[00111710]大型变压器油纸绝缘老化诊断和抑制技术及应用

变压器是电力系统中最重要的核心设备,变压器的运行状况直接关系到电网的安全可靠运行。35kV及以上电压等级的大型电力变压器中,采用油纸绝缘结构的变压器数量在95%以上。油纸绝缘在电场、温度场、水分等因素共同作用下持续老化,会引发变压器局部放电、沿面闪络和击穿等绝缘故障,严重威胁电力系统的安全稳定运行,甚至危及现场作业人员人身安全。根据国际大电网组织CIGRE工作组统计,油纸绝缘老化失效引起的故障占变压器故障总量的65%。 目前变压器油纸绝缘老化机理尚不完全明确,现有油纸绝缘老化诊断和评价方法检测效率低、准确性不高,且尚无抑制油纸绝缘老化的有效手段。为此,项目组汇聚产学研团队,历时5年开展了大型变压器油纸绝缘老化状态诊断及抑制方法的研究攻关和实践验证,主要创新内容如下： （1）在油纸绝缘老化机理方面,研究了电场、温度和水分等因素对油纸电荷动态特性和沿面放电特性的影响作用,首次实现了表面电荷特性量与油纸绝缘老化程度关联关系的定量表征,进一步揭示了变压器油纸绝缘结构老化损伤机理,解决了复杂工况对绝缘老化产物与进程影响不明的难题。 （2）在油纸绝缘老化诊断方面,分析了电导率、水分以及老化程度对介电响应特性的影响规律,提出了融合变压器介电响应特性的绝缘老化诊断技术,研发了一套变压器老化缺陷预测、诊断、辅助决策的全状态智慧管理软件系统,绝缘老化诊断效率提升16倍,诊断的平均准确率由50%以下提高至92%,解决了油纸绝缘老化程度难以无损定量评估的难题。 （3）在油纸绝缘老化抑制方面,阐明了油纸绝缘多介电参数的协同调节机制,提出了表层分子结构调控、磁控溅射和无机纳米粒子掺杂等油纸绝缘改性方法,显著改善了油纸绝缘在电场、高温和水分等多因素影响下的老化特性,使同等老化程度下的闪络电压提高25%以上,变压器油纸绝缘的预期寿命延长8%,实现了变压器油纸绝缘老化的有效抑制。 项目发表SCI论文15篇,EI及中文核心论文26篇,授权美国专利1项、中国专利8项、软件著作权3项。2018年6月至今,项目成果整体应用于国网天津、山东、江苏、宁夏等电网公司,并在山东电力设备公司等变压器生产单位和北京智盟信通等变压器状态检测服务单位推广应用,累计开展油纸绝缘介电响应测试600余台次、老化抑制改造42台次,实现了变压器油纸绝缘老化状态的无损定量评估,有效抑制了油纸绝缘老化进程,降低了变压器绝缘击穿、爆炸等严重故障发生率,降低了一线作业人员人身风险。项目成果应用以来累计节约费用1.06亿元,新增收入0.95亿元,随着项目成果在电网公司和电力设备制造厂家、检测服务供应商等上下游产业的推广应用,预计年产值可达10亿元以上。