DL∕T 984-2018 油浸式變壓器絕緣老化判斷導(dǎo)則

備案號(hào)：63055-2018代替DL/T984—2005國(guó)家能源局發(fā)布I前言 Ⅱ 12規(guī)范性引用文件 13術(shù)語(yǔ)和定義 14絕緣老化測(cè)試項(xiàng)目 2 24.2紙絕緣的聚合度 2 24.4油中溶解氣體 25絕緣老化判據(jù)及影響因素 25.1紙絕緣的聚合度 25.2油中糠醛 35.3油中一氧化碳和二氧化碳 4 5附錄A(資料性附錄)變壓器絕緣老化機(jī)理及壽命 6附錄B(規(guī)范性附錄)絕緣紙(板)聚合度測(cè)試方法 附錄C(資料性附錄)變壓器絕緣老化典型實(shí)例 附錄D(資料性附錄)絕緣油中丙酮含量分析測(cè)定方法 附錄E(資料性附錄)介電響應(yīng)特性測(cè)量方法 23Ⅱ——增加了“GB1094.1和GB/T2900.15界定的以及下列術(shù)語(yǔ)和定義適用于本標(biāo)準(zhǔn)”的內(nèi)容(見(jiàn)第3章);——增加了“c)變壓器運(yùn)行超過(guò)30年”的取樣內(nèi)容——修改了第5章絕緣老化判斷的測(cè)試項(xiàng)目及原理——修改了第6章判據(jù)及影響因素的章名(見(jiàn)5);——修改了規(guī)范性附錄“絕緣紙(板)聚合度測(cè)試方法”的部分內(nèi)容(見(jiàn)附錄B)。GB/T1094.1電力變壓器第1部分：總則GB/T1094.7電力變壓器第7部分：油浸式電力變壓器負(fù)載導(dǎo)則GB/T2900.5—2013電工術(shù)語(yǔ)絕緣固體、液體和氣體GB/T7597電力用油(變壓器油、汽輪機(jī)油)取樣方法GB/T22898紙和紙板抗張強(qiáng)度的測(cè)定恒速拉伸法(100mm/min)糠醛(2-呋喃甲醛)furfural呋喃2位上的氫原子被醛基取代的衍生物，絕緣紙(板)劣化的主要特征產(chǎn)物之一。250%,說(shuō)明紙絕緣深度老化；聚合度約為150時(shí)，紙絕緣完全喪失機(jī)械強(qiáng)度。良好注意(根據(jù)情況作決定)3域，見(jiàn)圖1。圖1中不同運(yùn)行年限落入?yún)^(qū)域A的變壓器油中糠醛含量的下限值[log(f)=-1.65+0.08t,(如小于10年)的變壓器，當(dāng)油中糠醛含量過(guò)高時(shí)尤其需要重視(參見(jiàn)附錄C中C.3)。4運(yùn)行時(shí)間(年)e)超過(guò)注意值時(shí)，可在1年內(nèi)檢測(cè)1次；g)運(yùn)行超過(guò)10年。5化而言，與5.1.1和5.2.1相比，用CO和CO?判斷絕緣老化的不確定性更大。根據(jù)大量變壓器油中氣體a)正常情況下，隨著運(yùn)行年數(shù)的增加，絕緣材料老化使CO和CO?的含量逐漸增加。由于CO?較易溶解于油中，而CO在油中的溶解度小、易逸散，因此CO?/CO一般是隨著運(yùn)行年限的增加而逐漸變大的。當(dāng)CO?/CO大于7時(shí)，認(rèn)為絕緣可能老化，也可能是大面積低溫過(guò)熱故障引起b)對(duì)變壓器投運(yùn)后CO含量的增長(zhǎng)情況，有下列規(guī)律：1)隨著變壓器運(yùn)行時(shí)間增加，CO含量雖有波動(dòng)，但總的是增加的趨勢(shì)；2)變壓器自投入運(yùn)行后，CO含量開(kāi)始增加速度快，而后逐漸減緩，正常情況下不應(yīng)發(fā)生3)不同變壓器(如生產(chǎn)廠家不同、年代不同)投運(yùn)初期CO含量差別很大。