《TCEC 天然酯絕緣油電力變壓器 第3部分：油中溶解氣體分析導(dǎo)則》

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號(hào)T/CEC

中國(guó)電力企業(yè)聯(lián)合會(huì)標(biāo)準(zhǔn)

T/CECXXXXX—XXXX

天然酯絕緣油電力變壓器

第3部分:油中溶解氣體分析導(dǎo)則

NaturalEsterinsulatingoil-ImmersedPowerTransformers

Part3:GuideforInterpretationofGasesDissolvedinNaturalEster

（征求意見稿）

XXXX-XX-XX發(fā)布XXXX-XX-XX實(shí)施

中國(guó)電力企業(yè)聯(lián)合會(huì)發(fā)布

T/CECXXXXX—201X

天然酯絕緣油電力變壓器第3部分:油中溶解氣體分析導(dǎo)則

1范圍

T/CEC××的本部分規(guī)定了天然酯絕緣油電力變壓器（以下簡(jiǎn)稱天然酯變壓器）的油中溶解氣體分

析方法，包括產(chǎn)氣原理、檢測(cè)周期、取樣、氣體組分含量檢測(cè)方法、氣體檢測(cè)診斷流程、新設(shè)備投運(yùn)

前油中溶解氣體含量要求、特征氣體典型值、氣體的增長(zhǎng)率等，以及建議進(jìn)一步采取的措施。

本標(biāo)準(zhǔn)適用于以天然酯絕緣油和絕緣紙（板）為主要絕緣材料的電力變壓器。

2規(guī)范性引用文件

下列文件對(duì)于本文件的應(yīng)用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，僅所注日期的版本適用于本

文件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改單）適用于本文件。

GB/T7597電力用油(變壓器油汽輪機(jī)油)取樣方法

GB/T17623絕緣油中溶解氣體組分含量的氣相色譜測(cè)定法

DL/T722變壓器油中溶解氣體分析和判斷導(dǎo)則

DL/T1811電力變壓器用天然酯絕緣油選用導(dǎo)則

NB/SH/T0930熱應(yīng)力下絕緣液體產(chǎn)氣特性測(cè)定法

IEC62770電工用液體變壓器和類似電氣設(shè)備用未使用過(guò)的天然酯（Fluidsforelectrotechnical

applications-Unusednaturalestersfortransformersandsimilarelectricalequipment）

IEEEC57.155天然酯和合成酯液浸變壓器油中溶解氣體分析導(dǎo)則（GuideforInterpretationof

GasesGeneratedinNaturalEsterandSyntheticEster-ImmersedTransformers）

IEEEC57.147變壓器用天然酯絕緣油驗(yàn)收和維護(hù)導(dǎo)則（GuideforAcceptanceandMaintenanceof

NaturalEsterFluidsinTransformers）

ASTMD7150絕緣液體產(chǎn)氣特性下的熱應(yīng)力測(cè)定的標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方法（StandardTestMethodforthe

DeterminationofGassingCharacteristicsofInsulatingLiquidsUnderThermalStress）

3術(shù)語(yǔ)和定義

下列術(shù)語(yǔ)和定義適用于本文件。

3.1

天然酯絕緣油（以下簡(jiǎn)稱天然酯）naturalesterinsulatingoil

從種子或其它生物材料中提取、用于變壓器或類似電氣設(shè)備的絕緣液體，其主要成分是甘油三脂，

具有良好的生物降解性和環(huán)境相容性。

3.2

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大豆基天然酯絕緣油soybean-basednaturalesterinsulatingoil

