[PDF] NB/T 10201-2019 - 英文版
| 标准号码 | 美元 | 购买PDF | 工期 | 标准名称(英文版) |
| NB/T 10201-2019 | 369 | NB/T 10201-2019 | <=4 | 矿物绝缘油中纸热降解产生的二氧化碳和2-糠醛的解释导则 |
| 基本信息 | |
|---|---|
| 标准编号 | NB/T 10201-2019 (NB/T10201-2019) |
| 中文名称 | 矿物绝缘油中纸热降解产生的二氧化碳和2-糠醛的解释导则 |
| 英文名称 | Guidance on the interpretation of carbon dioxide and 2-furfuraldehyde as markers of paper thermal degradation in insulating mineral oil |
| 行业 | 能源行业标准 (推荐) |
| 中标分类 | K15 |
| 国际标准分类 | 29.040.10 |
| 字数估计 | 16,159 |
| 发布日期 | 2019-06-04 |
| 实施日期 | 2019-10-01 |
| 标准依据 | 国家能源局公告2019年第4号 |
| 发布机构 | 国家能源局 |
NB/T 10201-2019: 矿物绝缘油中纸热降解产生的二氧化碳和2-糠醛的解释导则
NB/T 10201-2019 英文名称: Guidance on the interpretation of carbon dioxide and 2-furfuraldehyde as markers of paper thermal degradation in insulating mineral oil
中 华 人 民 共 和 国 能 源 行 业 标 准
矿物绝缘油中纸热降解产生的二氧化碳和
2-糠醛的解释导则
国家能源局 发 布
1 范围
本标准提供了通过分析溶解于矿物绝缘油中的特征产物含量来评估变压器绝缘纸寿命的指导方法。
将糠醛（2-FAL）、CO2的测试结果和不同种类电气设备相应注意值进行比较，可提供绝缘纸热降解程度
的预测信息。通过定期监测油中的糠醛和 CO2含量，并将其与正常老化情况下糠醛 CO2含量进行对比，
可以在短时间内评估绝缘纸的老化程度。
本标准规定了绝缘纸热降解评估的统计方法，与绝缘纸老化相关的浓度和增加率的注意值是根据统
计数据库得出，附件 A提供了参考资料。注意值仅供运行参考，而不能作为阈值。
本标准适用于矿物绝缘油和纤维素纸的变压器和电抗器，不适用于其它绝缘液体（如酯类、硅油等）
或非纤维素绝缘纸（例如热改性纸、合成纸等），也不适用于绝缘纸实际聚合度（DP）的计算。
本标准适用于故障和运维历史已知且运行期间持续监测的设备。
2 规范性引用文件
下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，仅所注日期的版本适用于本文
件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。
3.1 简介
本标准规定了绝缘纸热寿命评估的统计方法。根据不同类型变压器数据统计得出相应注意值（见附
件 A）。
3.2.1 概述
变压器老化的主要因素包括：绝缘体系的设计、材料和污染物，以及运行工况。对于固体绝缘（纸
或纸板）而言，老化直接影响其机械性能和介电性能。对于变压器而言，热老化主要影响绝缘纸的机械
强度，即变压器抗短路能力的降低。这一情况还有待统计数据验证。
绝缘纸的抗张强度、拉伸强度和抗折强度都随老化时间增长而降低，并且温度越高降低速率越快。
绝缘纸的机械性能以抗张指数或聚合度（DP）表示，老化程度对其有显著的影响。纤维素是由多个
葡萄糖环组成的长链化合物，其 DP值即是分子链长的平均数，通过测定纸溶液的粘度计算得出（见 GB/T
29305）。
由于测试所需的绝缘纸量较少，检测 DP值比检测抗张指数更方便。因此，DP被广泛用于绝缘纸老
化状态的评价。
纸的降解主要有三种过程：水解、氧化和热解。
