电力设备带电检测仪器技术规范第1部分油中.docx
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1、电力用矿物绝缘油换油指标要求(征求意见稿)编制说明18目次1 编制背景32 编制主要原则33 与其他标准文件的关系34 主要工作过程35 标准结构和内容36 条文说明31 编制背景本标准依据关于印发 2016 年能源领域行业标准制(修)订计划的通知(国能科技2016238号)的要求编写,计划编号为能源 20160441。矿物绝缘油作为一种主要的液体绝缘介质,大量应用于主变压器、配电变压器、电抗器、电流互感器、电压互感器、套管、电容器等高压电气设备,随着运行时间的延长或运行工况的变化等, 油质会逐渐出现劣化现象,影响设备的绝缘性能,导致设备故障的发生。电力系统每年都有大量的充油设备需要检修或退运
2、,但长期以来因缺乏一个明确的换油技术指标,为设备运维检修中油品处置提供指导依据,避免部分设备运行可靠性低或过早换油导致不必要的经济浪费和环境污染。在此背景下,急需制定相应的换油技术指标要求。本标准编制主要目的是为了规范电力用矿物绝缘油在使用过程中的质量监控,为绝缘油使用过程中的换油处理提供明确依据,提高设备的运行可靠性和经济性。2 编制主要原则本标准根据以下原则编制:1) 本标准编制结合电力系统充油设备运行特点,选择有代表性的油品特性参数作为换油指标项目,最大限度避免设备故障的发生,提高设备运行的可靠性;2) 本标准编制综合考虑油品再生处理的经济性、可行性以及电力企业对供电设备可靠性的要求,在
3、对现有油品质量统计数据分析以及油纸绝缘老化特性研究分析的基础上,对不同电压等级设备进行差异化管理,以最大限度提高设备运行的经济性。3 与其他标准文件的关系本标准与相关技术领域的国家现行法律、法规和政策保持一致。目前,国内外还没有针对矿物绝缘油换油指标要求的标准和规范,本标准为首次制定。4 主要工作过程2016 年 10 月,项目启动,并成立了标准编写组。2016 年 11 月,收集相关技术资料,完成了标准大纲编写。2016 年 12 月,编写组完成标准初稿编制。2017 年 1 月至 2 月,编写组在实验室验证和多次小组讨论的基础上编制了标准征求意见稿。2017 年 2 月 27 日,全国电气
4、化学标准化委员会发函对标准进行征求意见。5 标准结构和内容本标准主题章分为 5 章,包括:范围、规范性引用文件、术语和定义、要求和试验方法、取样。6 条文说明6.1 定义换油指标定义为在正常使用过程中,因供电可靠性或不宜现场再生处理等原因,设备在用油品应更换的最低质量极限。供电可靠性或不宜现场再生处理的情况包括再生处理后较大可能出现反 弹、现场处理周期较长影响供电可靠性、再生处理成本较直接换油成本高、油品与固体绝缘不相容、处理程序相对复杂(如需要进行添加剂感受性试验、前期或现场准备工作繁琐等)等。6.2 换油方式选择绝缘油在变压器、电抗器、互感器、套管、油开关等充油电气设备中,起绝缘、散热冷却
5、、灭弧和保护设备等作用。目前,对油品的更换方式主要有两种方式:1) 按质换油,即参照换油指标标准,当油品某一项指标不合格时即换油;2) 按时换油,即根据设备生产商或油品供应商规定的换油周期进行换油。按时换油一般适用于取样困难、少油量、使用工况多变等特点的设备,如断路器和有载调压开关。对于运行工况相对稳定、运行寿命相对较长的电力系统充油电气设备,如变压器和电抗器一般推荐采用按质换油的方式。6.3 换油指标项目选择矿物绝缘油质量标准主要有 GB 2536-2011电工流体 变压器和开关用的未使用过的矿物绝缘油和 GB/T 7595-2016运行中变压器油质量,前者针对新油,后者针对运行油,由于本标