一種從大豆油中提取的具有典型脂肪酸組成（油酸24%，亞油酸54%，亞麻酸7%）的天然酯絕緣

油。

3.3

菜籽基天然酯絕緣油rapeseed-basednaturalesterinsulatingoil

一種從菜籽中提取的具有典型脂肪酸組成（油酸62%，亞油酸22%，亞麻酸10%）的天然酯絕緣油。

3.4

高油酸基天然酯絕緣油higholeicbasednaturalesterinsulatingoil

一種具有高（大于75%）油酸（單不飽和脂肪酸，C18:1）成分的天然酯絕緣油。

3.5

特征氣體characteristicgas

對(duì)判斷充油電氣設(shè)備內(nèi)部故障有價(jià)值的氣體，即氫氣（H2）、甲烷（CH4）、乙烷（C2H6）、乙烯

（C2H4）、乙炔（C2H2）、一氧化碳（CO）和二氧化碳（CO2）。

3.6

總?cè)芙庑钥扇夹詺怏wtotaldissolvedcombustiblegas

氫氣、甲烷、乙烷、乙烯、乙炔和一氧化碳?xì)怏w含量的總和。

3.7

溶解氣體分析（以下簡(jiǎn)稱DGA）dissolvedgasanalysis

對(duì)溶解在絕緣油中的氣體的提取、檢測(cè)和定量分析。

4產(chǎn)氣原理

4.1概述

天然酯是由一系列脂肪酸的甘油三酯組成的混合物，甘油三酯由甘油基團(tuán)和脂肪酸基團(tuán)（RCOO-）

構(gòu)成，不僅含有碳、氫兩種原子，還含有氧原子。運(yùn)行中變壓器因受到內(nèi)部熱應(yīng)力或電應(yīng)力作用導(dǎo)致

液體絕緣介質(zhì)化學(xué)鍵斷裂產(chǎn)生氣體，如H2，CH4、C2H2、C2H4、C2H6、CO和CO2等特征氣體。天然

酯含有豐富的酯基和十六到十八個(gè)碳原子的碳鏈，而礦物油主要成分為烴類，包含直鏈烷烴、支鏈直

鏈、環(huán)烷烴及芳香烴。天然酯與礦物油的化學(xué)結(jié)構(gòu)明顯不同導(dǎo)致天然酯和礦物油在故障狀態(tài)下產(chǎn)生的

特征故障氣體種類雖然相同，但在比率和產(chǎn)氣率上有較大差異。因此，天然酯的溶解氣體分析方法不

能直接采用礦物油的標(biāo)準(zhǔn)，必須對(duì)礦物油的溶解氣體分析方法進(jìn)行修改才能適用于天然酯。

天然酯與礦物油產(chǎn)氣最顯著的差別如下：

——非故障條件下，含有亞麻酸的天然酯會(huì)產(chǎn)生乙烷；

——天然酯在較低的過(guò)熱溫度下就會(huì)產(chǎn)生甲烷、乙烷和乙烯，且氣體含量比在礦物絕緣油中產(chǎn)生

的更多；

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——天然酯過(guò)熱產(chǎn)生的甲烷、乙烷和乙烯的比例和礦物絕緣油不同；

——天然酯過(guò)熱產(chǎn)生大量的二氧化碳和一氧化碳。

迄今為止，天然酯絕緣油變壓器的故障數(shù)據(jù)不足以得到明確的運(yùn)行設(shè)備油中溶解氣體含量注意值、

絕對(duì)產(chǎn)氣速率和相對(duì)產(chǎn)氣速率注意值。

4.2雜散產(chǎn)氣

雜散產(chǎn)氣是指從沒有故障的正常操作和過(guò)載情況下的絕緣油中產(chǎn)生的氣體。含有亞麻酸的天然酯

中會(huì)出現(xiàn)特征雜散氣體乙烷，乙烷是亞麻酸氧化的一種副產(chǎn)品。在含有較高亞麻酸含量的大豆基和菜

籽基天然酯中，即使在設(shè)備正常運(yùn)行條件下也經(jīng)?？梢詸z測(cè)到乙烷氣體含量。雜散產(chǎn)氣產(chǎn)生的乙烷濃

度可以達(dá)到幾百μL/L，但乙烷濃度隨著時(shí)間的推移趨于穩(wěn)定或水平狀態(tài)，應(yīng)對(duì)雜散產(chǎn)氣進(jìn)行監(jiān)測(cè)直至

氣體穩(wěn)定至建立趨勢(shì)基線。

4.3其他氣體源

除變壓器內(nèi)部故障產(chǎn)生的氣體外，氣體的來(lái)源還包括絕緣液體污染、設(shè)備油箱帶油焊接和設(shè)備有

載分接開關(guān)切換時(shí)導(dǎo)致油分解產(chǎn)氣以及空氣中的氣體溶于油中等，應(yīng)在溶解氣體分析之前確定其他氣

體源。

天然酯變壓器通常有一個(gè)密封或氣體覆蓋液體的保護(hù)系統(tǒng)，以保護(hù)絕緣油接觸過(guò)高的氧氣濃度。

氮?dú)鈦?lái)源包括初始溶解氮、吸收空氣中的氮或變壓器頂部空間或保護(hù)設(shè)備中的干燥氮?dú)?。?dāng)?shù)獨(dú)鉂舛?/p>

