二氧化钛纳米粒子对变压器油浸纸板沿面流注的影响机理

It is found that using TiO2 nanoparticle can not only increase positive lightning impulsive breakdown strength of transformer oil, but also both of positive and negative lightning impulsive creeping flashover voltages of oil-impregnated pressboards. Possible modification mechanisms have been proposed to explain the enhanced insulating performances of nanofluids. But there is still lack of a theory to explain the effects of nanoparticles on creeping flashover characteristics of oil/pressboards.. In this project, TiO2 nanoparticles with different morphologies will be synthesized by wet chemical method firstly, and these nanoparticles will be used to prepare the nanofluids and nanofluid-impregnated pressboards. Then the effects of nanoparticles on the initiation and propagation characteristics of creeping streamer at the interface of oil/pressboard will be studied by taking a high speed camera. The trap features and charge transportation characteristics as well as electrical field distribution at the interface of nano-modified oil/pressboards will also be taken into account to explore the mechanism of nanoparticles on the restraint of creeping streamer at the surface of oil impregnated pressboards. This project will provide the theoretical basis for development of new kind of oil-paper system with excellent insulating properties.

研究表明TiO2纳米粒子不仅能够提高变压器油的正极性雷电冲击击穿电压，还能同时提高油浸纸板的正、负极性雷电冲击沿面闪络电压。现有的改性理论能够解释纳米改性变压器油击穿性能提高现象，但是针对纳米粒子如何提高变压器油浸纸板的沿面闪络性能，国内外仍缺乏相应的理论研究。. 本项目利用湿化学法制备具有不同微观结构的TiO2纳米粒子，制备相应的纳米改性变压器油和油浸纸板；系统测量研究纳米粒子特性对变压器油浸纸板沿面流注的产生和发展特性的影响规律；结合纳米改性变压器油纸绝缘介质的界面电场分布特性、陷阱分布和电荷输运特性，提出纳米粒子对变压器油浸纸板沿面流注发展的影响机制，为进一步开发具有优良绝缘性能的纳米改性变压器油纸绝缘系统奠定理论基础。

现有的理论在一定程度上能够解释纳米改性变压器油击穿性能提高的现象，但是针对纳米粒子如何提高变压器油浸纸板的沿面闪络性能，国内外仍缺乏相应的理论研究。 .本项目以TiO2纳米改性变压器油浸纸板上的沿面流注为研究对象，制备了不同尺寸大小和形态的TiO2纳米粒子，利用纳米粒子对变压器油及其油浸制进行改性。利用阴影法测量研究了不同微观特征的TiO2纳米粒子对变压器油浸纸板沿面闪络电压和沿面流注发展特性的影响规律，结合改性前后的陷阱特性和界面电荷输运特性，提出了TiO2纳米粒子抑制油浸纸板沿面流注发展的改性机理。结果发现，随着纳米粒子的尺寸和长径比减小，粒子比表面积增加，改性后的油纸介质的浅陷阱密度增大。油纸界面更多的浅陷阱使得放电过程中的电荷不断地通过入陷和脱陷的形式快速消散，抑制了界面电荷的积累，从而改善了对界面电场畸变作用，降低了流注的传播特性。另一方面，纳米粒子使得绝缘油纸介质的介电常数差异降低，从而降低了极化电荷对流注头部电荷的吸引作用，使得流注更加倾向于朝着油中发展，避免了纸板对流注头部电荷的压缩作用，进而缓解了流注前端的电场强度，降低了流注发展速度，提高变压器油浸纸板的沿面闪络电压。.项目从变压器油浸纸板的界面绝缘强度出发，探索了TiO2纳米粒子的尺寸和形态特性对界面流注发展的影响，拓展了固-液交界面的沿面闪络理论，为进一步开发具有更高绝缘性能的新型变压器油纸绝缘介质奠定了理论基础。依托项目，发表了论文10篇，其中5篇被 SCI 收录，7篇被EI收录;申请发明专利 1 项。