基于分子模擬的變壓器絕緣紙無定型區(qū)老化微觀機(jī)理研究.pdf

1、油紙絕緣是大型電力變壓器內(nèi)絕緣的主要組成形式，變壓器的壽命主要取決于絕緣紙絕緣結(jié)構(gòu)的壽命。變壓器油紙絕緣的老化是一個(gè)非常復(fù)雜的物理和化學(xué)變化過程。傳統(tǒng)絕緣老化的研究很難從微觀機(jī)理上對油紙絕緣的老化過程進(jìn)行深入的解釋?；谠铀降姆肿幽Ｐ湍M分子的結(jié)構(gòu)與行為，將有助于對各種復(fù)雜現(xiàn)象的微觀機(jī)理進(jìn)行更深刻的分析，從而解釋油紙絕緣微觀結(jié)構(gòu)和宏觀性質(zhì)的聯(lián)系。
　　 熱降解是油紙絕緣老化絕緣紙的主要降解形式。本文首先建立了絕緣紙無定型區(qū)多

2、條纖維素鏈分子模型，研究了真空、水、氧氣、酸四種環(huán)境中的纖維素鏈在熱場作用下分子動(dòng)力學(xué)微觀性能變化；然后運(yùn)用基于量子力學(xué)的從頭算法對在真空、水、氧、酸四種環(huán)境下的絕緣紙纖維素模型進(jìn)行了動(dòng)力學(xué)熱降解模擬及纖維素?zé)崃呀鉁囟群突罨艿挠?jì)算；最后對絕緣紙中糠醛的生成機(jī)理進(jìn)行了分析。全部研究工作以分子動(dòng)力學(xué)為主要手段，結(jié)合計(jì)算量子化學(xué)，并通過熱重分析法(TGA)和傅立葉紅外光譜試驗(yàn)輔助驗(yàn)證，得出以下結(jié)論：
　　 ①水分子破壞了纖維素鏈柔順

3、性和其分子內(nèi)及分子間氫鍵，并易與纖維素鏈的羥基締結(jié)新的氫鍵。在老化降解階段，水分子由于具有比羥基更強(qiáng)的質(zhì)子親合力，能夠爭奪吸附于纖維素羥基上的質(zhì)子(即氫離子)，使對應(yīng)的羥基易于從葡萄糖環(huán)上斷裂，而加快絕緣紙纖維素老化降解進(jìn)程。
　　 ②氧氣分子對絕緣紙纖維素構(gòu)象及基本物理化學(xué)性能影響不大。然而在纖維素老化降解中對纖維素2、3、6位羥基的氫原子具有氧化斷鍵的作用，使這些羥基轉(zhuǎn)化為醛基、酮基或羧基，讓葡萄糖環(huán)易于受到破壞而開環(huán)分解。

4、
　　 ③酸即水合氫離子對纖維素鏈構(gòu)象影響很大，但是由于其容易于纖維素鏈羥基締結(jié)很強(qiáng)的氫鍵，自由運(yùn)動(dòng)程度即擴(kuò)散系數(shù)較小，因此對纖維素鏈老化過程主要是起到局部催化加快的作用。
　　 ④溫度與水、氧、酸等老化因子的擴(kuò)散系數(shù)有很強(qiáng)的線性正相關(guān)關(guān)系，加快纖維素鏈的降解老化速率。計(jì)算纖維素鏈的快速熱裂解溫度為500K，擬合裂解活化能為E=68.9kJ/mol，與模擬實(shí)驗(yàn)吻合較好。
　　 ⑤不同位置的羥基斷裂將產(chǎn)生不同的纖維