低于預(yù)期氮?dú)鉂舛?、氧氣濃度升高或氧氮比率升高時(shí)，表明天然酯質(zhì)量變差或變壓器存在密封問(wèn)題，

應(yīng)采取措施識(shí)別氮?dú)鈦?lái)源，評(píng)估天然酯的惡化程度并解決問(wèn)題。

4.4可燃性氣體

天然酯在高溫下會(huì)產(chǎn)生可燃性氣體。氣體的含量和變化率取決于天然酯的類型、暴露于高溫下的

含量和曝光時(shí)間?？扇夹詺怏w的類型、變化率和比率發(fā)生變化時(shí)應(yīng)當(dāng)采取額外措施?？扇夹詺怏w比率

的變化可以指示設(shè)備條件的惡化情況?？扇夹詺怏w變化率增加表明狀態(tài)正在惡化，可燃性氣體含量相

對(duì)穩(wěn)定表明絕緣油狀態(tài)相對(duì)穩(wěn)定。

4.5纖維素絕緣紙熱分解

天然酯變壓器中的纖維素絕緣紙絕緣過(guò)熱會(huì)產(chǎn)生CO和CO2氣體。CO2與CO的比率是判斷溫度的

依據(jù)，這在通常意義上類似于礦物油。纖維素絕緣紙絕緣分解一般不會(huì)產(chǎn)生大量的烴類氣體，因此，

沒有這類氣體的干擾有助于我們區(qū)分400℃-450℃以下的天然酯過(guò)熱和纖維素絕緣紙絕緣過(guò)熱。高于這

個(gè)溫度范圍時(shí)，從天然酯中產(chǎn)生的碳氧化物將會(huì)掩蓋從纖維素絕緣紙絕緣中產(chǎn)生的該類氣體。

由于纖維素絕緣紙開始降解的溫度比絕緣油要低，因此纖維素絕緣紙分解產(chǎn)生的氣體副產(chǎn)物在變

壓器正常操作溫度下就能被發(fā)現(xiàn)。以升壓變壓器為例，在額定電壓附近，通常會(huì)產(chǎn)生數(shù)百μL/L（全部

替換）的CO和數(shù)千μL/L的CO2，卻沒有嚴(yán)重的過(guò)熱點(diǎn)。當(dāng)CO2和CO的含量分別不低于5000μL/L和

500μL/L時(shí)，CO2與CO的比率大于7可視為纖維素絕緣紙分解。

當(dāng)CO含量增加時(shí)，CO2與CO的比率就會(huì)下降，表明纖維素絕緣紙絕緣降解可能有異常。CO和

CO2含量大幅增加時(shí)應(yīng)及時(shí)進(jìn)行調(diào)查，有可能是纖維素絕緣紙過(guò)熱或天然酯高溫過(guò)熱的征兆。

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4.6電故障

由附錄F中大衛(wèi)三角形法說(shuō)明天然酯和礦物油的局部放電和D1區(qū)產(chǎn)生的故障氣體的相對(duì)比率非常

相似。在相同的條件下，在天然酯中產(chǎn)生的放電故障氣體的量相比礦物油低一個(gè)數(shù)量級(jí)。在絕緣油量

和故障條件相同的情況下，天然酯的故障氣體的濃度將比礦物油低約十倍。

4.6.1局部放電

天然酯變壓器局部放電產(chǎn)生的可燃性氣體主要是氫氣和甲烷。

4.6.2電弧分解

天然酯變壓器放電產(chǎn)生的氣體主要包括氫氣、甲烷、乙烷、乙烯、乙炔、一氧化碳和二氧化碳。

天然酯變壓器生成氫氣和碳?xì)浠锏谋壤笾孪嗤?，但與礦物油變壓器相比有所差異。兩種絕緣油生

成的碳氧化物比例均會(huì)不同，更多信息可參見附件E。

4.7熱故障

在足夠高的溫度下，天然酯會(huì)產(chǎn)生氣體，這些氣體來(lái)源于烴類的熱解、脂肪團(tuán)的熱解、分解的酸

性基團(tuán)以及反應(yīng)產(chǎn)生的雜散氣體。其產(chǎn)氣總量比礦物油多兩倍或更多，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如附錄D和附錄E所

