纳米植物绝缘油的纳米粒子分散稳定机制与击穿机理研究

Adding nano-particles into the insulating oil will effectively improve the dielectric strength and the thermal performance of the insulating oil. Nano-insulating oil adapt to the development direction of the large capacity, ultra-high voltage level and smart of power transformers,and have high economic and social benefits. However, as a new type of insulating oil, there are two issues hinder the nano-insulating oil application in power transformers： (1) The factors influence nano-insulating oil stability were not fully understood, few study about the nano-materials physicochemical properties influence the stability of the insulating oil. (2)The mechanism how nano-particles improve the insulating oil dielectric properties is unclear. This study intends to explore the influence mechanism the physicochemical properties such as particle size, type and magnetic on breakdown and stability performance of insulating oil,then preparation excellent electrical properties, stable dispersion nano-insulating oil. Support experimental and theoretical basis for Nanotechnology modified insulating oil.

向绝缘油中添加纳米粒子可有效的提高绝缘油的介电强度，改善绝缘油的散热性能。纳米绝缘油适应电力变压器大容量、超高电压等级和小型化的发展方向，具有较高的经济效益与社会效益。然而作为一种新型绝缘油，两方面的问题阻碍了纳米绝缘油在电力变压器中的推广应用：（1）对影响纳米绝缘油长期分散稳定性的因素不完全了解，缺乏纳米植物绝缘油分散稳定性机理研究（2）对纳米植物绝缘油的击穿性能研究较少，对纳米粒子如何提高植物绝缘油介电性能的作用机理尚不明确。本研究拟探究纳米材料的种类、粒径及磁性等理化特性对纳米绝缘油击穿性能、稳定性的影响机理，制备电气性能优良、分散性稳定的纳米绝缘油，为纳米技术改性绝缘油提供实验基础和理论依据。

植物绝缘油是新兴的一种高燃点和可再生的天然酯液体电介质，不仅已在配电变压器中得到相当应用，也正在输电电压等级的大型电力变压器中示范应用。近年来，研究结果表明在矿物绝缘油中添加纳米粒子形成的纳米流体具有显著改善的介电强度和导热性能。因此，本项目制备了包含Fe3O4纳米粒子的高稳定性纳米植物绝缘油，通过油酸表面活性剂与Fe3O4纳米粒子的成键情况分析，研究了不同粒径、制备方法及纤维杂质对纳米粒子在植物绝缘油中的分散稳定性的影响，发现高温分解法所制得的Fe3O4纳米粒子与油酸表面活性剂通过共价键紧密结合，从而在植物绝缘油中长期稳定单分散，当纳米植物绝缘油中含有纸纤维等杂质时，该纳米绝缘油仍具有优异的分散稳定性；通过研究Fe3O4粒径对纳米植物绝缘油及油纸的工频击穿电压和正、负极性雷电冲击击穿电压的影响，揭示了不同粒径纳米粒子对纳米绝缘油的相对介电常数、体积电阻率、介质损耗因数、空间电荷密度和离子迁移率等介电参数的影响规律，发现了较大的Fe3O4纳米粒子可明显抑制流注发展速率和空间电荷积累，从而提高了纳米植物绝缘油及油纸的击穿电压。通过热刺激电流法测量了包含不同粒径及表面活性剂厚度的Fe3O4纳米粒子的绝缘油的陷阱深度，分析了纳米粒子表面活性剂在电场中的极化行为，并据此提出了计算含有不同粒径和表面活性剂厚度的纳米粒子的绝缘油陷阱深度的改进数学模型；通过瞬时热线法测量了包含不同粒径及表面活性剂厚度的Fe3O4纳米粒子绝缘油的导热率，分析了纳米粒径、表面活性剂厚度、纳米吸附层等多因素对纳米绝缘油导热性能的影响特性，建立了纳米绝缘油导热率的计算模型；研究了抗氧化性能富勒烯（C60）纳米粒子对植物绝缘油热稳定性的影响，发现了可降低植物绝缘油介质损耗因数并提高其体积电阻率的C60纳米粒子最优配比浓度,研究并获得了纳米植物绝缘油的酸值、介质损耗因数、体积电阻率随老化时间的变化规律，发现C60纳米粒子具有提高植物绝缘油长期抗老化能力的效果。