據(jù)此提出以下經(jīng)驗(yàn)公式，不滿足時(shí)應(yīng)引起注意n——運(yùn)行年數(shù)。c)對(duì)變壓器油中CO?氣體分析結(jié)果，有以下經(jīng)驗(yàn)公式，不滿足時(shí)應(yīng)引起注意n——運(yùn)行年數(shù)。6其他丙酮作為變壓器的絕緣老化產(chǎn)物之一，其與聚合度之間的關(guān)系參見(jiàn)附錄A,其測(cè)試方法參見(jiàn)附錄D。隨著檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展，丙酮有可能成為新的絕緣老化判斷項(xiàng)目。介電響應(yīng)測(cè)試方法也具有成為判斷變壓器絕緣老化新測(cè)試項(xiàng)目的潛質(zhì)，其測(cè)試原理、具體測(cè)試步驟及分析方法參見(jiàn)附錄E。6(資料性附錄)變壓器絕緣老化機(jī)理及壽命A.1絕緣老化機(jī)理絕緣油和紙絕緣在電、熱應(yīng)力以及氧氣和水分的作用下都會(huì)發(fā)生降解，這一降解過(guò)程也稱(chēng)為老化過(guò)程；當(dāng)老化到一定程度不能發(fā)揮其應(yīng)有的功能時(shí)，稱(chēng)A.1.1纖維素絕緣材料變壓器的紙絕緣屬于纖維素絕緣材料，它是由大約75%～85%的α-纖維素、10%～20%的半纖維素、2%～6%的木質(zhì)素和少于0.5%的無(wú)機(jī)物等構(gòu)成。纖維素是由葡糖酐和糖苷鍵所連接在一起的線性縮合聚合物，其結(jié)構(gòu)如圖A.1所示。α-纖維素又是由約2000個(gè)葡萄糖單體(C?H??O?)組成的長(zhǎng)鏈狀高聚合碳?xì)浠衔?，其中約有70%的結(jié)晶部分和30%的無(wú)定型部分。半纖維素是葡萄糖單體少于200的碳?xì)浠衔?，這種成分的少量存在會(huì)對(duì)機(jī)械強(qiáng)度產(chǎn)生不利影響。絕緣紙的制造，主要是采用未漂白的針葉木硫酸鹽紙漿。硫酸鹽紙漿被加工成不同類(lèi)型不同密度的絕緣紙。工程中可以加入各種含氮化合物來(lái)改善纖維素的老化特性。采用牛皮紙作為絕緣后，在繞組頂部的最大設(shè)計(jì)熱點(diǎn)溫度為98℃,而采用熱性能更好的絕緣紙后，其最大設(shè)計(jì)熱點(diǎn)溫度提升到110℃。圖A.1纖維素的結(jié)構(gòu)圖變壓器的油紙絕緣在熱的作用下將會(huì)發(fā)生分子裂解的化學(xué)反應(yīng)，即熱解降解反應(yīng)。溫度升高時(shí)反應(yīng)加速，加之水解和氧化的作用，使絕緣材料加劇分解。運(yùn)行中的變壓器紙絕緣的熱分解、水解和氧化三a)熱分解：熱分解使纖維素分子鏈發(fā)生解環(huán)或斷裂，而解環(huán)和斷裂可以在纖維素分子的任何部位發(fā)生。熱分解也可能只發(fā)生在分子鏈的尾端，把最后一個(gè)環(huán)鏈解開(kāi)，產(chǎn)生CO和CO?等氣體以下，鍵也可能被打開(kāi)。但變壓器在正常運(yùn)行或者過(guò)載(運(yùn)行溫度低于140℃)時(shí)，熱分解發(fā)生在150℃以上時(shí)，纖維素結(jié)構(gòu)中的化學(xué)結(jié)合水開(kāi)始被脫除，會(huì)發(fā)生去氫反應(yīng)。在油中氧含量較多時(shí)，部分氫與氧化合成水，導(dǎo)致進(jìn)一步水解。