基于纤维特性和纸张结构多元统计分析的油纸绝缘性能研究
随着特高压输变电的发展,对绝缘纸的性能提出严苛的要求,如何提高绝缘纸的性能面临巨大挑战。此外,由于油纸绝缘体系的复杂性,能否获得更为准确的影响机制和计算方法,以缩短电力装备的研发周期,降低成本,是研究人员长期以来面临的重要问题。针对纤维特性和纸张结构对绝缘纸电气性能的影响,通过调控打浆和抄造工艺,设计具有不同纤维特性和纸张结构的绝缘纸,利用多元统计分析构建模型,研究“材料-结构-性能”之间的相关性。为提高绝缘纸性能和开发新产品提供理论和技术支持,有助于提升我国特高压变压器用绝缘纸产品的制造技术和质量水平。首先,基于正交试验设计方法,结合极差和方差分析,研究四种制备条件对击穿强度的影响程度;同时,利用Weibull分布构建绝缘纸失效模型,并研究压光处理对击穿强度的影响。结果表明,对绝缘纸击穿强度影响程度为打浆度>打浆负荷>干燥方式>定量,对油浸绝缘纸击穿强度影响程度为打浆度>定量>打浆负荷>干燥方式;四种因素对击穿强度的影响存在协同效应。失效模型的尺度参数可用于描述绝缘纸和油浸渍纸的击穿强度;绝缘纸击穿强度的分散性小于油浸渍纸击穿强度的分散性;压光可以提高击穿强度,并降低击穿强度的数据分散性。其次,研究纤维形态和纸张结构对击穿强度的影响程度,基于灰色关联分析构建击穿强度影响因素量化分析模型。结果表明,影响绝缘纸击穿强度的灰色关联排序为细小纤维>紧度>纤维长度>长宽比>纤维宽度>孔隙率>厚度>透气度,影响油浸渍纸击穿强度的灰色关联排序为纤维长度>长宽比>细小纤维>纤维宽度>紧度>透气度>孔隙率>厚度。各因素对绝缘纸和油浸渍纸击穿强度的影响效果各不相同,是由于油浸渍纸的吸油率不同造成的。此外,引入统计学中的多元分析方法,构建纤维特性和纸张结构与击穿强度的线性回归模型,实现击穿强度的预测。主成分分析表明,提取的三个主成分能够解释原来七个参数95.76%的信息;最佳子集选择将七个参数优化为三个参数,分别为细小纤维含量、厚度和孔隙率。两种方法所得模型预测结果的相对偏差基本在10%以内,具有良好的预测能力,并且油浸渍纸的预测模型精度优于绝缘纸的预测模型。最后,研究掺杂不同纤维对绝缘纸机械性能和电气性能的影响,选择人造纤维天丝纤维和合成纤维聚酯纤维对绝缘纸进行掺杂,制备复合绝缘纸。结果表明,掺杂10%的天丝或聚酯纤维能够提高撕裂度,显著降低绝缘纸的介电常数和介质损耗,并提高绝缘纸的热稳定性,有效减轻老化程度。
- 作者：
- 吴东乐
- 学位授予单位：
- 中国制浆造纸研究院
- 授予学位：
- 硕士
- 学位年度：
- 2020年
- 导师姓名：
- 刘文；刘群华
- 中图分类号：
- TS761.2
- 关键词：
- 油纸绝缘；电气性能；正交试验设计；灰色关联分析；多元统计分析
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