6、准主要用于电力用矿物绝缘油在使用过程中的质量监控,为换油提供依据,因此,在选择换油指标项目时应重点关注那些容易在运行过程起变化或对充油设备运行可靠性有重大影响的项目,项目宜从现有的 GB/T 7595-2016运行中变压器油质量中优先进行筛选。6.3.1 变压器和电抗器换油指标选择评价绝缘油性能的指标主要分为物理特性指标(如外观、密度等)、化学特性指标(如酸值、氧化安定性等)、电气特性(击穿电压、介质损耗因数等)和健康安全性指标(如 PCA、PCB)四大类。对评价绝缘油性能的各项指标在使用过程中的变化情况及对设备绝缘性能的重要性进行了比较,见表 1。序号油运行指标性能使用过程中的可 测对在用油
7、的是 否 列变化性重要性入 换 油指标说明直观反映油劣化、1外观物理特杂质增加、透明定 性性度下降可测2色度物理特性颜色越来越深定 量可测3酸值化学特越来越高性定 量可测4水溶性酸化学特(pH 值) 性越来越小定 量可测重要是绝缘劣化的关键指标表 1 绝缘油使用过程中各项指标的变化情况及其对设备绝缘性能的重要程度分析重要否污 染 状况,目前只能定性测量重要是与油劣化程度直接相关重要是与油劣化程度直接相关反映油纸5 闭口闪点6 水分物理特变化不大定 量性可测化学特越来越大定 量性可测7 界面张力物理特性越来越低定 量可测8 击穿电压电气特越来越低定 量性可测9 介质损耗电气特因数性越来越高定 量
8、可测10 体积电阻电气特越来越高定 量率性可测11 油中溶解化学特越来越大定 量气体含量性可测12 含气量物理特越来越大定 量性可测无故障情况下变化不大,如出现故障重要是或 混 错油,对设备安全运行影响巨大。可通过滤重要否油快速降低反映油品劣化程度及污染的重要否灵 敏 指标,但与绝缘性能不直接相关可通过滤重要否油快速提高仅通过滤重要是油会存在反弹现象仅通过滤油会存在反 弹 现重要否象,与介质损耗因数互为倒数关系与油品质量关系不重要否大,与内部部件故障有关与设备密封 性 有重要否关,可通过滤油快速降低直接影响油品劣化重要是速度和相关绝缘性能油泥与沉化学特定 量13 淀物性越来越大可测重要否定,没
9、有14析气性电气特性变化不显著定 量可测不 易 测明确限值对壳式, 强油循环15带电倾向电气特性越来越高定 量可测重要是16颗粒度物理特性越来越大定 量可测重要否17腐蚀性硫化学特性导致Cu S 沉积2可测重要是变压器运行可靠性有重要影响可通过滤油快速降低会导致起始放电电压降低, 对运行可靠性有重要影响二苄基二18硫醚(DBDS)含量化学特越来越小性定 量可测重要否腐蚀性硫的成分之一19T501化学特越来越小性定 量可测重要否20糠醛化学特越来越大性定 量可测重要否21抗氧化安定性化学特性越来越低定 量可测重要否可带电补加反映固体绝缘劣化指标与油品劣化程度直接相关, 但与油中是否添加抗氧剂关系
10、较大由表 1 可见,绝缘油的酸值、色度、水溶性酸(pH 值)、介质损耗因数、油泥与沉淀物、带电倾向度、腐蚀性硫、闭口闪点 8 项指标反映油纸绝缘系统老化灵敏或对油纸绝缘性能影响较大,并具有较好的可测性,可以作为换油指标监测项目。6.3.2 断路器和调压开关换油指标选择断路器和调压开关一般允许经过一定的动作次数后再进行检修,运行人员往往根据生产厂家的相关规定来判定是否该检修换油,但随着设备状态检修的推进,以及在线滤油装置的推广应用,这种按时检修换油的模式将逐渐过渡到按质检修换油的管理模式。GB/T 7595-2016运行中变压器油质量对运行中断路器油的检测项目为击穿电压、水溶性酸(pH 值)、外
