發(fā)布時(shí)間：2018-08-05 12:54

【摘要】：電力變壓器作為電力系統(tǒng)中電壓變換、電能分配及電能傳輸?shù)暮诵脑O(shè)備,其正常運(yùn)行是保證電力系統(tǒng)安全、可靠、穩(wěn)定運(yùn)行的關(guān)鍵。變壓器一旦發(fā)生事故將造成巨大經(jīng)濟(jì)損失,甚至導(dǎo)致嚴(yán)重的社會(huì)影響。為此,深入理解變壓器油紙絕緣的裂化機(jī)理,有效地診斷和評(píng)估變壓器內(nèi)部潛伏性故障,對(duì)于預(yù)防和降低故障的發(fā)生幾率,保障電力系統(tǒng)的可靠運(yùn)行,具有十分重要的理論意義和現(xiàn)實(shí)價(jià)值。在全面了解電力變壓器油紙絕緣裂解產(chǎn)氣機(jī)理研究現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上,本文通過(guò)引入熱力學(xué)理論與分子模擬技術(shù),重點(diǎn)研究了油紙絕緣熱解過(guò)程的微觀機(jī)制,揭示油紙絕緣材料微觀變化和宏觀性質(zhì)之間的聯(lián)系,探索表征故障嚴(yán)重程度的新指標(biāo),所取得的創(chuàng)新性成果主要包括：1.引入熱力學(xué)中的焓變理論,通過(guò)計(jì)算有代表性的變壓器礦物油產(chǎn)氣化學(xué)反應(yīng)的焓變量,得到DGA故障氣體的生成能量,從能態(tài)角度建立了評(píng)估電力變壓器過(guò)熱故障嚴(yán)重程度的新判據(jù)；2.引入基于鍵級(jí)表達(dá)的ReaxFF反應(yīng)力場(chǎng),分別對(duì)變壓器液體絕緣——礦物油和植物油分子模型,進(jìn)行高溫?zé)釕?yīng)力下的反應(yīng)分子動(dòng)力學(xué)模擬,探索絕緣油熱解過(guò)程的微機(jī)理。采用元素追蹤法統(tǒng)計(jì)分析了絕緣油分子模型高溫裂解的軌跡文件,明確了其的初始裂解機(jī)理以及主要產(chǎn)物的差異性,厘清了主要產(chǎn)物的生成機(jī)制；通過(guò)對(duì)裂解反應(yīng)進(jìn)行反應(yīng)焓變的計(jì)算,明確了絕緣油裂解產(chǎn)物的種類和數(shù)量與微觀化學(xué)鍵能的相關(guān)性,揭示了絕緣油裂解過(guò)程中能量變化規(guī)律。3.引入基于ReaxFF反應(yīng)力場(chǎng)的分子模擬技術(shù)和基于py-GC/MS的現(xiàn)代化學(xué)分析技術(shù),對(duì)變壓器固體絕緣——絕緣紙,進(jìn)行了高溫?zé)釕?yīng)力下的仿真模擬與實(shí)驗(yàn)研究,探索絕緣紙?jiān)跓峤膺^(guò)程中的微觀機(jī)理。通過(guò)理論與實(shí)驗(yàn)的相互驗(yàn)證,明確了絕緣紙的初始裂解機(jī)理以及主要產(chǎn)物的生成機(jī)制；從原子層面研究絕緣紙裂解產(chǎn)氣的微觀動(dòng)態(tài)機(jī)理,為故障診斷提供微觀特征參量。
[Abstract]:Power transformer is the core equipment of voltage conversion, power distribution and power transmission in power system. Its normal operation is the key to ensure the safe, reliable and stable operation of power system. Once transformer accident happens, it will cause huge economic loss and even serious social impact. Therefore, understanding deeply the cracking mechanism of transformer oil-paper insulation and effectively diagnosing and evaluating the latent faults inside the transformer can prevent and reduce the probability of failure and ensure the reliable operation of power system. It has very important theoretical significance and practical value. On the basis of a comprehensive understanding of the present situation of gas production mechanism of oil-paper insulation pyrolysis in power transformers, the microcosmic mechanism of oil-paper insulation pyrolysis process was studied by introducing thermodynamics theory and molecular simulation technology. The relationship between microscopic changes and macroscopic properties of oil-paper insulating materials is revealed, and a new index to characterize the severity of faults is explored. The innovative results obtained mainly include: 1. By introducing the enthalpy variation theory in thermodynamics and calculating the enthalpy variables of the typical gas reaction of transformer mineral oil, the formation energy of DGA fault gas is obtained. A new criterion for evaluating the severity of overheating faults of power transformers is established from the point of view of energy state. The ReaxFF reaction force field based on bond level was introduced to simulate the reaction molecular dynamics of transformer liquid insulated mineral oil and vegetable oil respectively under high temperature thermal stress, and the micromechanism of insulation oil pyrolysis process was explored. The trace file of high temperature pyrolysis of the molecular model of insulating oil was analyzed by elemental tracing method. The initial cracking mechanism and the difference of main products were clarified, and the formation mechanism of the main products was clarified. Through the calculation of the reaction enthalpy change of the pyrolysis reaction, the correlation between the type and quantity of the pyrolysis products of insulating oil and the micro-chemical bond energy is clarified, and the law of energy variation in the pyrolysis process of insulating oil is revealed. By introducing the molecular simulation technology based on ReaxFF reaction force field and the modern chemical analysis technology based on py-GC/MS, the simulation and experiment of transformer solid insulation-insulator paper under high temperature thermal stress were carried out. To explore the microcosmic mechanism of insulation paper during pyrolysis. Through the mutual verification of theory and experiment, the mechanism of initial pyrolysis and the generation of main products of insulator paper are clarified, and the microscopic dynamic mechanism of pyrolysis gas production of insulator paper is studied from the atomic level, which provides the microscopic characteristic parameters for fault diagnosis.
【學(xué)位授予單位】：華北電力大學(xué)(北京)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TM855

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本文編號(hào)：2165854