变压器油中纤维折射率变化机制及色散染色图像特征提取
发布时间：2021-04-11 14:53
电力变压器是电力系统中的关键设备,其安全可靠运行是保证电力正常供应的基础。纸绝缘老化程度决定了变压器的运行年限,纸绝缘老化的准确评估对变压器运行和维护有重要意义。本文研究了热老化过程中纤维折射率变化机制,并采用色散染色法获取纤维色散染色图像,获得图像特征参数和纸绝缘老化状态之间的关系。论文主要内容有:（1）获得了热老化过程中纸绝缘老化特征量变化规律。通过不同温度下油纸绝缘加速热老化试验,研究了热老化过程中聚合度、油中糠醛含量、油中碳氧气体、水分含量和酸值等五个理化特征量变化规律;获取油中纤维色散染色图像,观测了色散染色图像,研究了色散染色颜色随老化时间变化规律。结果表明,老化初期,色散染色颜色主要为蓝色,随着老化程度的进一步加深,蓝色成分逐渐降低,而红色或橙色成分逐渐增加;老化初期颜色不均度逐渐增加,而在老化中后期,颜色不均度出现降低的趋势。（2）分析了热老化过程中纤维折射率变化机制。采用分子模拟软件通过分析非晶态结构参数获得纤维素无定形区堆积密度变化规律,分析了热老化过程中堆积密度变化引起折射率变化机制;通过对热老化过程中纤维素折射率仿真分析,获得不同仿真时间下的纤维色散曲线,得到了...
【文章来源】：重庆大学重庆市 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：76 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
酸性水解Fig.1.2Acidichydrolysis
规氧化，而对于变压器纸绝缘纤维素来说，主要氧化形式是选择性氧化[4]。纤维素的选择性氧化是指仅仅氧化葡萄糖单元上的C6位上的伯羟基和葡萄糖单元上的C2和C3仲羟基，根据变压器运行工况，葡萄糖分子断链及氧化葡萄糖单元上C序号位置的不同，使纤维素发生不同的氧化反应，产生不同的反应生成物[13]。仅氧化葡萄糖单元C6上的伯羟基可生成醛基，进一步氧化生成羧基，而仲羟基不受影响，氧化葡萄糖单元C2和C3仲羟基产生酮基，进一步氧化生成二醛或羧基，而伯羟基不受影响，C2或C3位的仲羟基被氧化成酮基，其产物为图1.3(e)；C2和C3均被氧化成酮基，其产物为图1.3(f)；C2、C3上的仲羟基氧化成醛基，葡萄糖单元上的吡喃环裂开，其产物为图1.3(a)，进一步氧化，其产物为图1.3(b)；C6伯羟基的选择性氧化产物有两种，分别是纤维素糠醛或纤维素糠醛酸[21,22]，如图1.3(c)，(d)。在变压器长期工况运行下，其氧化产物发生二次氧化，纤维素分子链发生断裂，而断裂过程伴随着水、一氧化碳和二氧化碳等小分子产物，因此变压器纸绝缘聚合度降低[13]，其电气性能和机械性能变差。图1.3氧化降解产物Fig.1.3Oxidativedegradationproducts③热裂解热裂解通常是指在无氧环境下，变压器纸绝缘纤维素分子链在高温条件下发生断裂，生成焦炭、可冷凝液体和气体产物的过程。当纸绝缘满足热裂解条件，纤维素将发生热裂解反应，产生轻质气体和焦炭[18,23,24]，如图1.4。
