随着层数增加，平均每层绝缘纸击穿强度下降；由于分子结构调控处理使界面电荷积聚得到抑制，多层情况下其直流击穿强度得到提升；氟化层的存在可以有效提高油浸绝缘纸板的沿面放电电压。本文通过分子结构调控获得了适用于特高压换流变压器阀侧

6、套管的纤维素绝缘纸改性方法，为未来特高压直流输电技术的发展奠定了坚实的理论基础并且提供了重要的技术支持。关键词：换流变压器，阀侧套管，绝缘纸，分子结构调控技术，表面电荷，空间电荷，陷阱特性，沿面放电I万方数据II万方数据ABSTRACTConvertertransformerfunctionsasthehubconnectingthedirectcurrent(DC)andalternatingcurrent(AC)powersystemalongconvertervalve.ThevalvesidebushingissubjectedtoDC,com

7、binedAC-DCandpolarityreversalelectricalfieldbesidesACelectricalfield,thussufferingsevereoperationfailuretotheinsulation.Thisthesisfocusedontheinsulationpaperofoil-paperinsulationsysteminvalvesidebushing,investigatedtheinfluenceofmolecularstructuremodification(MSM)onthestructureo

8、fcellulosepaper,revealedthemechanismofMSMonsurf