变压器绝缘油纸热老化机理的分子动力学模拟方法及系统与流程

技术特征：
1.变压器绝缘油纸热老化机理的分子动力学模拟方法，其特征在于，包括步骤：s1，确定油浸式电力变压器实际运行情况和变压器绝缘油与绝缘纸的材料成分；s2，考虑绝缘纸纤维素的空间构型，即纤维素链呈晶区或非晶区排布，通过仿真软件搭建绝缘油模型和绝缘纸模型并进行结构优化，绝缘纸模型即纤维素晶区与非晶区两类模型；s3，在相应温度条件下，对步骤s2搭建的绝缘油模型和绝缘纸模型进行高温模拟，通过分子动力学模拟相关计算，绘制绝缘油反应物与生成物含量随时间变化图，并分析绝缘油热解的反应路径与各个产物的生成路径；s4，对纤维素晶区与非晶区模型进行分子动力学模拟，调整相应的力学参数，在不同温度条件下，设定体系内纤维素分子氢键数随时间变化的关系和纤维素链的运动情况，分析纤维素晶区与非晶区的热稳定性；s5，根据步骤s3与s4所得模拟结果与实际实验结果进行对比分析，对模型搭建及其仿真结果的准确性进行校验；s6，在s5的基础上，以纤维素晶区与非晶区模型所受温度与相应结构变化进行对比，根据设定体系内化学键断裂情况，量化分析微观层面纤维素热解规律。2.如权利要求1所述的变压器绝缘油纸热老化机理的分子动力学模拟方法，其特征在于，为符合实际油浸式电力变压器相应参数，所述实际运行情况包括变压器实际运行的工作条件、温度、氧含量与水分。3.如权利要求1所述的变压器绝缘油纸热老化机理的分子动力学模拟方法，其特征在于，通过质谱仪分析法分析油浸式电力变压器所用绝缘油的材料成分，得出变压器绝缘油的成分中链烷烃、二环烷烃和二环芳香烃的质量分数，每个变压器绝缘油分子的平均碳原子数。4.如权利要求3所述的变压器绝缘油纸热老化机理的分子动力学模拟方法，其特征在于，选用纤维二糖分子c
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作为绝缘纸模型。5.如权利要求4所述的变压器绝缘油纸热老化机理的分子动力学模拟方法，其特征在于，步骤s2包括：通过仿真软件分别搭建三种烃分子的绝缘油模型，并进行结构优化，优化力场选用compassⅱ力场；搭建纤维二糖分子的绝缘纸模型，并进行结构优化，优化力场选用compassⅱ力场。6.如权利要求5所述的变压器绝缘油纸热老化机理的分子动力学模拟方法，其特征在于，步骤s3包括：对已经搭建的三种烃分子的模型，建立周期性变压器油系统，初始密度设为0.8g/cm3，依据变压器油的主要成分组成比例，选择链烷烃、环烷烃、芳香烃的质量比为6：3：1，共包含30个分子，再选用compassⅱ力场进行结构优化至收敛；使用分子动力学方法对周期性变压器油系统进行高温模拟，绘制反应物与生成物含量随时间变化图；对已经搭建的纤维二糖分子c
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模型，建立不定形周期性系统，初始密度设为0.4g/cm3，系统包含30个分子，再选用compassⅱ力场进行结构优化至收敛；并使用分子动力学方法对不定形周期性系统进行高温模拟，力场选择reaxff，系统设置为nvt正则系统，温控方式选择为nose，步长为0.05fs，仿真时间为100ps，每1000步输出一帧，charge设置为
forcefield assigned；并利用元素跟踪法，将碳元素进行颜色标记，分析油热解的反应路径与各个产物的生成路径。7.如权利要求1所述的变压器绝缘油纸热老化机理的分子动力学模拟方法，其特征在于，步骤s4包括：分析纤维素非晶区的热稳定性，选择dp为40的纤维素链构建纤维素非晶区模型，进行模拟细节的优化，在分子动力学的模拟作用下，分析氢键数随模拟时间的变化与纤维素链运动情况，得出非晶区内纤维素链的msd；分析纤维素晶区的热稳定性，选择3
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3的超晶胞构建纤维素晶区模型，进行模拟细节的优化、调整力学参数，在分子动力学的模拟作用下，分析氢键数随模拟时间的变化与纤维素链运动情况，得出晶区内纤维素链的msd。8.如权利要求1所述的变压器绝缘油纸热老化机理的分子动力学模拟方法，其特征在于，步骤s5具体为：将纤维素材料老化的宏观实验研究数据与分子动力学模拟计算所得数据进行对比分析，将分子动力学模拟所得结论与实验结果进行交叉验证。9.如权利要求1所述的变压器绝缘油纸热老化机理的分子动力学模拟方法，其特征在于，步骤s6具体为：根据分子动力学模拟所得结果对变压器油与变压器纸的热解反应进行微观层面的理解，通过分析化学键的断裂与复合，得到热解反应途径示意图，从而量化分析微观层面纤维素热解规律。10.变压器绝缘油纸热老化机理的分子动力学模拟系统，其特征在于，包括：材料成分分析模块，确定变压器实际运行情况和变压器绝缘油与绝缘纸的材料成分；模型搭建与优化模块，考虑绝缘纸纤维素的空间构型，即纤维素链呈晶区或非晶区排布，通过仿真软件对绝缘油模型与绝缘纸模型进行搭建，并进行结构优化，绝缘纸模型即为纤维素晶区与非晶区模型；高温模拟模块，在将相应材料进行仿真建模后，在相应温度条件下进行高温模拟；根据热解反应轨迹统计不同时刻各分子的含量，绘制绝缘油反应物与生成物含量随时间变化图；利用元素跟踪法，将碳元素进行颜色标记，分析油热解的反应路径与各个产物的生成路径；分子动力学模拟模块，对纤维素晶区与非晶区模型进行分子动力学模拟，调整相应的力学参数，在不同温度条件下，分析设定体系内氢键数随时间变化的关系、纤维素链运动情况，分析纤维素晶区与非晶区的热稳定性；交叉验证模块，根据高温模拟模块与分子动力学模拟模块所得模拟结果与实际实验结果的对比分析，对模型搭建及其仿真结果的准确性进行校验；热解规律分析模块，在交叉验证模块的基础上，以纤维素晶区与非晶区模型所受温度与相应结构变化进行对比，根据设定体系内化学键断裂情况，量化分析微观层面纤维素热解规律。