1绪论5纤维素单体β-D-葡萄糖中的C-C键之间的距离不相同，并且其他相同形式的键长长于C2-C3的键长，同时，纤维素单体中半缩醛的C1-O键相对于其他C-O键是活性的。因此，在这两个地方更容易发生热裂化过程中纤维素单体环的断裂，发生断裂时生成两个碳原子和四个碳原子的分子片段，而两个碳原子分子片段稳定性较差，随后两个碳分子片段生成了稳定性较好的乙醇醛[24]。图1.4热裂解反应过程Fig.1.4Pyrolysisreaction四个碳分子片段将通过一系列反应产生各种小分子产物，例如重整，脱水，脱羰，断裂键和缩聚。而有机化学反应的复杂性，四个碳分子片段热裂解反应途径也有较大差别。下图给出了两种反应途径[24,25]：(a)四个碳分子分解途径1(b)四个碳分子分解途径2图1.5热裂解反应途径Fig.1.5Pyrolysisreactionpathway反应途径1产生1-羟基-2-丙酮，因反应途径的竞争关系，使得1-羟基-2-丙酮和半缩醛生成量不相同。同时1-羟基-2-丙酮易于二次分解，产生较小的分子产物，如甲醛和乙醛，也导致1-羟基-2-丙酮和半缩醛生成量不同。作为纤维色热裂解中的主要气体产物一氧化碳，主要生成途径为四个碳分子片段的重整，乙醇醛也会通过脱羰基和脱羧基中产生一氧化碳。
【参考文献】：
期刊论文
[1]纤维素纤维三维形态构建与热裂解分析[J]. 那英,杨福斌,朱军军,马辉,蔡忠波. 中国纤检. 2017(11)
[2]变压器油浸绝缘纸老化产生甲醇的途径[J]. 江丹宇,高波,吴广宁,杨贤,郝庆凯. 广东电力. 2017(07)
[3]油纸绝缘溶解气体和聚合度值的特征量提取及关系研究[J]. 李静. 科学技术与工程. 2015(35)
[4]纤维素衍生物酸性水解的动力学研究[J]. 母炳男,陈睿文,杨一奇. 纤维素科学与技术. 2015(02)
[5]温度对油纸绝缘极化去极化电流的影响[J]. 马志钦,廖瑞金,郝建,赵小平,王耀龙,杨丽君. 电工技术学报. 2014(04)
[6]基于回复电压曲线的油纸绝缘状态评估[J]. 周利军,李先浪,王晓剑,崔运光,何常新,段宗超,吴广宁. 高电压技术. 2014(02)
[7]热老化时间及测试温度对油纸绝缘时域介电特性的影响[J]. 杨丽君,齐超亮,吕彦冬,郝建,廖瑞金,贡春艳,孟繁津. 中国电机工程学报. 2013(31)
[8]C掺杂β-FeSi2的电子结构和光学特性研究[J]. 张春红,闫万珺,周士芸,张忠政,桂放,郭本华. 原子与分子物理学报. 2013(04)
[9]灰度共生矩阵的快速实现和优化方法研究[J]. 郑红,李钊,李俊. 仪器仪表学报. 2012(11)
[10]原子径向分布函数在材料结构研究中的应用[J]. 林雪,于美杰,王成国,林治涛,徐勇,吴益民,张春雷. 材料导报. 2012(03)
博士论文
[1]变压器纸绝缘热老化相关纤维色散染色颜色特征研究[D]. 张劲.重庆大学 2018
[2]变压器油纸绝缘糠醛动态平衡特性及绕组热点绝缘老化评估方法[D]. 林元棣.重庆大学 2017
[3]离子注入非线性光学晶体光波导折射率改变模型研究[D]. 尹教建.山东大学 2012
[4]油浸绝缘纸热老化机理的分子动力学研究[D]. 朱孟兆.重庆大学 2011
[5]水分对油纸绝缘热老化及寿命的影响与热老化程度表征研究[D]. 孙会刚.重庆大学 2011
[6]变压器油纸绝缘老化特征量与寿命评估方法研究[D]. 杨丽君.重庆大学 2009
硕士论文
[1]基于油中甲醇含量的油纸绝缘老化状态评估方法研究[D]. 江丹宇.西南交通大学 2017
[2]变压器油中糠醛含量的影响因素研究[D]. 冯大伟.重庆大学 2017
[3]基于局部二值模式和灰度共生矩阵的纹理特征提取技术研究[D]. 杨龙飞.兰州大学 2016
[4]基于超图与数学形态学的灰度形态学新算子[D]. 郑亚惠.西安电子科技大学 2016
