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变压器油作为一种重要的液体绝缘介质,其性能与变压器的安全运行水平密切相关。长期实践证明水分是影响变压器油绝缘强度的主要因素,近年来人们发现二氧化钛纳米粒子可以提高变压器油的耐水分劣化性,但纳米粒子微观特性与纳米变压器油中水分分布及存在状态的相互关系尚缺乏研究。为此,本文以二氧化钛纳米变压器油为研究对象,探索纳米粒子形貌、粒径、浓度和表面修饰对变压器油中水分分布及存在状态的影响规律,并对比分析了不同水分条件下二氧化钛纳米变压器油的介电性能,最后对纳米变压器油中水分存在的形式和分布进行了分子动力学模拟分析。本文首先采用溶剂热法制得了粒径为5 nm和10 nm的二氧化钛纳米球,以及长径比分别为4:1和10:1的二氧化钛纳米棒,利用上述所得纳米粒子制备了分散稳定性良好的纳米改性变压油。通过对所制备纳米变压器油和纯油中水分含量在10～60 ppm范围内的调节,对比分析了纳米粒子粒径、形貌、浓度和表面修饰对油中水分状态的影响作用,发现极性二氧化钛纳米粒子可以吸附油中水分子,且吸附量随粒径的减小而增大,而长径比对水分吸附量影响较小;同时纳米粒子改变了变压器油中水分的存在状态,将纯油中以多聚态水分子团簇为主的状态转化为纳米变压器油中以单聚、双-三聚水分子为主的状态。此外,通过测试纳米变压器油和纯油的工频击穿性能,发现二氧化钛纳米粒子可以提高变压器油的耐水分劣化性,其中5nm球形纳米粒子的改性作用最佳,可以将纳米变压器油的工频击穿电压提高到纯油的近2倍。最后,构建了不同形貌、粒径及水分含量纳米改性变压器油的几何模型,并根据实验环境调整模拟参数,进行了几何模型的优化和分子动力学模拟。模拟结果显示,变压器油模型中纳米粒子影响了微观水分子的扩散和分布,水分子以氢键的方式被牢固吸附于纳米粒子的表面,主要存在状态是单聚水分子和双-三聚水分子,多聚态水分子团簇比例减小,水分子存在形式逐渐向小分子构象转换,水分子扩散系数也随着含量的增加而变大。