示。

4.7.1酸性產(chǎn)物

天然酯熱解主要反應(yīng)之一是甘油三酸酯分解成兩個(gè)游離脂肪酸、丙烯醛和來(lái)自第三脂肪酸的乙烯

酮。該反應(yīng)未產(chǎn)生氣體產(chǎn)物，但每種產(chǎn)物進(jìn)一步反應(yīng)將產(chǎn)生碳氧化物、乙烯、甲烷和乙烷?？偹嶂惦S

著反應(yīng)發(fā)生而上升，即碳氧化物、乙烯、甲烷和乙烷是天然酯熱解產(chǎn)生。

4.7.2碳氧化物

碳氧化物為一氧化碳及二氧化碳，隨著溫度的增加，碳氧化物與總酸值的增加趨勢(shì)相同。相比之

下，在相同條件下礦物絕緣油中產(chǎn)生的碳氧化物相比天然酯要小幾個(gè)數(shù)量級(jí)。這是由于天然酯的特定

化學(xué)特性允許一氧化碳的產(chǎn)生量大于二氧化碳，尤其是在較高溫度下。天然酯產(chǎn)生的碳氧化物含量可

能會(huì)大大超過(guò)纖維素絕緣紙產(chǎn)生的碳氧化物含量，影響纖維素絕緣紙老化的分析，此時(shí)酸值和乙烯含

量可幫助解釋氣體來(lái)源。

4.7.3乙烯產(chǎn)物

在溫度比礦物油低50℃～100℃時(shí)，天然酯的乙烯產(chǎn)量大量增加，且隨著溫度增加顯著增加。這可

能是天然酯與一氧化碳一起反應(yīng)產(chǎn)生乙烯，由天然酯特定反應(yīng)產(chǎn)生的乙烯含量不會(huì)超過(guò)一氧化碳的產(chǎn)

氣量。然而，在研究的最高溫度下，乙烯含量明顯超過(guò)一氧化碳含量。巧合的是，這也發(fā)生在礦物油

大量產(chǎn)生乙烯的相同溫度范圍內(nèi)。這表明低于研究的最高溫度下主要是天然酯的反應(yīng)發(fā)生，而在研究

的最高溫度下，以與礦物油相同的反應(yīng)為主。

4.7.4甲烷和乙烷產(chǎn)物

在溫度比礦物油低為50℃～100℃時(shí)，天然酯的甲烷和乙烷產(chǎn)量大量增加。在研究的最高溫度下甲

烷和乙烷的產(chǎn)生變得與礦物油更相似。天然酯的烴鏈斷裂產(chǎn)生甲烷和乙烷，巧合的是，在更高溫度范

圍內(nèi)甲烷和乙烷的產(chǎn)氣量相似，而礦物油并非如此。甲烷和乙烷的數(shù)量和比例的差異從根本上是由于

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天然酯和礦物油具有不同的烴結(jié)構(gòu)。

5檢測(cè)周期

5.1投運(yùn)前的檢測(cè)

新的或大修后的66kV及以上的天然酯變壓器，投運(yùn)前應(yīng)至少作一次檢測(cè)。若天然酯變壓器不是帶

油運(yùn)輸，絕緣油采用油罐運(yùn)輸?shù)?，需?duì)油罐中絕緣油進(jìn)行DGA檢測(cè)，檢測(cè)結(jié)果與出廠值對(duì)比不應(yīng)有明

顯增加；注油完成，待靜放時(shí)間滿足要求后，對(duì)天然酯變壓器本體絕緣油進(jìn)行DGA檢測(cè)，特征氣體含

量不應(yīng)明顯增加。

如果在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行工頻耐壓或帶有局部放電測(cè)量的感應(yīng)電壓試驗(yàn)（IVPD），則應(yīng)在試驗(yàn)前后各做一

次檢測(cè)，試驗(yàn)后取樣時(shí)間應(yīng)為同容量礦物絕緣油變壓器規(guī)定時(shí)間的1.5倍，且不得少于24小時(shí)。

5.2新投運(yùn)時(shí)的檢測(cè)

新的或大修后的35kV及以上的天然酯變壓器至少應(yīng)在投運(yùn)后第1天、4天、10天、30天各做一次檢

測(cè)。

5.3運(yùn)行中的定期檢測(cè)