[5]基于几何区域的灰度共生矩阵和Region Map的SAR图像分割方法[D]. 陈颖峰.西安电子科技大学 2014
[6]极化去极化电流法和回复电压法融合的油纸绝缘老化状态评估[D]. 贡春艳.重庆大学 2013
[7]基于数学形态学的边缘检测算法研究[D]. 蒋东升.电子科技大学 2012
[8]纤维素的去结晶[D]. 陈明凤.华南理工大学 2011
[9]图像纹理特征提取及分类算法研究[D]. 葛静祥.天津大学 2010
[10]MgS和MgSe物性的第一原理研究[D]. 任意.中南大学 2010
本文编号：3131458
【文章来源】：重庆大学重庆市 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：76 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
酸性水解Fig.1.2Acidichydrolysis
规氧化，而对于变压器纸绝缘纤维素来说，主要氧化形式是选择性氧化[4]。纤维素的选择性氧化是指仅仅氧化葡萄糖单元上的C6位上的伯羟基和葡萄糖单元上的C2和C3仲羟基，根据变压器运行工况，葡萄糖分子断链及氧化葡萄糖单元上C序号位置的不同，使纤维素发生不同的氧化反应，产生不同的反应生成物[13]。仅氧化葡萄糖单元C6上的伯羟基可生成醛基，进一步氧化生成羧基，而仲羟基不受影响，氧化葡萄糖单元C2和C3仲羟基产生酮基，进一步氧化生成二醛或羧基，而伯羟基不受影响，C2或C3位的仲羟基被氧化成酮基，其产物为图1.3(e)；C2和C3均被氧化成酮基，其产物为图1.3(f)；C2、C3上的仲羟基氧化成醛基，葡萄糖单元上的吡喃环裂开，其产物为图1.3(a)，进一步氧化，其产物为图1.3(b)；C6伯羟基的选择性氧化产物有两种，分别是纤维素糠醛或纤维素糠醛酸[21,22]，如图1.3(c)，(d)。在变压器长期工况运行下，其氧化产物发生二次氧化，纤维素分子链发生断裂，而断裂过程伴随着水、一氧化碳和二氧化碳等小分子产物，因此变压器纸绝缘聚合度降低[13]，其电气性能和机械性能变差。图1.3氧化降解产物Fig.1.3Oxidativedegradationproducts③热裂解热裂解通常是指在无氧环境下，变压器纸绝缘纤维素分子链在高温条件下发生断裂，生成焦炭、可冷凝液体和气体产物的过程。当纸绝缘满足热裂解条件，纤维素将发生热裂解反应，产生轻质气体和焦炭[18,23,24]，如图1.4。
1绪论5纤维素单体β-D-葡萄糖中的C-C键之间的距离不相同，并且其他相同形式的键长长于C2-C3的键长，同时，纤维素单体中半缩醛的C1-O键相对于其他C-O键是活性的。因此，在这两个地方更容易发生热裂化过程中纤维素单体环的断裂，发生断裂时生成两个碳原子和四个碳原子的分子片段，而两个碳原子分子片段稳定性较差，随后两个碳分子片段生成了稳定性较好的乙醇醛[24]。图1.4热裂解反应过程Fig.1.4Pyrolysisreaction四个碳分子片段将通过一系列反应产生各种小分子产物，例如重整，脱水，脱羰，断裂键和缩聚。而有机化学反应的复杂性，四个碳分子片段热裂解反应途径也有较大差别。下图给出了两种反应途径[24,25]：(a)四个碳分子分解途径1(b)四个碳分子分解途径2图1.5热裂解反应途径Fig.1.5Pyrolysisreactionpathway反应途径1产生1-羟基-2-丙酮，因反应途径的竞争关系，使得1-羟基-2-丙酮和半缩醛生成量不相同。同时1-羟基-2-丙酮易于二次分解，产生较小的分子产物，如甲醛和乙醛，也导致1-羟基-2-丙酮和半缩醛生成量不同。作为纤维色热裂解中的主要气体产物一氧化碳，主要生成途径为四个碳分子片段的重整，乙醇醛也会通过脱羰基和脱羧基中产生一氧化碳。