試驗(yàn)證明，纖維素的分解作用，至少在溫度近200℃時(shí)，仍不會(huì)產(chǎn)生大量烴類(lèi)氣體，但CO和CO?增加較快，這就是有些變壓器絕緣導(dǎo)體低溫過(guò)熱故障，油中氣體總b)水解：纖維素是由許多D葡萄糖單體(C?H?O?)通過(guò)1-4糖苷鍵連接而成的線性高分子聚合物。1-4糖苷鍵對(duì)于酸的水溶液和高溫水的作用是不穩(wěn)定的，容易斷裂產(chǎn)生水解反應(yīng)，即水分子透過(guò)纖維素的長(zhǎng)分子之間，水與相鄰的兩個(gè)葡萄糖環(huán)的氧反應(yīng)，形成兩個(gè)OH基，各附于一個(gè)環(huán)，使聚合物分離為兩個(gè)部分。每次分裂就消耗1個(gè)水分子。油紙氧化所產(chǎn)生的酸是水解作7用的催化劑。纖維絕緣材料中所含水分越多，纖維素水解速度越快。c)氧化：由于纖維素紙的葡萄糖環(huán)的碳原子存在醇羥基(CH?OH),它的化學(xué)性質(zhì)非?；顫?，氧可能侵襲第六位C原子形成醛基—醛基再氧化而生成羧基，由于同分異構(gòu)化，在葡萄糖苷碳上形成雙鍵。于是，葡萄糖苷碳鍵就變得很不牢固，容易發(fā)生水解。羧基發(fā)生水解時(shí)纖維素鏈斷裂，因此醇羥基的氧化歸根到底是纖維素鏈發(fā)生斷裂。在實(shí)際的變壓器中，這三種過(guò)程是同時(shí)發(fā)生的，形成非線性的Arrhenius曲線，這樣就會(huì)增加應(yīng)用單一活化能去描述復(fù)雜降解過(guò)程的難度。溫度和環(huán)境決定了哪種降解過(guò)程占支配地位。在不同的反應(yīng)之間很可能有協(xié)同作用發(fā)生，例如氧化降解可能會(huì)促進(jìn)水解降解。但是，為了分析方便，假設(shè)各個(gè)過(guò)程是獨(dú)立的?？偟慕到饩褪歉鱾€(gè)降解過(guò)程的綜合，如公式(A.1)所示01/T圖A.2不同老化機(jī)制的老化反應(yīng)率與溫度(T)的關(guān)系纖維素降解機(jī)理說(shuō)明，即使是在相同的運(yùn)行溫度下，變壓器絕緣老化速度也會(huì)因含水量、含氧量等諸多因素的不同而不同。紙絕緣的纖維素分子在熱、氧、水等因素長(zhǎng)期作用下發(fā)生降解，大分子斷鏈成為較小的分子，使聚合度降低、材料的韌性和機(jī)械強(qiáng)度下降。此外，變壓器油紙絕緣處于高電場(chǎng)下還會(huì)產(chǎn)生電老化。如果各部位絕緣的工作場(chǎng)強(qiáng)遠(yuǎn)沒(méi)有超過(guò)允許的使用場(chǎng)強(qiáng)，則這種電老化相對(duì)熱老化而言是很小的，可以忽略不計(jì)；如果作用場(chǎng)強(qiáng)超過(guò)了允許值，就會(huì)產(chǎn)生具有不同能量放電特征的絕緣分解氣體。本標(biāo)準(zhǔn)對(duì)電老化的機(jī)理不作詳細(xì)分析。A.1.2變壓器油礦物變壓器油主要是由許多不同分子量的碳?xì)浠衔锝M成的混合物，基本以烷烴、環(huán)烷烴和少部分在變壓器的正常運(yùn)行溫度下，油不會(huì)產(chǎn)生熱分解。油的老化雖與溫度有關(guān)，但主要是氧化導(dǎo)致，銅是油氧化的催化劑。實(shí)際上，對(duì)不能與氧氣完全隔離的油紙絕緣設(shè)備，即使長(zhǎng)期不運(yùn)行，也同樣存在老89log(Fa)=1.15-0.0035DPJ…………(殘)剩余平均聚合度(%)圖A.4丙酮生成量和(殘)剩余平均聚合度反映其老化程度。