近日，国际顶级期刊《Science of the Total Environment》发表了电气与自动化学院唐炬教授团队在气体绝缘介质故障分解机理方面的最新研究成果，论文题目为“Thermal degradation of greenhouse gas SF₆ at realistic temperatures: Insights from atomic-scale CVHD simulations”。博士研究生李昊天为论文第一作者，曾福平副教授为论文通讯作者。

完善SF₆气体绝缘设备故障在线监测与诊断方法，需要掌握SF₆故障分解机理。基于反应力场的分子动力学模拟是研究复杂体系的微观化学反应过程的重要方法。然而，常规的反应分子动力学模拟方法受制于计算速度和计算资源的限制，模拟时间在皮秒至纳秒尺度，对于稳定性高的分子体系，由于反应速率慢、概率低，因而无法获取足够的反应样本，大幅提升模拟温度又会导致模拟结果的准确性降低、与实际不符。

图1 论文摘要图-基于CVHD加速策略的SF₆热解反应机理研究

针对上述难题，该文为SF₆故障反应体系“量身定制”了一套基于硫-氟键长的集合变量驱动的超动力学方法加速策略，基于优化ReaxFF反应力场对SF₆分子热解过程进行了长达5纳秒的反应分子动力学模拟，模拟对应的物理时间尺度扩展了8.47×10⁴倍。论文首次在低至1600K的模拟温度下获取SF₆气体热解过程的分子动力学数据，基于相同温度范围的实验结果对模拟结果进行验证，结果显示在实际温度范围（1600~2000K）目标反应的动力学数据与实验高度一致。基于准确的动力学轨迹，论文比较了与大幅升温的传统MD模拟下SF₆分解机理的差异。该成果为下一步揭示SF₆跨时空故障分解机理、构建SF₆高效催化转化体系等提供了理论支撑。

图2 论文的研究方法和模拟体系内物质组成随模拟时间的演变

本项研究获得了国家自然科学基金(Grant No. 52277161)和湖北省杰出青年基金(Grant No. 2020CFA097)的支持，本论文的数值计算得到了武汉大学超级计算中心的计算支持和帮助。

论文链接：https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2024.172921

唐炬教授团队长期从事气体绝缘介质故障分解机理、气体绝缘设备的在线监测与故障诊断，以及SF₆气体环保化处理方面的研究，积累了一系列的研究成果，基于分解组分分析的故障诊断方法已在国家电网省、市公司广泛应用，多次避免绝缘故障恶化及相应的经济损失，有效保护了电力系统的安全、稳定运行。

（撰稿：曾福平 审稿：袁佳歆 责编：华小梅）