礦物絕緣油過(guò)熱分解過(guò)程仿真分析與實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、過(guò)熱性故障（又稱熱故障）是影響充油設(shè)備穩(wěn)定運(yùn)行的兩大關(guān)鍵因素之一。加強(qiáng)充油設(shè)備過(guò)熱性故障的研究，不僅能及時(shí)發(fā)現(xiàn)充油設(shè)備的熱故障，還能及時(shí)避免熱故障向電故障轉(zhuǎn)化，在整體上降低充油設(shè)備故障發(fā)生率。以油浸變壓器為例，內(nèi)部油—紙絕緣結(jié)構(gòu)故障溫度最高可達(dá)到1000℃以上。過(guò)熱故障點(diǎn)釋放出的能量會(huì)破壞變壓器油的化學(xué)鍵，造成變壓器油分解生成低分子烴類氣體以及氫氣等，并溶于變壓器油中。本文從熱故障下礦物油熱解機(jī)理和實(shí)驗(yàn)?zāi)M兩個(gè)角度，首先采用反應(yīng)分子動(dòng)力

2、學(xué)模擬的方法研究了礦物油的熱解過(guò)程及產(chǎn)氣規(guī)律；其次研制了熱故障下礦物油分解的實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ筒⑦M(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究，為故障類型和故障嚴(yán)重程度的診斷提供理論支持。本文主要研究?jī)?nèi)容為：
　　①采用基于 ReaxFF(reactive force field)力場(chǎng)的反應(yīng)分子動(dòng)力學(xué)模擬方法建立了含有30個(gè)分子的礦物絕緣油（簡(jiǎn)稱礦物油）仿真模型，深入研究了不同溫度下礦物油的動(dòng)態(tài)熱解過(guò)程和產(chǎn)氣規(guī)律。通過(guò)Reactive-MD-analysis識(shí)別模塊對(duì)礦物

3、油熱解產(chǎn)物的識(shí)別和統(tǒng)計(jì)，結(jié)合仿真的動(dòng)態(tài)圖像，分析了礦物油的微觀反應(yīng)過(guò)程，得出了礦物油熱解的主要反應(yīng)路徑以及小分子氣體的生成路徑。
　?、诜治隽藴囟群蜁r(shí)間對(duì)熱解微觀過(guò)程的影響以及伴隨的能量變化。通過(guò)仿真結(jié)果與改良三比值法和熱重差分實(shí)驗(yàn)不同角度的對(duì)比，驗(yàn)證了仿真結(jié)果的合理性，表明 ReaxFF反應(yīng)動(dòng)力學(xué)模擬為從分子上研究礦物油的熱解提供了一種有效的途徑。
　　③以變壓器熱故障實(shí)體模型為依據(jù)，研制了變壓器等充油設(shè)備熱故障下礦物油熱

4、解實(shí)驗(yàn)?zāi)M裝置，對(duì)發(fā)熱體、箱體、溫度控制及測(cè)量、氣體測(cè)量以及功率測(cè)量等模塊進(jìn)行了設(shè)計(jì)，通過(guò)輸入功率控制及多路溫度傳感器實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度的精確控制和實(shí)時(shí)測(cè)量，并通過(guò)功率計(jì)對(duì)反應(yīng)能量進(jìn)行了測(cè)量。通過(guò)COMSOL有限元仿真軟件模擬了熱故障下裝置內(nèi)的溫度場(chǎng)，和實(shí)際變壓器內(nèi)溫度場(chǎng)對(duì)比，驗(yàn)證了實(shí)驗(yàn)?zāi)M裝置設(shè)計(jì)的合理性和可靠性，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)局部過(guò)熱故障產(chǎn)生及發(fā)展過(guò)程的實(shí)驗(yàn)?zāi)M。
　?、苎芯苛藷峁收舷碌V物油熱解實(shí)驗(yàn)?zāi)M裝置內(nèi)的溫度場(chǎng)分布和氣體產(chǎn)生情況隨熱