水分是影响油纸绝缘性能的重要因素,其在变压器内部的分布会受到温度和电场的共同作用,变温过程中会在油纸间迁移。由于饱和含水量的巨大差异,水分迁移过程中,可能会在油纸界面聚集,形成局部的高水分区,从而显著降低油纸绝缘的绝缘强度,进而导致沿面爬电等恶性变压器事故。受宏观取样和测量等技术手段的限制,目前还无法精确测量油纸界面处水分的迁移与扩散过程。分子模拟技术的出现为研究水分子在油纸界面处的扩散行为提供了手段。本文基于分子动力学方法,自主搭建了服务器集群,建立了电气工程领域最大的105原子量级的油纸复合介质的分子模型,模拟了20℃-80℃升温过程中水分子在油纸绝缘介质中的迁移过程,提取了水分子的聚集状态、氢键数目、氢键作用力、运动轨迹、扩散系数和初始水分含量等特征量,从分子层面上揭示水分子迁移的微观机理;基于微观分子模型,模拟了电场和温度场共同作用下水分子的迁移过程,对比了有无电场条件下水分子迁移规律的异同;最后,通过粗粒化方法建立了油纸绝缘介质的介观尺度分子模型,验证了其与微观分子模型的等效性,为后续更大尺度的分子模拟研究奠定了基础。研究结果表明:无外加电场时,在升温的过程中,绝缘纸板中的水分子会向矿物油中扩散,当绝缘纸板中水分超过5%时,快速升温会导致水分子在油纸界面通过分子间的氢键作用力聚集成水分子簇,形成局部液态水分区,当水分含量超过7%时,则会形成较大的液态水分区,严重危害变压器的运行安全。而在电场作用下,当绝缘纸板中水分含量超过4%时,快速升温会导致水分子在油纸界面处聚集成水分子簇,形成局部液态水,当水分含量超过5%时,则会形成较大的液态水分区。电场的极化作用加强了水分子间的氢键作用力,增加了高水分区出现的概率,水分子的自由体积和扩散系数减少,并且扩散系数呈现各向异性。粗粒化方法建立的介观模型中水分子扩散系数与微观模型差异不超过10%,其空间尺度较微观模型扩大了 100倍,运行效率提升了近10倍。