技术总结
本发明公开了一种变压器用绝缘纸热老化机理的分子动力学模拟方法及系统，包括：S1，确定变压器实际运行情况和变压器绝缘油与绝缘纸的材料成分；S2，通过仿真软件搭建绝缘油模型和绝缘纸模型；S3，对步骤S2搭建的绝缘油模型和绝缘纸模型进行高温模拟；S4，对纤维素晶区与非晶区模型进行优化与分子动力学模拟；S5，根据步骤S3与S4所得模拟结果与实际实验结果进行对比分析，对模型搭建及其仿真结果的准确性进行校验；S6，在S5的基础上，以纤维素晶区与非晶区模型所受温度与相应结构变化进行对比，根据设定体系内化学键断裂情况，量化分析微观层面纤维素热解规律。本发明计算简单，精度高，效率高，并补足微观领域探究绝缘油纸热老化特性的空缺。老化特性的空缺。老化特性的空缺。


技术研发人员：韩睿 姜雄伟 王文浩 吴旭翔 张琛 梅冰笑 刘黎 蒋鹏 李斐然 姜凯华 梁苏宁 马国鹏 温典 刘爽
受保护的技术使用者：国网浙江省电力有限公司电力科学研究院
技术研发日：2022.07.06
技术公布日：2022/8/30