11、状(水分、透明度、机械杂质)三项;国家电网公司企业技术标准 Q / GDW 1168 -2013输变电设备状态检修试验规程对有载调压开关对运行油击穿电压提出了明确的要求;DL/T 596-2005电力设备预防性试验规程对运行中断路器油的检测项目有水溶性酸(pH 值)、机械杂质、游离碳、击穿电压、水分、闪点、酸值七项。由于外观、击穿电压、水分、水溶性酸均具有较好的可测性,且反映油质老化灵敏或对绝缘性能影响较大,因此,把这四项作为断路器和调压开关的换油指标监测项目。6.3.3 互感器、套管、消弧线圈等少油设备换油指标选择GB/T 7595-2016运行中变压器油质量和 DL/T 596-2005电
12、力设备预防性试验规程对互感器、套管、消弧线圈等少油设备,对油击穿电压和密封性有明确要求,这两项指标均具有较好的可测性,且反映系统密封状况灵敏或对绝缘性能影响较大,因此,把这两项作为互感器、套管、消弧线圈等少油设备的换油指标监测项目。6.4 变压器和电抗器换油指标阈值确定6.4.1 氧化安定性旋转氧弹作为一个快速氧化测定法应用非常广,旋转氧弹值的下降反映油品氧化程度,当油品氧弹保持在 25以下后,油品寿命接近终点,油泥快速上升1,因此在油品运行控制中监测旋转氧弹是一个比较有效监控油品使用寿命的手段。旋转氧弹能考察整个油品抗氧体系所表现的抗氧化性,虽然红外和 RULER 快速、便捷,但反映的只是抗
13、氧剂的情况,因此在综合评测一个油品的抗氧化能力时,旋转氧弹的参考价值更大。我国现行标准中并未对变压器油的氧化安定性旋转氧弹法测试结果进行规定,美国 ASTM D 3487-2009用于电气设备中的矿物绝缘油 (加抑制剂),氧化安定性旋转氧弹法试验指标是不小于195min2,美国提出运行中变压器油氧化安定性的标准为80min3。国网河南电科院对 93 台退运的 10kV 变压器的油样进行系统分析,93 个油样中,有 29 个油样80min,占比 31.2%,其最短的仅为 19min3。SH/T 0636-1996L-TSA 汽轮机油换油指标给出了氧化安定性60min 作为汽轮机油换油指标。但从实
14、际运行油品的测试数据看,变压器油中是否添加抗氧剂对油品氧化安定性指标影响较大,部分未添加抗氧化剂的运行油的旋转氧弹值虽然低于 60min,但其它理化指标仍合格, 同时,目前各网省公司均较少开展变压器油的氧化安定性试验。综合以上情况,暂不把氧化安定性作为矿物绝缘油的换油控制指标。6.4.2 酸值酸值是指中和 1g 油样中的酸性物质所需要的 KOH 毫克数,单位为 mgKOHg。酸值是评定和判断运行中油质氧化程度的重要指标之一,关注油样酸值的变化,对监测变压器的运行状况具有重要的意义。在国家标准中,酸值的警戒值为 0.1mgKOHg。 图 1 为添加不同硫化物情况下变压器油纸绝缘系统中油酸值与老化
15、时间的关系,四组样品的酸值在整个老化期间呈先缓慢增长,后迅速增长的趋势,其突变点约在 0.1mgKOHg,图 2 为不同价态铜对变压器油性能的影响,从图 2 也可以看出,当油中酸值超过 0.1mgKOHg 时,油劣化速度呈迅速增长趋势4,因此,可将油中酸值突变点 0.1mgKOHg 作为油纸绝缘系统失效的警戒阈值,并作为换油指标控制值起始点。0.90.80.70.60.50.40.30.20.10.00A B C D510 15 20 25 30 35 40 45时间(days)图 1不同硫化物情况下变压器油纸绝缘系统中油酸值与老化时间的关系图 2 不同价态铜对变压器油性能的影响图 3 为国网