介電響應(yīng)法主要分為時(shí)域和頻域兩種測(cè)量方式。時(shí)域測(cè)量方法包括回復(fù)電壓法變壓器的壽命主要由其油紙絕緣材料的壽命決定。變壓器壽命(油紙絕緣的壽命)主要與運(yùn)行溫度和油由于絕緣油可以在變壓器使用壽命期間再生或更換，而紙絕緣的老化過(guò)程是不可逆的，而且紙絕緣也是不易更換，因此，紙絕緣的壽命決定了變壓器的實(shí)際使用壽命。紙絕緣的壽命主要取決于紙絕緣的機(jī)械壽命。除制造質(zhì)量外，變壓器的實(shí)際壽命與運(yùn)行A.3.1溫度變壓器的實(shí)際壽命與運(yùn)行溫度關(guān)系很大。在GB/T1094.7和DL/T572中，是按“6度法則”的相對(duì)老化率來(lái)計(jì)算相對(duì)壽命損失的。也就是說(shuō)，在80℃~140℃的范圍內(nèi)，變壓器的溫度每上升(或下降)6℃,變壓器絕緣壽命的損失會(huì)加倍(或減半)。這是IEEE負(fù)載導(dǎo)則中Arrhenius方程的簡(jiǎn)化表達(dá)形式。變壓器運(yùn)行中的熱點(diǎn)溫度是受到嚴(yán)格限制的。在較高溫度下運(yùn)行的相對(duì)壽命損失值可以用較低溫度下少損失的值來(lái)補(bǔ)償。變壓器負(fù)載大小直接對(duì)壽命有影響，負(fù)載率較低的變壓器應(yīng)比負(fù)載率較高的變壓器運(yùn)行年限更長(zhǎng)。正常運(yùn)行的變壓器應(yīng)有30年以上壽命，達(dá)不到預(yù)期壽命而退役，通常是設(shè)備隱患或其A.3.2絕緣剩余壽命當(dāng)紙絕緣老化，纖維素分子鏈斷裂時(shí)，聚合度的值會(huì)從初始值(DP?)開(kāi)始減小，紙絕緣的老化服從Arrhenius方程，即R——摩爾氣體常數(shù)，取值為8.314J/(mol·K);由此，可以采用公式(A.4)對(duì)油-紙絕緣的剩余壽命進(jìn)行大致預(yù)測(cè)，即理論上，可以吊心取紙樣進(jìn)行當(dāng)前聚合度的測(cè)試，但由于變壓器溫度分布的不均勻性，很難明確取樣部位聚合度值與熱點(diǎn)或其他部位聚合度值之間的相關(guān)性關(guān)系?？梢酝ㄟ^(guò)研究繞組材料在不同溫度下E值和A值的變化規(guī)律，設(shè)定一定的置信區(qū)間來(lái)提高預(yù)測(cè)的可靠性。此外，水分含量不同也會(huì)影響A值的實(shí)際上，由于變壓器運(yùn)行過(guò)程中很難對(duì)其進(jìn)行吊罩取樣測(cè)量當(dāng)前的DP,值，因此執(zhí)行時(shí)可以采用取油樣測(cè)量糠醛含量Fa,并根據(jù)回歸公式log(Fa)=1.15-0.0035DP,進(jìn)行聚合度值的大致估計(jì)。絕緣紙(板)聚合度測(cè)試方法a)銅乙二胺(CED),分子式為[Cu(NH?-CH?-CH?-NH?c)戊烷或正己烷(純度≥99.0%)。c)新的絕緣紙(板)不需步驟a)和b)。d)用尖鑷子和刀片把絕緣紙(板)刮成薄膜，放在纖維解離器(或其他離散設(shè)備)中，加蒸餾水預(yù)期DP、g新的中等c)加入25mL蒸餾水，放置0.5h,讓水完全浸透試樣。e)加入25mL濃度為1mol/L的銅乙二胺溶液。B.6紙樣的含水量測(cè)量在事先干燥并稱(chēng)量過(guò)的密閉稱(chēng)量瓶中稱(chēng)取一定濕度環(huán)境中平衡的紙樣約2g(精確到1mg)。