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電力變壓器內(nèi)部主要采用油紙組合的絕緣方式，絕緣紙性能的好壞直接決定變壓器的運(yùn)行壽命。在變壓器運(yùn)行條件下容易受到電、熱等諸多因素作用而發(fā)生纖維素鏈斷裂，從而導(dǎo)致絕緣紙的降解老化。水分對(duì)絕緣紙的老化存在加速作用。

　　分子模擬技術(shù)作為區(qū)別于實(shí)驗(yàn)和理論的第3種研究方法，可以在分子層次上研究實(shí)驗(yàn)不能觀測到的現(xiàn)象及微觀物理過程，并已經(jīng)在化工、能源和制藥等領(lǐng)域取得了巨大成功。將分子模擬技術(shù)應(yīng)用于變壓器運(yùn)行溫度下絕緣紙纖維素的研究，探索水分對(duì)絕緣紙纖維素機(jī)械性能、氫鍵和Mulliken布居數(shù)的影響，為進(jìn)一步研究絕緣紙纖維素的老化機(jī)理奠定了基礎(chǔ)。

　　模型的搭建均采用由Theodorou提出的無定形高聚物構(gòu)建方法，運(yùn)用Materals Studio 4.0程序包Amorphous Cell模塊，無定形晶胞中包含1條含有20個(gè)纖維二糖單元的纖維素鏈，并加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%的水分，水分子數(shù)目約為20。

　　先在NVT(canonical ensemble)系統(tǒng)下對(duì)初始模型進(jìn)行動(dòng)力學(xué)馳豫，采用每隔200K，從1000K降溫到400K再升溫到1000K的循環(huán)退火處理。退火處理后選擇變壓器正常運(yùn)行溫度343K下，對(duì)纖維素模型在NPT(constant-pressure，constant temperature)和NVT系統(tǒng)下進(jìn)行MD模擬。在動(dòng)力學(xué)馳豫后，模型內(nèi)部應(yīng)力減小，體系內(nèi)空穴分布接近于真實(shí)材料，達(dá)到了熱力學(xué)平衡狀態(tài)。

　　纖維素內(nèi)部的氫鍵網(wǎng)絡(luò)是衡量纖維素絕緣紙機(jī)械強(qiáng)度的一個(gè)重要指標(biāo)，纖維素內(nèi)部氫鍵的變化不但直接影響絕緣紙的機(jī)械性能，還對(duì)絕緣紙的抗老化性能產(chǎn)生深刻影響。

　　在實(shí)際變壓器運(yùn)行環(huán)境中，水分并不會(huì)使導(dǎo)致吡喃環(huán)開環(huán)的化學(xué)鍵類型發(fā)生改變，水分主要對(duì)吡喃環(huán)上C-O鍵的化學(xué)鍵強(qiáng)度產(chǎn)生較大作用，進(jìn)而影響吡喃環(huán)的開環(huán)難易程度。

　　高分子纖維素由纖維素單體通過糖苷鍵連接而成，糖苷鍵的斷裂將直接導(dǎo)致絕緣紙纖維素鏈聚合度的降低。水分子與纖維素鏈上的羥基產(chǎn)生新的氫鍵作用后，相應(yīng)化學(xué)鍵(O-H或C-O鍵)的強(qiáng)度將被削弱。

　　結(jié)論

　　(1)隨著水分質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加，楊氏模量將降低，即絕緣紙纖維素的拉伸強(qiáng)度減弱、可塑性增強(qiáng)、延展性增強(qiáng)；

　　(2)水分子的加入使得纖維素分子內(nèi)氫鍵和分子間氫鍵組成的原氫鍵網(wǎng)絡(luò)破壞，從而影響絕緣紙纖維素的機(jī)械性能。

　　(3)水分會(huì)導(dǎo)致纖維素糖苷鍵化學(xué)強(qiáng)度降低，從而促進(jìn)糖苷鍵斷裂。