DL/T 2217-2021 变压器用天然酯和合成酯油溶解气体分析导则

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ICs29.040.99
CCS E 38
中华人民共和国电力行业标准
DL/T2217一2021
变压器用天然酯合成酯油溶解气体分析导则
Guide for interpretation of gases generated in natural ester and synthetic ester-immersed transformers
2021-01-07发布2021-07-01实施
国家能源局发布

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1范围
本文件规定了变压器用天然酯和合成酯油溶解气体的分价方法。
本文件适用于以天然酯绝缘油或者合成酯绝缘油为主要绝缘材科的电力变压器。
2规范性引用文件
下列文件中的内容的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中,注日期的引用文件,仅该日期对应的版本适用本文件:不注日期的引用文件,其最新版本(色括所有的修改单)适用于本文件。
GB/T7597电力变压器油、汽轮机油)取样方法
GBT17623-291渔缘油中溶解气体组分含量的气相色谱测定法
GB50150电安装工程电气设备交接试验标准
NB/SH/T 0930力下绝缘液体产气特性测定法
ASTM D7150测定热应力下绝缘液体放气特性的标准试验方法(Standard test method for the deter mination of gassing haracteristics of insulating liquids under thermal stress)
3术语和定义
下列术语和定义适用月于本文件。
3.1
特征气体characteristic gas
对判断充油电气设份沙部故障有价值的气体,即氢气(H,D、甲烷(CH4)、乙烷(CH)、乙烯(CH)、乙炔(C2H2)、化碳(C0)、二氧化碳(C02)。
[来源:DL/T722-20141门
3.2
天然酯绝缘油natural ester insulating oil(hereinafter referred to as matural ester)
从种子或其他生物材料中提取,用于变压器或类似电气设备的鲍缘液体,其主要成分是甘油三酯,具有良好的生物降解性和环境相容性,简称天然酯。
[来源:DLT1811一2018,3.1,有修改]
3.3
合成酯绝缘油synthetic ester insulating oil(hereinafter referred to as synthetic ester)
有机酸与醇(如季戊四醇)经过酯化反应得到的绝缘油,简称合成酯。
3.4
高油酸基天然酯绝缘油higholeic based natural ester insulating oil
油酸含量大于75%的天然酯绝缘油。
3.5
高油酸基葵花型天然酯绝缘油higholeic sunflower based natural ester insulating oil
具有典型脂肪酸组成(油酸82%,亚油酸9%,亚麻酸小于1%)的高油酸基天然酯绝缘油。