B.6.2含水量測(cè)量干燥后，蓋上蓋子并放在干燥器中冷卻45min左右。冷卻后，迅速打開(kāi)和合上蓋子使稱(chēng)量瓶?jī)?nèi)外氣B.7計(jì)算紙樣的含水量(H)按公式(B.1)計(jì)算，即B.7.3特性黏度(η)表B.2列出了作為ηg函數(shù)的(n)·C乘積值。該表中，取k=0.14,此值是在所述的操作條件下試驗(yàn)1123456789聚合度按公式(B.4)計(jì)算，即B.8檢驗(yàn)結(jié)果的有效性應(yīng)滿足以下兩個(gè)條件才能認(rèn)為結(jié)果符合本方法的要求，若有一個(gè)不滿足，應(yīng)重新進(jìn)行試驗(yàn)：a)兩個(gè)DPy相差不應(yīng)超過(guò)其平均值的2.5%。b)黏度測(cè)量后，用3號(hào)耐酸過(guò)濾漏斗過(guò)濾溶液。用稀鹽酸洗滌過(guò)濾器和沉淀物，然后用蒸餾水洗，經(jīng)過(guò)110℃左右的烘箱干燥后，在干燥器中冷卻并稱(chēng)重，不溶殘?jiān)鼞?yīng)當(dāng)少于試樣原始質(zhì)量的5%。(資料性附錄)C.1實(shí)例1某電廠1號(hào)、2號(hào)兩臺(tái)20000kVA/110kV升壓變壓器分別自1959年和1958年投入運(yùn)行，經(jīng)常負(fù)載1號(hào)變壓器2號(hào)變壓器情況說(shuō)明1979年前曾進(jìn)行大修濾油，后運(yùn)行至1989年吊檢，并測(cè)油中糠醛和聚合度1978年前大修濾油，1987年處理油介質(zhì)損耗1號(hào)主變壓器10kVA相35kVB相35kV引線中間絕緣層(上部)固定10kV引線處的絕樣捏成碎塊，未見(jiàn)黑色炭化物；樣品可明顯看到絕緣老化引起的炭化現(xiàn)象；手捏時(shí)有脆裂和疏松感。引線內(nèi)靠近導(dǎo)體絕緣炭化尤為嚴(yán)重，外層絕緣強(qiáng)度略好，說(shuō)明引線絕緣以導(dǎo)體溫度引起的老化為主，測(cè)試取中間部分樣品1974年投運(yùn)，1991年8月退出運(yùn)行，199a)變壓器累計(jì)運(yùn)行132740h,其中最大年運(yùn)行時(shí)間為8406h,最小為6993h。機(jī)組以100MW為基36℃,夏季最高為64℃~69℃。c)投運(yùn)約3年時(shí)曾發(fā)生B相高壓I線圈端部匝間短路，由于圍屏高度僅至上壓板下第5餅處，因而弧光殃及A相，導(dǎo)致A、B相3餅～4餅對(duì)應(yīng)處相間短路。后在現(xiàn)場(chǎng)將A、B相高壓線圈Id)1988年10月分析油中氣體，發(fā)現(xiàn)H?含量明顯增加(111μL/L),烴類(lèi)氣體正常，1989年11月取樣時(shí)間1987年1988年1990年線圈聚合度外圍屏引線旁軛側(cè)旁軛側(cè)中部下部高壓I高壓Ⅱ取樣線餅之線圈高壓I高壓Ⅱ內(nèi)徑側(cè)外徑側(cè)低壓線圈中部下部相別及取樣線圈高壓I高壓ⅡC相壓線圈(設(shè)計(jì)不同)的老化程度比高壓線圈嚴(yán)重。C.3實(shí)例3一臺(tái)配200MW發(fā)電機(jī)組的SFPSL7-240000/220升壓變壓器，1981年9月投運(yùn)，1992年6月事正常運(yùn)行負(fù)荷率為90%左右，上層油溫一般不超過(guò)70℃。