【参考文献】：
期刊论文
[1]纤维素纤维三维形态构建与热裂解分析[J]. 那英,杨福斌,朱军军,马辉,蔡忠波. 中国纤检. 2017(11)
[2]变压器油浸绝缘纸老化产生甲醇的途径[J]. 江丹宇,高波,吴广宁,杨贤,郝庆凯. 广东电力. 2017(07)
[3]油纸绝缘溶解气体和聚合度值的特征量提取及关系研究[J]. 李静. 科学技术与工程. 2015(35)
[4]纤维素衍生物酸性水解的动力学研究[J]. 母炳男,陈睿文,杨一奇. 纤维素科学与技术. 2015(02)
[5]温度对油纸绝缘极化去极化电流的影响[J]. 马志钦,廖瑞金,郝建,赵小平,王耀龙,杨丽君. 电工技术学报. 2014(04)
[6]基于回复电压曲线的油纸绝缘状态评估[J]. 周利军,李先浪,王晓剑,崔运光,何常新,段宗超,吴广宁. 高电压技术. 2014(02)
[7]热老化时间及测试温度对油纸绝缘时域介电特性的影响[J]. 杨丽君,齐超亮,吕彦冬,郝建,廖瑞金,贡春艳,孟繁津. 中国电机工程学报. 2013(31)
[8]C掺杂β-FeSi2的电子结构和光学特性研究[J]. 张春红,闫万珺,周士芸,张忠政,桂放,郭本华. 原子与分子物理学报. 2013(04)
[9]灰度共生矩阵的快速实现和优化方法研究[J]. 郑红,李钊,李俊. 仪器仪表学报. 2012(11)
[10]原子径向分布函数在材料结构研究中的应用[J]. 林雪,于美杰,王成国,林治涛,徐勇,吴益民,张春雷. 材料导报. 2012(03)
博士论文
[1]变压器纸绝缘热老化相关纤维色散染色颜色特征研究[D]. 张劲.重庆大学 2018
[2]变压器油纸绝缘糠醛动态平衡特性及绕组热点绝缘老化评估方法[D]. 林元棣.重庆大学 2017
[3]离子注入非线性光学晶体光波导折射率改变模型研究[D]. 尹教建.山东大学 2012
[4]油浸绝缘纸热老化机理的分子动力学研究[D]. 朱孟兆.重庆大学 2011
[5]水分对油纸绝缘热老化及寿命的影响与热老化程度表征研究[D]. 孙会刚.重庆大学 2011
[6]变压器油纸绝缘老化特征量与寿命评估方法研究[D]. 杨丽君.重庆大学 2009
硕士论文
[1]基于油中甲醇含量的油纸绝缘老化状态评估方法研究[D]. 江丹宇.西南交通大学 2017
[2]变压器油中糠醛含量的影响因素研究[D]. 冯大伟.重庆大学 2017
[3]基于局部二值模式和灰度共生矩阵的纹理特征提取技术研究[D]. 杨龙飞.兰州大学 2016
[4]基于超图与数学形态学的灰度形态学新算子[D]. 郑亚惠.西安电子科技大学 2016
[5]基于几何区域的灰度共生矩阵和Region Map的SAR图像分割方法[D]. 陈颖峰.西安电子科技大学 2014
[6]极化去极化电流法和回复电压法融合的油纸绝缘老化状态评估[D]. 贡春艳.重庆大学 2013
[7]基于数学形态学的边缘检测算法研究[D]. 蒋东升.电子科技大学 2012
[8]纤维素的去结晶[D]. 陈明凤.华南理工大学 2011
[9]图像纹理特征提取及分类算法研究[D]. 葛静祥.天津大学 2010
[10]MgS和MgSe物性的第一原理研究[D]. 任意.中南大学 2010
本文编号：3131458
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