大容量远距离高压直流输电技术是我国近年来能源发展的重大课题之一。直流GIL与传统架空线路和电缆相比,结构较为简单,输送容量大,布置更加灵活,具有较高的可靠性,此外还能够隔绝高压输电线路对外界环境造成的不利影响。然而,直流GIL在运行中绝缘子受单极性电场作用,极易在表面积聚电荷从而导致局部电场畸变,进而引发沿面闪络,因此研究调控与抑制直流GIL绝缘子表面电荷积聚的有效手段对于直流GIL绝缘可靠设计具有重要意义。随着GIS/GIL等气体绝缘设备的广泛应用,许多针对绝缘子界面绝缘问题的优化措施在直流GIL领域得到尝试。目前,在直流GIL绝缘子表面采用涂覆涂层的手段提升绝缘强度依然是抑制电荷的主要策略之一。本文基于分子动力学方法,针对绝缘子涂层材料电热性能的优化和设计展开建模和研究。通过协调微观和介观的分子模拟体系,分析聚酯纳米复合涂层材料的绝缘失效机理和反应路径,探究PET纳米复合材料导热性能的提升规律。主要研究内容如下:(1)基于ReaxFF反应分子动力学方法研究了直流GIL中PET在高温作用下绝缘失效机理。通过在不同温度下多分子PET体系的热解模拟,获得其反应路径的初始裂解机理,在原子水平上分析了热解过程的产物分布以及主要气体产物形成的机理。前期裂解反应主要产生PTA,且生成量随着聚合度下降而增加。主链上C-O键的断裂是造成前期PET聚合度下降和绝缘老化的主要原因。PET裂解反应前期,主要气体产物之一 C2H4随着主链的断裂大量生成并聚集在内部,导致PET内部产生孔洞。在反应后期,裂解产物以CO2为主,主要来自于PTA及PTA酸根的脱羧反应。(2)在高温裂解模拟结果的基础上,构建了不同聚合度的PET分子模型,并进行在不同场强强度下的分子动力学模拟。对比在电裂解模拟下的不同结果,分析了高场强在裂解过程中的主要作用机理。PET在电、热作用下的裂解反应路径并无明显差异,但是PET对场强的耐受能力存在一个明显的阈值,并且会随着老化程度的增加而下降,聚合度提高明显会使PET分子对场强耐受能力增强。当场强超过阈值后裂解过程会在场强作用下形成正反馈并加速裂解,此时PET的热裂解和电裂解会相互促进,从而加速PET的老化进程。(3)建立 PET/BN 和 PET/A1N 不同掺杂浓度的(1wt%、3wt%、5wt%、7wt%、10wt%、13wt%)的聚酯薄膜复合材料粗粒化模型,在相同条件下模拟其导热性能。结果表明,掺杂了纳米氮化硼和纳米氮化铝的聚酯薄膜复合材料导热性能均有所提高,其导热系数随掺杂浓度变化趋势均呈现快速上升。在纳米粒子含量较低(1wt%、3wt%)时,不同的纳米粒对复合材料的导热性能影响区别不大,且提升效果不明显:提高纳米粒子浓度后,纳米粒子本身的热导率越高,与其混合的复合模型的热导率就会越高。在高掺杂浓度下,掺杂了纳米AlN的复合材料在提升效果上更为明显。本文所采用的分子模拟主要围绕微观层面和介观层面,在传统分子模拟单一的微观维度的基础上更近了一步。通过从微观角度探究PET电热作用下的裂解过程的反应机理及产物对老化过程的影响,进而将分子模型粗粒化,研究了 PET复合材料模型的导热性能。使用粗粒化力场同时结合电热裂解模拟结果和PET复合材料所得结果,使模拟结果更还原实际运行时的情况,实现多尺度贯通的计算机模拟研究,为直流GIL绝缘子纳米复合涂层材料的相关性质更深入的研究以及进一步优化改性打下基础。