投運(yùn)后除進(jìn)測(cè)試時(shí)間1988年1989年1990年1991年1992年測(cè)試時(shí)間1992年4月1992年5月C.4實(shí)例4表C.10某500kV變電站2號(hào)主變壓器時(shí)域介質(zhì)響應(yīng)參量A相B相0K食圖C.3B相變壓器紙板與實(shí)驗(yàn)室內(nèi)水分含量為0.76%的絕緣紙板tanδ(w)頻域譜對(duì)比圖C.4C相變壓器紙板與實(shí)驗(yàn)室內(nèi)水分含量為1.2%的絕緣紙板tanδ(w)頻域譜對(duì)比d)載氣：高純氮?dú)?99.999%),流量為1.5mL/min。f)氫氣(99.999%),流量為40mL/min。溫水浴中，加熱平衡30min,期間搖動(dòng)頂空瓶3次。用1mL注射器迅速抽取頂空氣0.50mL注入氣相色定，測(cè)得峰高(h)為795。最低檢出限=C·3n/h=0.532mg/L×3×18/795=0.036mg/L。為0.059,相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差為4.2%?；厥章?%)=(測(cè)得總量一基礎(chǔ)量)/加入量×100%平均回收率為101.5%。a)測(cè)試回路b)PDC及RVM理論曲線 DL/T984—2018響應(yīng)測(cè)試。為了分析變壓器繞組之間的絕緣狀況，UST模式應(yīng)用最為廣泛。圖E.3～圖E.5以UST模式圖E.2FDS測(cè)量原理示意圖心門(mén)門(mén)門(mén)門(mén)言中圖E.3給出了兩繞組變壓器的現(xiàn)場(chǎng)接線圖，該接線為單通道接線E.2.2.2三繞組變壓器現(xiàn)場(chǎng)接線方案況況弓叫27見(jiàn)幾幾門(mén)冗冗AC守圖E.4三繞組變壓器現(xiàn)場(chǎng)接線圖圖E.4給出了三繞組變壓器的現(xiàn)場(chǎng)接線圖，該接線為雙通道接線方式，其中被測(cè)高中壓容為CH,被測(cè)中低壓繞組之間的電容為Cr;Output為高壓電極，其作用是在被測(cè)變壓器上施加一激勵(lì)E.2.2.3帶第三繞組的自耦變壓器現(xiàn)場(chǎng)接線方案叫DDDDDD叫DDDDDD機(jī)幾仍叫譏弓C圖E.5帶第三繞組的自耦變壓器現(xiàn)場(chǎng)接線圖圖E.5給出了帶第三繞組的自耦變壓器的現(xiàn)場(chǎng)接線圖，該接線為雙通道接線方式，其中被測(cè)主絕緣高E.2.3測(cè)試條件E.2.3.1PDC測(cè)試條件PDC測(cè)試中直流電壓設(shè)置為U?=200V,為了獲得PDC中所攜帶的絕緣信息，原則上測(cè)量時(shí)間越長(zhǎng)，PDC中獲得絕緣信息越豐富，極當(dāng)測(cè)試時(shí)間允許時(shí)，建議選擇極化與去極化時(shí)間均為T(mén)e=10000s,否則選擇極化與去極化時(shí)間均為T(mén)e=5000s。E.2.3.2FDS測(cè)試條件FDS測(cè)試中交流電壓設(shè)置為u?=100V,FDS的測(cè)量頻率越低，其所攜帶的絕緣信息越豐富，因此，E.3介電響應(yīng)特征量或特征曲線的提取E.3.1PDC特征參量的提取a)油、紙及油紙絕緣的復(fù)合電導(dǎo)率、極化電流初始值、極化電流穩(wěn)定值。根據(jù)油紙串聯(lián)的X模型(X值為紙筒總厚度與高低壓繞組間主絕緣厚度之比，Y值為撐條的總寬度