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文檔簡介
1、2011年,發(fā)展特高壓等大容量、高效率、遠(yuǎn)距離先進(jìn)輸電技術(shù)已經(jīng)明確寫入十二五規(guī)劃,特高壓輸電已經(jīng)上升為國家戰(zhàn)略。電力電壓等級(jí)的提高,對(duì)電力絕緣材料的絕緣性能提出了更為苛刻的要求。油紙復(fù)合絕緣介質(zhì)作為電力變壓器的重要絕緣材料,其性能的優(yōu)劣直接決定著變壓器的使用壽命,影響整個(gè)電網(wǎng)的運(yùn)行安全。油紙絕緣在變壓器的長期運(yùn)行過程中,受熱、電、機(jī)械等多種因素的影響逐漸劣化,導(dǎo)致其絕緣性能逐漸下降,給電網(wǎng)的安全運(yùn)行造成重大隱患。變壓器油紙絕緣老化機(jī)理研
2、究是絕緣老化狀態(tài)評(píng)估、壽命預(yù)測(cè)和制定抗老化措施的前提和基礎(chǔ),故油紙絕緣老化的微觀機(jī)理及熱特性研究具有重要工程價(jià)值和學(xué)術(shù)意義。
熱老化是變壓器油紙絕緣的主要老化形式之一。在油油絕緣的熱老化過程中,將會(huì)產(chǎn)生水分、酸等一系列有害物質(zhì),而它們又會(huì)在熱場(chǎng)的作用下更一步加速油紙絕緣的老化。長期以來,國內(nèi)外學(xué)者對(duì)油紙絕緣的熱老化宏觀特性進(jìn)行了廣泛的研究,而宏觀現(xiàn)象背后的微觀機(jī)制的基礎(chǔ)理論研究,由于涉及到電氣、物理、化學(xué)等多學(xué)科交叉,同時(shí)
3、也受傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)手段的制約,主要實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的總結(jié)和歸納為主。近年來飛速發(fā)展起來的模擬計(jì)算技術(shù),為研究油紙絕緣老化的微觀機(jī)理,提供了可行、有效的手段。本文充分利用分子動(dòng)力學(xué)的優(yōu)勢(shì),在考慮油紙復(fù)合絕緣介質(zhì)的實(shí)際運(yùn)行環(huán)境基礎(chǔ)上,采用微觀、介觀、宏觀多尺度聯(lián)合的方法,研究熱場(chǎng)對(duì)絕緣紙熱穩(wěn)定性的影響,以及由熱老化產(chǎn)生的有機(jī)酸和水分在油紙絕緣中的擴(kuò)散規(guī)律及分布特點(diǎn),水分對(duì)絕緣紙熱穩(wěn)定性影響等基礎(chǔ)問題。論文取得主要?jiǎng)?chuàng)新性成果有:
①利用分子動(dòng)
4、力學(xué)對(duì)纖維素非晶區(qū)和晶區(qū)的熱穩(wěn)定性能模擬計(jì)算表明,熱場(chǎng)作用下纖維素非晶區(qū)的拉伸模量小,且隨溫度的升高,非晶區(qū)的力學(xué)模量和氫鍵結(jié)構(gòu)被破壞程度均大于晶區(qū)。纖維素非晶區(qū)內(nèi)氫鍵數(shù)隨溫度升高,下降明顯,鏈運(yùn)動(dòng)增加明顯,而晶區(qū)內(nèi)氫鍵數(shù)和鏈運(yùn)動(dòng)變化不大。模擬與實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)比分析表明,變壓器絕緣紙的熱老化首先從非晶區(qū)開始,并隨溫度增高,非晶區(qū)的老化程度大于晶區(qū)。
②首次利用分子動(dòng)力學(xué)對(duì)油和纖維素對(duì)其熱老化生成的有機(jī)酸的束縛行為及有機(jī)酸與纖維
5、素的相互作用進(jìn)行了研究。油和纖維素對(duì)五種有機(jī)酸的束縛行為由以下兩方面決定:一方面,纖維素的極性和介質(zhì)中的相對(duì)自由體積共同作用下,導(dǎo)致油對(duì)有機(jī)酸的束縛遠(yuǎn)小于纖維素對(duì)有機(jī)酸的束縛;另一方面,小分子有機(jī)酸的在纖維素表面的形變能小于吸附能,其溶解度參數(shù)與纖維素溶解度參數(shù)相近,而大分子有機(jī)酸的形變能大于吸附能,其溶解度參數(shù)與油的溶解度參數(shù)相近。兩方面綜合,小分子酸將附著于纖維素表面或進(jìn)入內(nèi)部,進(jìn)而對(duì)纖維素老化產(chǎn)生影響,大分子酸將吸附于油中,對(duì)絕緣
6、紙的老化未形成影響。
③利用分子動(dòng)力學(xué)研究了油和纖維素對(duì)其熱老化生成的水分子的束縛行為以及水分子在油-纖維素復(fù)合介質(zhì)中的擴(kuò)散行為。油與纖維素均對(duì)水分有吸附作用,但由于介質(zhì)極性的不同,油對(duì)水分的束縛作用遠(yuǎn)小于纖維素對(duì)水分的束縛作用,使水分子向纖維素絕緣紙中擴(kuò)散并停留于纖維素絕緣紙中。模擬結(jié)果從微觀上闡明了實(shí)驗(yàn)研究中絕大部分水份存在于絕緣紙中,油中水份含量很小的原因。
④首次利用分子動(dòng)力學(xué)研究了水分對(duì)纖維素?zé)岱€(wěn)定
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