基于分子模擬的變壓器絕緣紙無定型區(qū)老化微觀機理研究.pdf

1、油紙絕緣是大型電力變壓器內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構的壽命。變壓器油紙絕緣的老化是一個非常復雜的物理和化學變化過程。傳統(tǒng)絕緣老化的研究很難從微觀機理上對油紙絕緣的老化過程進行深入的解釋?；谠铀降姆肿幽Ｐ湍M分子的結構與行為，將有助于對各種復雜現(xiàn)象的微觀機理進行更深刻的分析，從而解釋油紙絕緣微觀結構和宏觀性質的聯(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力學微觀性能變化；然后運用基于量子力學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行了動力學熱降解模擬及纖維素熱裂解溫度和活化能的計算；最后對絕緣紙中糠醛的生成機理進行了分析。全部研究工作以分子動力學為主要手段，結合計算量子化學，并通過熱重分析法(TGA)和傅立葉紅外光譜試驗輔助驗證，得出以下結論：
　　 ①水分子破壞了纖維素鏈柔順

3、性和其分子內及分子間氫鍵，并易與纖維素鏈的羥基締結新的氫鍵。在老化降解階段，水分子由于具有比羥基更強的質子親合力，能夠爭奪吸附于纖維素羥基上的質子(即氫離子)，使對應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程。
　　 ②氧氣分子對絕緣紙纖維素構象及基本物理化學性能影響不大。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象影響很大，但是由于其容易于纖維素鏈羥基締結很強的氫鍵，自由運動程度即擴散系數(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、酸等老化因子的擴散系數(shù)有很強的線性正相關關系，加快纖維素鏈的降解老化速率。計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，與模擬實驗吻合較好。
　　 ⑤不同位置的羥基斷裂將產生不同的纖維