表1運(yùn)行中的檢測(cè)周期

電壓等級(jí)容量檢測(cè)周期

110kV(66kV)-1年

220kV-半年

5.4特殊情況下的檢測(cè)

特殊情況下應(yīng)按照以下要求進(jìn)行檢測(cè)：

（a）當(dāng)設(shè)備出現(xiàn)異常情況（如變壓器或氣體繼電器動(dòng)作、差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作、壓力釋放閥動(dòng)作、經(jīng)受

大電流沖擊以后、過(guò)勵(lì)磁或過(guò)負(fù)荷等），應(yīng)取油樣進(jìn)行檢測(cè)。當(dāng)氣體繼電器中有集氣時(shí)需要取氣樣進(jìn)行

檢測(cè)。

（b）當(dāng)懷疑設(shè)備內(nèi)部有下列異常時(shí)，應(yīng)根據(jù)情況縮減檢測(cè)周期進(jìn)行監(jiān)測(cè)或退出運(yùn)行。在監(jiān)測(cè)過(guò)程

中，若特征氣體增長(zhǎng)趨勢(shì)明顯，應(yīng)采取其他相應(yīng)措施；當(dāng)在相近運(yùn)行工況下，檢測(cè)三次后含量穩(wěn)定，

可適當(dāng)延長(zhǎng)檢測(cè)周期，直至恢復(fù)正常檢測(cè)周期。

1)過(guò)熱性故障。當(dāng)懷疑主磁回路或漏磁回路存在故障時(shí)，可縮短到每周檢測(cè)一次；當(dāng)懷疑導(dǎo)電回

路存在故障時(shí)，宜縮短到至少每天一次。

2)放電性故障。當(dāng)懷疑存在低能量放電時(shí)，宜縮短到每天一次；當(dāng)懷疑存在高能量放電時(shí)，應(yīng)進(jìn)

一步檢查或退出運(yùn)行。

6取樣

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6.1取樣

按照GB/T7597中變壓器油中溶解氣體分析取樣的有關(guān)規(guī)定進(jìn)行，在取樣過(guò)程中應(yīng)盡量避免長(zhǎng)時(shí)間

太陽(yáng)或紫外線直射。不應(yīng)在變壓器負(fù)壓下取樣，防止空氣吸入本體。取樣時(shí)，儲(chǔ)油柜油位指示要大于

零。油膨脹采用氣體調(diào)節(jié)時(shí)，氣體壓力表應(yīng)顯示正壓。對(duì)于繼電器的取氣管已引到地面的設(shè)備，要注

意先排掉取氣管內(nèi)的油再取氣樣。

6.2樣品的標(biāo)簽、運(yùn)輸和保存

樣品的標(biāo)簽：樣品的標(biāo)簽應(yīng)包括單位、設(shè)備名稱、型號(hào)、取樣日期、取樣部位、取樣天氣、運(yùn)行

負(fù)載、取樣油溫、油基、油型號(hào)及油量備注等。

樣品的運(yùn)輸：樣品在運(yùn)輸過(guò)程中應(yīng)盡量避免劇烈震動(dòng)，防止容器破碎，盡可能避免空運(yùn)。

樣品的保存：樣品應(yīng)盡快進(jìn)行分析，油中溶解氣體分析的樣品不得超過(guò)4天；天然酯在太陽(yáng)光和紫

外光下易產(chǎn)生雜散氣體，樣品應(yīng)避光保存。

7氣體組分含量檢測(cè)方法

7.1油中溶解氣體油氣分離方法、氣相色譜儀配置及最小檢測(cè)靈敏度要求、樣品分析檢測(cè)步驟、試驗(yàn)

結(jié)果的表示均可參照GB/T17623標(biāo)準(zhǔn)相關(guān)規(guī)定。

7.2機(jī)械振蕩法油中溶解氣體各組分濃度計(jì)算公式

'

pAVg

i（式7-1）

Xi0.927Ci,sKi'

101.3Ai,sV1

式中：

Xi——101.3kPa和293K（20℃）時(shí)，油中溶解氣體i組分濃度，μL/L；

——標(biāo)準(zhǔn)氣中i組分濃度，μL/L；

??,—?—樣品氣中i組分的平均峰面積，mV·s）；

?