变压器作为输电网络系统重要的组成部分,对电网安全运行起着至关重要的作用。随着我国输电电压等级的不断提升,对在变压器中起主要绝缘作用的绝缘纸的电气、机械性能提出了更高的要求。间位芳纶纤维（PMIA）作为一种新型高科技材料,已经广泛地运用于变压器绝缘系统。变压器的油纸绝缘系统在实际运行中会产生大量的水分、酸等物质,这些产物会降低绝缘纸的机械性能和加快其老化,对变压器的安全运行造成危害。国内外学者对如何延长变压器绝缘系统使用寿命展开了大量的研究。分子模拟技术作为高效经济的实验方法,已经在物理、化学、生物、材料等领域得到了广泛的运用,并得到了国内外学者的充分认可。基于分子模拟技术能够从微观角度阐述物质的变化规律和机制,这将有助于我们更加清晰的认识水分、酸类物质对PMIA绝缘纸机械性能和老化的影响机理,研究水分及酸对PMIA绝缘纸的微观特性影响具有重要意义。本文基于分子模拟方法开展了水分及酸对PMIA绝缘纸非晶区微观特性的影响研究。首先,分别构建了含水、酸（甲酸、乙酸、乙酰丙酸、环烷酸及硬脂酸）的油纸复合体系;基于分子动力学,研究了水分及酸的扩散现象及机理。在此基础上,分别构建了六种不同微水含量的PMIA绝缘纸复合体系,以及六种不同甲酸含量的PMIA绝缘纸复合体系,从微观角度分析了水分、酸对PMIA绝缘纸的机械性能和热稳定的影响机制。在研究PMIA绝缘纸热分解前,对模拟体系结构进行平衡判断并结合量子力学方法对反应力力场进行了验证。最后,对PMIA绝缘纸的热分解过程进行了模拟研究;同时,模拟了水分、甲酸环境下PMIA绝缘纸的热分解过程,对PMIA绝缘纸热分解过程的产物进行了研究分析。对不同环境下PMIA绝缘纸的热解动力学进行了分析计算,统计分析了不同环境下的PMIA的初始热分解的中间产物和热分解产物的生成规律,对主要初始反应过程和产物的主要生成路径进行了跟踪分析。本文得到的主要结论如下:（1）在变压器正常温度运行条件下,分别跟踪了水分、酸在油纸复合体系中的运动轨迹,计算了水分及酸的扩散剧烈程度。发现水分子扩散运动具有方向性,水分由绝缘油向绝缘纸扩散的趋势;酸扩散剧烈强度由强到弱依次为:甲酸、乙酸、乙酰丙酸、环烷酸、硬脂酸。绝缘油中水分和小分子酸（主要是甲酸）易扩散到PMIA绝缘纸内部,而大分子有机酸则不易扩散到PMIA绝缘纸中。（2）水分降低PMIA绝缘纸的机械性能和热稳定性的微观机理为,水分子与PMIA纤维链形成的大量氢键,破坏PMIA纤维原有的氢键网络;随着水分含量的增加,PMIA纤维分子链间氢键数目随水分含量的增加而减少,PMIA纤维链间的相互作用减弱,导致间位芳纶纤维的链运动加剧。另一方面,水分的扩散剧烈程度随其含量的增加而加剧,其结果加速了PMIA纤维原有氢键网络的破坏速度,导致其机械性能下降,PMIA纤维热稳定性降低。酸对PMIA纤维绝缘纸机械性能、热稳定影响机制同水分的影响机制相似。含酸PMIA绝缘纸机械性能下降的原因是酸与PMIA链之间会形成大量的氢键,破坏了PMIA纤维链间的氢键,使得PMIA纤维素链的运动加剧,结构稳定性降低,导致其机械性能下降。同时,甲酸增强了间位芳纶纤维的延展性。（3）对PMIA纤维的热分解过程分析表明,间位芳纶纤维主要初始裂解位置为N-H键、酰胺键上C-N键和C=O键。温度作为影响间位芳纶纤维热分解的重要因素,温度升高将加速其热分解速率。温度越高,生成的产物越复杂,且高温条件下有助于稳定性气体生成。HCN即高温裂解的标志性气体。水分、酸加速PMIA热分解的微观机理为,水分、甲酸或热分解生成的自由基易与PMIA的N-H键、酰胺键上的C-N键和C=O键等位置发生氧化还原反应,降低了PMIA纤维链化学稳定性,使得PMIA纤维链易断裂,进而热分解为更小片段。对不同环境下的PMIA纤维初始老化阶段主要的产物（NH₃、H₂O、CO₂等）生成路径进行跟踪分析,发现间位芳纶纤维NH₂基团易夺取系统邻近H而形成NH₃;H₂O形成的主要生成路径是羰基夺氢形成羟基,然后以分子内脱水反应或分子间夺氢反应而成。研究结果发现甲酸能促进PMIA绝缘纸热分解初始阶段CO、CO₂、H₂O分子的产生,且酸环境下CO的生成量远大于其他两种环境下PMIA绝缘纸CO气体的生成量。