纳秒脉冲下纳米改性变压器油击穿特性研究

This project is mainly designed to improving the insulating strength of transformer oil due to the rapid development of pulse power and high voltage technology. This project aimed to study the modification effect of nano-modified transformer oil under nanosecond pulse. The research is aimed to reveal the modification mechanism of nano modified transformer oil under nanosecond pulse...The main research contents of this project include the experimental study on the pre-breakdown process of nano-modified transformer oil and the experimental study on the charge accumulation and migration characteristics of the modified oil. Firstly study the influence of different types and microscopic characteristics of nanoparticles on the dielectric strength of transformer oil. Then experimentally study the pre-breakdown streamer process of nano-modified transformer oil under nanosecond pulse by using the schlieren optical technique. In addition the charge accumulation and migration the characteristics of nano-modified transformer oil in nanosecond pulse with varies frequency will also be studied.The main academic achievements expected to include reveal the mechanism of nano size particles on the breakdown process of the nano-modified transformer oil. Those researches will give a theoretical foundation and experimental data for the development of transformer oil with excellent insulation performance under nanosecond pulses.

项目研究内容主要针对目前脉冲功率和特高压技术的快速发展对变压器油的绝缘强度提出更高要求的现状，提出对纳秒脉冲下纳米改性变压器油的击穿过程和改性规律进行研究,揭示纳秒脉冲下纳米粒子对变压器油的击穿过程和绝缘强度的改性机理。.项目主要研究内容包括纳米改性变压器油预击穿过程和改性规律及纳米粒子对改性变压器油中电荷积聚和迁移特性的影响规律和机理。通过实验研究不同种类和微观特性的纳米粒子对改性变压器油的绝缘强度的影响规律，利用纹影光学技术，研究不同频率纳秒脉冲下变压器油的预击穿流注发展过程，最后研究重频纳秒脉冲下纳米改性变压器油中电荷积聚和迁移特性。本项目的研究将获得纳秒脉冲下纳米粒子种类及微观特性对改性变压器油的击穿过程的改性规律，揭示纳米粒子对纳秒脉冲下变压器油击穿过程的改性机理，为开发在纳秒脉冲下具有更高绝缘强度的变压器油奠定理论基础。

本课题研究内容主要针对目前脉冲功率和特高压技术的快速发展对变压器油的绝缘强度提出更高要求的现状，提出对纳秒脉冲下纳米改性变压器油的击穿过程和改性规律进行研究,诠释了纳秒脉冲下纳米尺寸粒子对绝缘油的击穿过程的改性机理。..首先通过对目前经常使用的并且价格较为经济的纳米粒子的进行调研、分析和试验研究，最终选取具备良好的电气绝缘特性的TiO2纳米粒子作为纳米改性变压器油的添加剂，并提出了改性绝缘油的相关制备工艺。通过球磨和超声分散的方法，将油酸分子接枝到纳米颗粒的表面，最终制得了有良好绝缘特性的纳米改性变压器油。..其次利用绝纳秒脉冲放电测试平台试验研究改性前后变压器油的击穿特性，总结其改性规律并分析其改性机理。试验结果显示虽然纳米TiO2改性绝缘油的正极性雷电击穿强度比纯油具有明显提升，但是其纳秒脉冲下的击穿电压与纯油相比并没有明显提升。..最终，本课题根据流体力学建模，并参考绝缘液体放电中的气相过程和气相通道的出现及其对放电发展及放电通道内部载流子迁移过程的作用，搭建了纳秒脉冲下绝缘液体流注放电过程的两相动态模型，利用仿真计算的方式研究了快脉冲下液体电介质中流注放电的过程及作用机理。其仿真结果显示，建模成功的借助Heaviside方程实现了仿真区域内的气相物理与液相物理机制的动态切换与的仿真计算。气相机制的引入改善了现有文献中的流注仿真模型，使其与试验结果更加吻合，加强了对纳秒脉冲下绝缘液体中击穿机理的认识和理解。