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热故障诊断技术

本发明专利技术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。本发明专利技术基于微观原子角度，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。具有可靠性。具有可靠性。

【技术实现步骤摘要】
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


[0001]本专利技术涉及量子化学计算和分子动力学模拟
，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。

技术介绍

[0002]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。
[0003]然而，过去生本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一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，其特征在于，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；步骤4：对调整完毕的棕榈油体系分子模型以及分别对各个甘油三酯分子模型利用ReaxFF力场进行反应分子动力学计算，得到1800K
‑
3200K温度下，棕榈油热解生产生物柴油的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主要反应路径。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤2中，分子范德华表面静电势分布计算，是通过量子化学软件Gaussian在结构优化好的分子模型上，进一步计算分子的电子总能量，从而利用Multiwfn软件的定量分子表面分析功能，得到分子表面的静电势分布，并利用VMD软件对其进行可视化处理。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤3中，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后，使棕榈油体系模型在NVT系综下进行弛豫，获得最小能量体系结构构象。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤4中，对调整完毕的棕榈油体系分子模型以及分别对各个甘油三酯分子模型利用ReaxFF力场进行反应分子动力学计算，ReaxFF力场的系统能量贡献分配如下：E
system
＝E
bond
+E
tors
+E
over
+E
under
+E
lp
+E
val
+E
pen
+E
coa
+E
vdWaals
+E
coulomb
+E
Specific
其中，E
bond
为原子间距离的函数，代表着原子间的键能；E
tors
代表着二面角扭转的能量；E
over
和E
under
分别代表着基于原子价规则的过配位能量校正和低配位能量校正；E
lp
表示孤对电子能量；E
val
，E
pen
和E
coa
分别表示共价键角弯曲的能量，一个原子共享两个双键破坏系统稳定的惩罚能量和三点共轭作用能量；E
vdWaals
和E
coulomb
分别表示不考虑键级BO的所有非近邻原子间的范德华作用和静电作用贡献的能量；E
specific
表示对于特定分子体系下的特殊能量贡献，如四点共轭作用，氢键和C2校正影响下的能量部分。5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述步骤4中，反应分子动力学计算包括单分子热解模拟和棕榈油体系热解模拟。6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，单分子热解模用于研究四种甘油三酯分子的热解规律和完整热解路径，模拟的具体过程包括：分别单独构建四个周期性边界条件的立方体盒子，在盒子中建立对应的单分子甘油三酯模型；随后在300K温度下进行NVT动力学平衡弛豫；最后在2600K高温下进行NVT热解反应；棕榈油体系热解模拟变压器在发生故障时，热点处快速局部过热的情况，用于研究棕榈油体系在高温下热解的重要产物分布和详细演化机理，模拟的具体过程包括：首先，在晶
格矢量为的初始非晶态无定形胞中，采用周期性边界条件...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑含博，李煦帆，凤永吉，杨杭，吕伟杰，
申请(专利权)人：广西大学，
类型：发明
国别省市：