基于密度泛函理论的变压器绝缘油电老化机理研究

发布时间：2021-08-24 19:46

　　为研究绝缘油在电场作用下的老化机理,构建了3种碳原子数为15的绝缘油烃分子模型,利用基于密度泛函理论的M06-2X泛函对分子模型在电场作用下的微观反应进行了模拟。结果表明:3种烃分子随电场的增加呈现出大致相同的变化趋势,但存在着一定的差异。随着电场强度的增加,分子的空间结构逐渐舒展开来,总能量和动能逐渐减小,势能逐渐增大,偶极矩逐渐增大,导致分子的稳定性逐渐降低。分子最高占据轨道与最低未占据轨道分别在分子链两端表现出亲电反应活性和亲核反应活性,能隙随电场的增加逐渐减小,分子链端部原子反应活性较强。其中,链烷烃在3者中分子最不稳定,最容易发生化学键断裂,导致分子裂解;环烷烃和芳香烃会先发生开环反应导致分子链的裂解。 

【文章来源】：绝缘材料. 2020,53(08)北大核心

【文章页数】：7 页

【部分图文】：

链烷烃、环烷烃和芳香烃分子的优化模型

表2分别列出了不同电场强度下3种烃分子的键长和二面角的参数，用来表征电场作用下分子几何结构的变化情况。R(1,42)、R(6,37)和R(3,27)分别对应3条分子链最左端和最右端C原子之间的距离，D(6,5,37,34)和D(3,2,27,24)表示二环烷烃和双环芳香烃两个碳环之间的二面角。从表2可以看出，R(1,42)、R(6,37)、R(3,27)都随着电场强度的增加逐渐变大，这是由于电场的作用使得分子体系内正负电荷发生转移，对分子链产生了一定的拉伸作用。随着电场强度的增加，D(6,5,37,34)和D(3,2,27,24)逐渐变小，这是因为分子链的碳环取向在电场的作用下发生了一定的改变，分子结构逐渐舒展开来，降低了分子几何结构的稳定性。在电场强度为0.021a.u.时，链烷烃C15H32首先发生了C-C和C-H键的断裂，如图2所示。此时，环烷烃和芳香烃还未发生裂解，这与环烷烃和芳香烃的环状结构较难裂解有一定的关系。图2 电场强度为0.021 a.u.时分子的几何结构

电场强度为0.021 a.u.时分子的几何结构

【参考文献】：
期刊论文
[1]基于反应分子动力学模拟的变压器油纸绝缘热解机制研究[J]. 李加才,陈继明,朱明晓,张宏玉.  绝缘材料. 2019(06)
[2]绝缘油在水和酸共同作用下的分子动力学模拟[J]. 张涛,肖霞,李亚莎,钟婷婷,李林多,杨文雁.  原子与分子物理学报. 2019(01)
[3]基于密度泛函理论的外电场下盐交联聚乙烯分子的结构及其特性[J]. 李亚莎,谢云龙,黄太焕,徐程,刘国成.  物理学报. 2018(18)
[4]基于ReaxFF场的矿物绝缘油热解分子动力学模拟[J]. 杜林,王五静,张彼德,王誉博,相晨萌,王杰.  高电压技术. 2018(02)
[5]植物绝缘油击穿放电故障特征气体分析[J]. 蔡胜伟,王飞鹏,陈程,范帆,陈江波,文刚,李剑,相晨萌,王吉.  重庆大学学报. 2017(12)
[6]基于分子模拟的绝缘纸高温裂解过程水分产生及其破坏作用研究[J]. 赵彤,石雷,张远涛,邹亮,张黎.  中国电机工程学报. 2017(15)
[7]温度对纳米改性变压器油黏度影响的分子动力学模拟研究[J]. 李阳,董明,戴建卓,周洁睿,吴瞻宇,王健一.  绝缘材料. 2017(07)
[8]变压器油高温裂解及油中酸影响机理的反应分子动力学模拟[J]. 王学磊,李庆民,张颖,杨芮,高树国.  高电压技术. 2017(01)
[9]电老化过程中直流电场对油纸绝缘空间电荷特性的影响[J]. 周远翔,戴超,黄猛,张云霄,沙彦超,张旭.  高电压技术. 2016(12)
[10]绝缘纸高温裂解的分子动力学模拟研究[J]. 闫江燕,王学磊,李庆民,周勇,王兆东,李成榕.  中国电机工程学报. 2015(22)

硕士论文
[1]基于时-温-水分-冲击电压叠加的油纸绝缘材料寿命评估[D]. 汪倚彤.沈阳工业大学 2019



本文编号：3360606