变压器油纸绝缘老化动力学模型及寿命预测

变压器固体绝缘材料(绝缘纸)寿命决定其使用年限,温度和水分是影响绝缘纸纤维素老化降解最主要的因素。以油浸变压器内广泛应用的#25变压器油和普通牛皮纸为实验原料,模拟变压器实际生产流程,制作初始水分质量分数分别为1%、3%、5%的油纸绝缘试品,并将3个水分质量分数的油纸绝缘试品分别在90°C、110°C和130°C下进行了长期的加速热老化。细致分析了不同温度和水分条件下油纸绝缘试品老化过程中绝缘纸聚合度的变化规律以及以聚合度为参量的油纸绝缘老化动力学模型。得到结果如下:老化温度和油纸绝缘初始水分质量分数越高,油纸绝缘试品的老化速度越快,并且油纸绝缘试品在到达其老化后期,绝缘纸聚合度下降速率会减缓;绝缘纸聚合度损失累积动力学模型(式(3))能很好地描述温度和水分作用下的油纸绝缘试品老化过程中绝缘纸聚合度变化规律;温度和水分协同作用下油纸绝缘材料的表观活化能为(101±15)kJ/mol;建立了基于时温叠加理论及聚合度损失累积模型的温度和水分联合作用下普通变压器绝缘纸在矿物油中老化的寿命模型(式(9)),该模型可预测温度和水分两因子作用下油纸绝缘的老化寿命。