3.6
大豆基天然酯绝缘油soybean-based natural ester insulating oil
从大豆中提取的具有典型脂防酸组成(油酸24%,亚油酸54%,亚麻酸7%)的天然酯绝缘油。
3.7
菜籽基天然酯铯缘油rapeseed-based natural ester insulating oil
从菜籽中提取的具有典型脂防酸组成(油酸62%,亚泊酸22%,亚麻酸10%)的天然酯绝缘油。
3.8
总溶解性可燃气体total dissolved combustible gas
氢气、甲烷、乙烷、乙烯、乙炔和一氧化碳气体含量的总和。
3.9
杂散产气stray gassing
设备正常运行或未发生故障的过载运行条件下,酯类绝缘油所产生的气体。
3.10
酯类绝缘袖变压器ester insulating oil transformer
内充天然酯绝缘油或合成酯绝缘油作为绝缘介质的变压器。
3.11
典型值typical value
酯类变压器在正常运行状态下油中特征气体的具有代表性的浓度值。
4油中气体的来源
4.1酯类绝缘油与矿物绝缘油产气差异
天然酯和合成酯绝缘油(以下简移“酯类绝缘油”)含有丰富的酯基和C16一C18链,矿物绝缘油主要为烷烃、环烷烃和芳香烃等,化学结构的差异性导致两者在故障状态下产生的气体种类虽然相同,但比率和产气率有较大差异。酯类绝缘油与矿物绝缘油产气最显著的差别如下:
a)非故障条件下,含有亚麻酸的酯类绝缘袖会产生乙烷;
b)过热产生的甲烷、乙烷和乙烯含量更高,且相比矿物绝缘油在更低温度下产生;
c)过热产生的甲烷、乙烷和乙烯的比例和矿物绝缘油不同;
d)酯类绝缘油过热产生大量的二氧化碳和一氧化碳。
4.2杂散产气
杂散产气是指设备正常运行或未发生故障的过载运行条件下,天然酯(合成酯)绝缘油所产生的气体。杂散气体的检测参照NB/SH/T0930或ASTM D7150。由于亚麻酸氧化时会产生乙烷,选用亚麻酸含量较高的大豆基或菜籽基天然酯类绝缘油作为绝缘介质的电气设备,即使在正常运行和未发生故障的过载运行条件下,也会产生杂散气体乙烷,浓度可以达到几百微升每升。但随着时间的推移,乙烷浓度趋于稳定,应对杂散产气进行监测直至气体稳定并建立趋势基线。
4.3酯类绝缘油在电应力作用下的产气
4.3.1概述
在相同条件下,合成酯绝缘油中放电产生的故障气体含量与矿物绝缘油相近,而天然酯绝缘油中放电故障产生的气体含量比矿物绝缘油低一个数量级。附录A中的大卫三角形法说明,在PD区(局部放电)和D1区(低能放电),天然酯(合成酯)绝缘袖和矿物绝缘油产生的特征气体比值相近。
4.3.2局部放电
酯类绝缘油变压器局部放电产生的特征气体主要是氢气(H2)和甲烷(CH4)。
4.3.3电弧放电
酯类绝缘油变压器电弧放电产生的特征气体主要是氢气(H)、乙炔(CH)、乙烯(CH4)。酯类绝缘油和矿物绝缘油生成的氢气和碳氢化合物比例相近,但二著的产气率有所差异,生成的碳氧化合物比例也不同。
4.4酯类绝缘油在热应力作用下的产气
4.4.1概述
当达到一定的过热温度,酯类绝缘油通过碳氢链热分解、酯键热分解、游离酸组分反应及杂散产气等生成气体,其产气总量为矿物绝缘油的两倍以上,试验数据见附录B和附录C。
4.4.2酸性产物
甘油三酯的分解是天然酯(合成酯)绝缘油热解的主要反应之一。它将生成两种游离脂肪酸、丙烯醛和来自第三种脂肪酸的乙烯酮。该反应虽未生成气体产物,但是每种产物可进一步反应产生碳氧化合物、乙烯、甲烷和乙烷。总酸值随着反应的发生而上升,说明碳氧化合物、乙烯、甲烷和乙烷均由酯类绝缘油的热解产生。
4.4.3碳氧化合物
酯类绝缘油热解产生的碳氧化合物为一氧化碳和二氧化碳,碳氧化合物的含量与酸值均随着热解温度的升高而增长,在相同温度下矿物绝缘油所产生的碳氧化合物比酯类绝缘油小几个数量级。此外,酯类绝缘油所产生的碳氧化合物含量也可能远大于纤维素绝缘纸,这将对纤维素绝缘纸老化程度的判断造成干扰,可通过酸值及乙烯含量来辅助判断气体来源。
4.4.4乙烯
酯类绝缘袖热解产生乙烯的温度较矿物绝缘油低50℃一100℃,且在较高温度范围内仍然显著增加。通常情况下,天然酯类绝缘泊中乙烯的含量不会超过一氧化碳的含量,但在一定高温下含量却明显超过一氧化碳含量,这种情况与矿物绝缘油相似。
4.4.5甲烷和乙烷
酯类绝缘油热解过程中烃链断裂产生甲烷和乙烷,甲烷和乙烷的热解温度均较矿物绝缘油低50℃一100℃,酯类绝缘油中甲烷和乙烷的产气特性与矿物绝缘油更为相似。在高温条件下,酯类绝缘油热解产生的甲烷和乙烷含量相近,但在矿物绝缘油中并非如此。造成油中甲烷和乙烷产物含量和比例差异的根本原因是天然酯绝缘油和矿物绝缘油具有不同的烃结构。
4.4.6可燃性气体
酯类绝缘油在高温下会产生可燃性气体。气体的含量和产气率取决于酯类绝缘油类型、暴露于高温下的含量和曝光时间等,可燃性气体比率的变化反映了设备故障的严重程度,必要时应采取额外指施。

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