礦物絕緣油過熱分解過程仿真分析與實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、過熱性故障（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)備過熱性故障的研究，不僅能及時發(fā)現(xiàn)充油設(shè)備的熱故障，還能及時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。過熱故障點(diǎn)釋放出的能量會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兩個角度，首先采用反應(yīng)分子動力

2、學(xué)模擬的方法研究了礦物油的熱解過程及產(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。本文主要研究內(nèi)容為：
　?、俨捎没?ReaxFF(reactive force field)力場的反應(yīng)分子動力學(xué)模擬方法建立了含有30個分子的礦物絕緣油（簡稱礦物油）仿真模型，深入研究了不同溫度下礦物油的動態(tài)熱解過程和產(chǎn)氣規(guī)律。通過Reactive-MD-analysis識別模塊對礦物

3、油熱解產(chǎn)物的識別和統(tǒng)計(jì)，結(jié)合仿真的動態(tài)圖像，分析了礦物油的微觀反應(yīng)過程，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間對熱解微觀過程的影響以及伴隨的能量變化。通過仿真結(jié)果與改良三比值法和熱重差分實(shí)驗(yàn)不同角度的對比，驗(yàn)證了仿真結(jié)果的合理性，表明 ReaxFF反應(yīng)動力學(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。
　?、垡宰儔浩鳠峁收蠈?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，對發(fā)熱體、箱體、溫度控制及測量、氣體測量以及功率測量等模塊進(jìn)行了設(shè)計(jì)，通過輸入功率控制及多路溫度傳感器實(shí)現(xiàn)對溫度的精確控制和實(shí)時測量，并通過功率計(jì)對反應(yīng)能量進(jìn)行了測量。通過COMSOL有限元仿真軟件模擬了熱故障下裝置內(nèi)的溫度場，和實(shí)際變壓器內(nèi)溫度場對比，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)對局部過熱故障產(chǎn)生及發(fā)展過程的實(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)的溫度場分布和氣體產(chǎn)生情況隨熱