高密度電工紙板節點特性評價指標及測試平臺

更新時間：2025-04-02 點擊次數：465

高密度電工紙板作為電力/換流變壓器等大型電力設備的主要絕緣材料，其性能直接影響電力設備甚至電網系統的安全穩定運行。在電力設備的運行過程中，高密度電工紙板會承受多場耦合應力的長時間作用，如溫度場、直流電場、交流電場、交直流復合電場及沖擊電場等。因此，高密度電工紙板的關鍵介電特性及其隨溫度、水分等外界條件的變化規律將直接或間接影響到相關設備的運行可靠性、安全性和使用壽命。

介電特性評價指標

變壓器油紙絕緣結構的運行工況十分復雜且惡劣，油紙絕緣系統作為大型換流變壓器內部及其高壓出線油浸套管的主要絕緣形式，在運行過程中主要承受交直流復合電場及極性反轉電場，造成其與普通的電壓變換電力變壓器絕緣結構設計和絕緣水平要求有很大的不同。在靜態直流電場中，電場強度依據絕緣介質的絕緣電阻呈正比分布；在動態交流電場中，電場強度依據絕緣介質的相對介電常數配比呈反比分布。換流變壓器等大型設備在長期運行過程中，其內部運行環境（溫度和濕度等）的變化會對絕緣紙板的介電特性造成影響，甚至降低整體絕緣性能。因此，本文選擇相對介電常數、體積/表面電阻率作為紙板的介電特性測試指標，紙板溫度和含水量作為影響因素，各項指標對絕緣紙板性能的具體表征如下：

（1）相對介電常數。

紙板的相對介電常數可用來表征電介質的極化強弱，與電介質分子的極性強弱有關，其數值的大小與絕緣結構的電場分布、電荷積聚等特性密切相關，且其還受到溫度、水分等外界因素的影響。

（2）紙板表面電阻率、體積電阻率。

電介質的表面/體積電阻率是表征介質導電性能的宏觀參數，介質內部載流子濃度和載流子遷移率決定了纖維素高分子聚合絕緣紙板的電阻率特性。在紙板的加工過程中，難免會摻雜微量雜質形成載流子，除此之外，少量未參與化合過程的單體以及各種添加劑中，同樣存在少量載流子。遷移率指的是載流子在介質聚合物內部的定向運動，其運動能量的高低與體積、溫度、濕度等有很大關系。例如，電力設備運行溫度升高時，微觀上表現為分子熱運動加強，載流子與其他分子碰撞程度增強，弛豫時間縮短，在宏觀上就表現為絕緣介質電阻率數值下降。因此電阻率數值及其隨溫度、水分等條件的變化可以靈敏地反映絕緣介質的電導能力，是衡量紙板介電特性的重要指標。

測試平臺

對于高密度電工紙板介電特性測試中的待測試樣的選取、測量方案的制定、測量平臺的搭建，嚴格遵循GB/T 1409—1988《固體絕緣材料在工頻、音頻、高頻下相對介電常數和介質損耗因數的測試方法》、GB/T 1410—2006《固體絕緣材料體積電阻率和表面電阻率試驗方法》、IEC 60243—1《2013Electrical strength of insulating materials test methods Part 1: Tests at power frequencies》等標準規定，確保了試驗的一致性和數據的準確性。

（1）表面/體積電阻率測試平臺

電工紙板的表面/體積電阻率測試原理和測試平臺示意圖如圖所示，電阻率測量三電極系統主要由直流電源、試驗腔體和數據采集設備構成，三電極系統為黃銅電極。