16、河南电科院对 93 台退运的 10kV 变压器的油样进行系统分析,有 32.3%的油样酸值在 0.1mgKOHg 以下,17.2%的油样酸值在 0.1mgKOHg0.2mgKOHg 之间,2.15%的油样酸值在 0.2mgKOHg0.3mgKOHg 之间,4.3%的油样酸值在 0.3mgKOHg0.5mgKOHg 之间。签于高电压等级设备对运行可靠性有更高的要求,设备故障造成的经济损失和社会影响也比较大, 因此,以电压等级500kV、110kV电压等级500kV、电压等级0.1 mgKOHg、0.2 mgKOHg、0.3 mgKOHg 作为换油指标进行差异化管理,有助于提高设备运行的可靠性和经
17、济性。图 393 台退运配变运行时间与酸值关系6.4.3 油泥与沉淀物油质深度劣化的最终产物是油泥。油泥是一种树脂状的部分导电的物质,能适当地溶于油中, 油泥存在会提高油品的导电性,并对油的介质损耗因数、冲击电压、界面张力有重大的影响,同时油泥也是一种催化剂,会加速油品的劣化速度,最终它将会从油液中沉淀出来并形成黏稠状的沥青质,黏附在绝缘材料、变压器的壳体边缘的壁上,沉积于循环油道、冷却散热片等地方,不仅加速了固体绝缘材料的破坏,导致绝缘收缩,造成变压器丧失吸收冲击负荷的能力,而且会严重影响散热,引起变压器线圈局部过热,使变压器的工作温度升高,造成必需降低运行变压器的额定出力, 因此,油泥存在
18、对变压器的安全可靠运行有重大影响。由于变压器、电抗器等充油电气设备内部不会存在机械磨损方面的缺陷,因此,油泥与沉淀物试验的测试结果基本上就是反映油泥生成情况和总量。GB/T 14542变压器油维护管理导则规定运行中油泥与沉淀物(质量分数)应0.02%, 按 500kV 变压器单相 65 吨油计算,则有老化产物油泥 13kg,足于对设备的绝缘性能造成重大影响。签于高电压等级设备对运行可靠性有更高的要求,设备故障造成的经济损失和社会影响也比较大, 因此,以电压等级500kV、110kV电压等级500kV、电压等级0.02%、0.05%、0.1%作为换油指标进行差异化管理,有助于提高 设备运行的可靠
19、性和经济性。6.4.4 水溶性酸电力用油中的酸性物质会对电气设备及油品本身产生一系列严重危害,低分子有机酸不仅直接影响油的使用特性,并对油的继续氧化起催化作用,将使油加快深度氧化,且水溶性酸的活度较大, 对金属有强烈的腐蚀作用,在有水的情况下,则更加严重。 因此,油中水溶性酸对变压器的固体绝缘材料老化影响很大。根据资料介绍5,同种油如没有水溶性酸时,在 95 ,720h 情况下,进行绝缘老化试验,棉织物的强度仅降低 1%,而含有 0.01mgKOH/g 水溶性酸的油,在同样条件下, 则强度降低 30%40%左右。因此,油中水溶性酸的存在,就会直接影响着变压器的使用寿命。根据 DL/T 984-
20、2005油浸式变压器绝缘老化判断导则,聚合度250 应引起注意,聚合低于 150 时设备应退出运行,具体见表 2。通常未投运变压器油 PH 值呈中性或弱酸/弱碱性,随着运行时间的延长以及绝缘油和绝缘纸的老化,油中小分子酸的产生量日益增长,同时油中的水溶性酸也随之增长,当 PH4.2 时,通常绝缘纸的聚合度会降低至 250 左右,当 PH3.0 时,通常绝缘纸的聚合度会降低至 150 左右,因此,可将水溶性酸油 PH4.2 作为油纸绝缘系统失效的警戒阈值,并作换油指标控制值起始点。表 2变压器纸绝缘聚合度判据聚合度,DPv诊断意见500良好500250可以运行250150注意(根据情况作决定)1
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