[发明专利]分子模拟分析棕榈油或植物绝缘油热解反应路径的方法及用于变压器油DGA热故障诊断

说明书

本发明提供一种分子模拟分析棕榈油热解反应路径的方法及用于变压器油DGA热故障诊断，该方法包括：对棕榈油中代表性的主要成分的几何结构进行优化；利用Gaussian计算分子范德华表面静电势分布，以及红外光谱，并和数据库中实验测得的红外光谱进行对照；构建棕榈油模型盒子；对棕榈油模型盒子进行弛豫，得到平衡状态下体系的结构模型；进行不同高温下的基于ReaxFF力场的反应分子动力学计算，总结棕榈油热解生成用于生物柴油的反应路径，以及变压器DGA故障诊断用的特征气体产物生成路径。本发明基于微观原子角度，可得到宏观实验下无法完整观测的热解反应途径，且其中的典型反应途径与实验观测的一致，具有可靠性。

技术领域

本发明涉及量子化学计算和分子动力学模拟技术领域，具体涉及一种分子模拟分析棕榈油或植物绝缘油热解反应路径的方法及用于变压器油DGA热故障诊断。

背景技术

近几十年来，石油储量的减少和可再生能源的发展是全球重点关注的核心问题，化石燃料的长期利用引发大量温室气体的排放，石油产品的生物降解率低于30％，发生泄漏会造成严重的土壤污染或水污染，严重影响生态环境。因此，石油对生态的恶劣影响，石油储备的缺乏以及废油的处置问题，促使研究人员将重点放在可生物降解和可再生的燃料和绝缘材料上。未来智能电网的发展对电力系统厂站设施所用绝缘材料的性能也提出更高要求。植物油作为绿色环保的可再生能源，长期被各界学者研究用于替代矿物油的各种用途。其中的两种用途具有广泛前景，一种是作为生物柴油替代化石燃料的燃烧；另一种是作为绿色介电绝缘液体，用于诸如油浸式电力变压器、套管和电容器等电力设备的绝缘、散热、消弧，代替过去使用的数十亿升的矿物油。

然而，过去生物柴油的生产大多依靠酯交换反应，然而其成本问题和催化剂的选择使得该方案并未确定和统一，近来有研究发现，通过植物油快速热解生产生物柴油可作为取代酯交换反应的有效替代方案。植物绝缘油变压器热故障的产气反应复杂，受限于GC-MS，FTIR等观测仪器的局限性，反应途径的多样性和短寿命、易发生反应的自由基中间体的不易观测性，难以通过实验仪器研究植物油或甘油三酯的热解反应机理，且电网中实际运行样本案例少，相关经验较少。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供一种分子模拟分析棕榈油或植物绝缘油热解反应路径的方法及用于变压器油DGA热故障诊断。

本发明提供所采用的技术方案是：

本发明的目的在于利用可以模拟化学反应的主流力场ReaxFF对棕榈油做热解反应动力学模拟，分析棕榈油热解生成用于生物柴油的反应机理，以及变压器DGA故障诊断用的特征气体产物生成路径，克服现有宏观实验分析方法的不足，且具有节约成本、分析便利等优点，揭示微观下棕榈油的反应机理，为今后的实验研究和现场指导提供理论基础和数据依据。

本发明采取的技术方案为：

一种基于分子模拟分析棕榈油热解反应路径和变压器用植物绝缘油DGA故障诊断用的特征产物反应路径的方法，所述方法包括以下步骤：

步骤1：在分子模拟软件内构建甘油三棕榈酸酯，甘油三硬脂酸酯，甘油三油酸酯和甘油三亚油酸酯的分子模型，并以B3LYP-D3(BJ)/6-311G(d，p)的泛函和基组级别进行结构优化，获得分子能量最低时的稳定结构；

步骤2：运用B3LYP-D3(BJ)/6-311+G(d，p)方法，对步骤1优化得到的分子结构做进一步的能量计算和频率振动计算，从而得到分子范德华表面的静电势分布以及各分子的红外光谱，并将计算得到的红外光谱与数据库中的红外光谱作对比，验证有效性；

步骤3：构建以甘油三棕榈酸酯，甘油三硬脂酸酯，甘油三油酸酯和甘油三亚油酸酯分子组成的棕榈油体系分子模型，并进行结构优化，获取最小能量体系构象，并根据实际密度、温度对棕榈油分子体系的密度、初始温度进行设定调整；