油浸式变压器是电力系统中的关键设备之一,油纸绝缘是其主要绝缘形式。水分会显著降低油纸绝缘性能,并且加速其老化过程,对油浸式变压器的安全运行构成严重威胁。变压器内部水分一方面来源于外界水汽侵入,另一方面是纤维素老化的产物,导致油纸绝缘水分含量随变压器运行时间的增长而增加。因此,对水分含量超标的变压器油纸绝缘进行干燥治理,对提升变压器安全可靠性至关重要。目前采用的真空干燥和煤油气相干燥等方法均为离线方法,设备需停运,降低了电能输送的经济性和安全性。因此,亟需攻克油浸式电力变压器在线除水方法及关键技术。针对此问题,本文研究获得了分子筛吸附剂对矿物油中水分的吸附行为特性,提出了基于A型分子筛静态和动态吸水特性的油纸绝缘水分评估与在线除水方法,并进行了现场应用验证。本文的主要工作和获得的主要结论如下:1)采用量子化学和蒙特卡罗方法研究了油纸绝缘和分子筛的静态吸水特性,结果表明:纤维素对水分子的吸引力为57.33 kJ/mol,由范德华力和氢键提供。烃类分子对水分子的吸引力分布在4.93 kJ/mol～11.69 kJ/mol,主要由范德华力提供。A型分子筛对水分子的吸引力分布在67.57 kJ/mol～101.464 kJ/mol之间。纤维素对水分子的吸引力约为烃类的5～11倍,A型分子筛对水分子的吸引力约为纤维素的2倍。因此通过A型分子筛实现油纸绝缘在线除水完全可行。2)采用分子动力学方法研究了 A型分子筛对水和矿物油的动态吸附特性,结果表明:A型分子筛与矿物油分子间的相互作用主要为范德华引力,在温度为358 K时,对应3A和4A分子筛其大小分别为81.63 kJ·mol-1·nm-2和72.43 kJ·mol-1·nm-2。与水分子间的相互作用主要为静电引力,在相同条件下分别为1954.18 kJ·mol-1·nm-2和2654.08 kJ·mol-1·nm-2。A型分子筛对水分子的吸引力比矿物油分子高25倍,且4A分子筛对水分子的吸引力是3A分子筛的1.35倍。水分子在4A分子筛内的扩散距离比3A分子筛更远。当温度为358 K时,250 ps内水分子在3A和4A分子筛内的扩散距离分别为0.871 nm和1.108 nm,水分子在4A分子筛中的扩散速度比3A分子筛快27.21%。由于3A分子筛内的K+半径大于4A分子筛内Na+半径,尺寸较大的K+导致3A分子筛的孔径更小,易阻碍水分子运动,故4A分子筛用于吸附矿物油中水分的能力相比3A分子筛更强,更适合作为除水材料。3)依据±500 kV换流变压器实际结构,构建了换流变压器多物理场有限元模型,仿真获得了油纸绝缘在变压器启动及升温降温过程中的水分的分布及迁移特性,结果表明:当油中水分初始值为10 mg/L时,启动过程油中水分可升高至25.5 mg/L,平均迁移速度为0.081 kg/d。网侧绕组纸板中水分含量从1.68%下降至1.64%,平均迁移速度为-0.333 kg/d。阀侧绕组纸板中水分含量从1.68%上升至1.71%,平均迁移速度为0.252 kg/d。升温过程和降温过程油中水分含量分别变化到17.4 mg/L和6.2 mg/L,迁移速度分别为0.033 kg/d和-0.018 kg/d。由于起始时绕组纸板中水分已呈现不均匀分布,故变化不明显。绕组温度分布不均匀是影响油纸绝缘水分准确评估的主要因素。根据油纸绝缘水分迁移特性,提出了基于修正系数的油纸绝缘水分评估方法,准确率可以提升21.2%。4)构建了变压器油纸绝缘在线除水系统等效模型,揭示了除水装置对油纸绝缘水分迁移特性的影响,获得了换流变在不同负载率和初始水分含量下的除水时间,结果表明:温度升高对油纸绝缘在线除水有利,当变压器负载率从0.8升高至1.0时,除水时间下降38%。当负载率为0.8时,初始水分含量由1.5%增大到2.0%,除水时间延长了 86%;当负载率为1.0时,相同情况下除水时间延长了 47%。提出了基于A型分子筛静态和动态吸水特性的油纸绝缘水分评估与在线除水策略。初始水分含量为1.5%时,负载率为0.8和1.0对应的除水时间分别为402 d和246 d;初始水分含量为2.0%时,相同条件下除水时间分别为790 d 和 490 d。5)对实际110 kV变压器进行了为期30天的在线除水实测,其中除水装置共运行20天,并对其中的水分迁移特性进行了仿真计算,结果表明:30天内油中水分含量平衡值由13 mg/L降低至10.6 mg/L,与实测得到的10 mg/L相符;得到除水装置切出时装置进油口油中水分含量为10.5 mg/L,与实测值11.9 mg/L相符。验证了除水策略的准确性。