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专利号: 202110632801X
申请人: 广西大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2026-08-19
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

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:Esystem=Ebond+Etors+Eover+Eunder+Elp+Eval+Epen+Ecoa+EvdWaals+Ecoulomb+ESpecific其中,Ebond为原子间距离的函数,代表着原子间的键能;Etors代表着二面角扭转的能量;

Eover和Eunder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;Elp表示孤对电子能量;Eval,Epen和Ecoa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;EvdWaals和Ecoulomb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;Especific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,依据马来西亚关于棕榈油的国家标准MS 816:2007,以棕榈油各组分的质量分数比例作为参考,以甘油三棕榈酸酯(C51H98O6):甘油三硬脂酸酯(C57H110O6):甘油三油酸酯(C57H104O6):甘油三亚油酸3

酯(C57H98O6)=9:1:8:2的分子数量比搭建棕榈油体系模型,初始密度为0.1306g/cm ,较低的初始密度有助于防止主要官能团的堆积;然后,为了保证该无定形胞内体系分子的稳定,让初始结构合理化,在NVT系综下进行了100ps的弛豫,使分子结构松弛到平衡态,其中前

50ps使体系温度从10K逐渐升温到300K,后50ps在300K温度下弛豫;随后,为了将无定形胞3

体系调整到实际棕榈油体系的密度,使用NPT系综将体系密度调整至0.8972g/cm ,晶格矢量为 最后,为了模拟变压器在发生故障时,热点处快速局部过热的现象,以200K/ps的加热速率在NVT系综下,做8组对照模拟实验,从300K逐渐升温到1800K,

2000K,2200K,2400K,2600K,2800K,3000K,3200K,观察不同温度下的自由基链式反应以及统计特征产物分布情况。

7.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述步骤4中,棕榈油热解生产生物柴油的反应路径:甘油三酯分子的逐级裂解,首先初始裂解为一个甘油二酯分子和一个甘油单酯分子,然后一个甘油二酯分子裂解为两个甘油单酯分子和一个甘油自由基:C51H98O6→C35H67O4·+C16H31O2·→C3H5·+3C16H31O2·;

C57H98O6→C39H67O4·+C18H31O2·→C3H5·+3C18H31O2·;

C57H104O6→C39H71O4·+C18H33O2·→C3H5·+3C18H33O2·;

C57H110O6→C39H75O4·+C18H35O2·→C3H5·+3C18H35O2·;

变压器DGA故障诊断用的特征产物主要反应路径:对于生成用于变压器DGA故障诊断用的特征产物的主要反应路径是生成的生物柴油燃料会在高温下逐步热解,发生脱羧反应,β‑scission,共轭反应,夺氢反应或其他一系列反应,直至热解为C原子数小于4的小分子化合物和小分子自由基,其中的甲烷、乙烷、乙烯、乙炔、氢气、二氧化碳、一氧化碳是DGA常用溶解气体。

8.权利要求1‑7任意一项所述方法在变压器用植物绝缘油DGA热故障诊断中的应用,其特征在于,所述应用为:通过步骤4反应路径的分析,得到不同温度下的热解特征产物,利用特征产物种类的差异可以指引地将植物绝缘油变压器的过热故障包括矿物绝缘油变压器的低温、中温、高温过热的方式区分。

9.根据权利要求8所述的应用,其特征在于,还可以利用特征产物的相对含量及趋势对比为植物绝缘油变压器的三比值法提供数据预测。