3.2.2 温度的影响
温度影响纤维的降解速率（见 IEC 60076-7和 IEEE Std C 57.91）。
3.2.3 湿度和氧气的影响
湿度和氧气对纤维素纸的老化有重要的影响（主要是氧化）。湿度和氧气不仅降低绝缘纸的机械强
度，而且会导致液-固绝缘体系老化产物的增加，因为绝缘油和纸形成的降解产物会导致绝缘纸的进一
步降解。
在油-纸绝缘体系的老化过程中会形成许多副产物，如碳氧化合物、水、酸、油泥和呋喃化合物。
部分降解产物，如呋喃化合物易溶于油，且稳定性好，可作为老化诊断特征产物。呋喃类化合物是纤维
素和半纤维素水解以及纤维素氧化热解后的脱水反应形成，其测试方法见 IEC 61198 。
在变压器中，老化过程（包括水解、氧化和热解）是同时进行的，形成了非线性的综合老化机制（见
图 1），哪个过程起主导作用取决于温度和运行参数。由于油纸绝缘降解过程复杂，难以进行单一活化
能计算。
3.3 绝缘纸老化的症状
3.3.1 概述
绝缘纸的老化程度可通过直接检测纸或通过测量溶解在油中的副产物来获得。
纤维素降解主要影响绝缘纸的机械性能（抗张强度、拉伸率、破裂强度、折叠强度等）（见图 2），
但是对这些参数的直接测量需要大量的纸样，在运行变压器无法实现。然而，机械特性和聚合度（DP）
之间的关系是公认的。纤维素的降解对绝缘纸的抗压力影响不大。
图 2 绝缘纸机械性能与聚合度的关系
DP值是纤维素链上糖苷环的平均数。在天然纤维素中 DP值可以高达 10000，但经过相应处理后的
纤维素纸 DP值降低至 1000左右（通常是 1200）。
根据 GB/T 29305，通过检测溶解于铜乙二胺（Cuen）中纤维溶液的粘度，再计算得出绝缘纸的 DP
值。
绝缘纸的老化副产物可分为挥发性，可溶性和不溶性三类，主要来源于热解、水解或氧化，
3.3.2 挥发性副产物
碳氧化合物（CO和 CO2）是纤维素降解的最终产物，根据 IEC 60567，用溶解气体分析法（DGA）可
进行测量。除纤维素降解外，绝缘油的氧化也可产生 CO和 CO2。
绝缘纸含水量可高达几个百分点。其中，大部分水分被绝缘纸所吸附，只有小部分溶解在油中。油
中水分的来源除绝缘纸外，还包括空气中的水分。
油中的水分检测方法见 IEC 60814。
3.3.3 可溶性副产物
油中可溶性化合物（如酸、醇等）由纸降解产生。其中，最常用的诊断物质是以下糠醛（2-FAL）
及其相关化合物：
--5-羟甲基-2-糠醛（5-HMF）；
--2-呋喃甲醇（2-FOL）；
--2-乙酰基呋喃（2-ACF）；
--5-甲基-2-糠醛（5-MEF）。
油中 2-糠醛及其相关化合物的检测见 IEC 61198。
绝缘纸降解后产生的部分呋喃化合物会被绝缘纸吸附。纸和油中各种呋喃化合物的浓度存在差异，
并受温度影响。随着温度增加，呋喃化合物在固液两相重新平衡，油中浓度升高；温度降低则纸中呋喃
浓度升高。
呋喃类化合物在油和纸中的浓度受纸的类型和含水量影响。含水量高的纸更利于吸附呋喃化合物，
从而降低呋喃类化合物的油纸浓度比。
呋喃类化合物的稳定性较差，在高含氧量的油中易被氧化降解，因此，在变压器运行中会观察到糠
醛浓度的降低。
纤维素或油的氧化会产生酸性化合物，酸性物质浓度升高会加速纸老化。
3.3.4 不溶性副产物
纸的严重老化最终会导致纤维素链的断链，小的纤维会从绝缘纸上脱落。
根据 IEC 60970 ，纸纤维可以作为绝缘油颗粒物进行检测。
3.4 影响纸热老化的运行参数
影响纸热老化的主要运行参数包括：变压器运行时间、负荷、冷却方式、变压器类型、绝缘油质等。
变压器的高负载导致运行温度高，促进纸热降解。高负荷的变压器包括并联电抗器、高端直流换流
变、升压变压器、联络变压器等。
就冷却类型而言，冷却介质（水或空气）和流动类型（强油循环或自然循环）都会影响散热效率，
从而影响纸热降解的速率。最有效的冷却方式是在强油循环中以水作为冷却剂。
例如，通常水电站升压变压器的纸降解程度低于相同运行时间的火电厂升压变压器。这与变压器(冷
却方式)（OFWF与 ONAF和 OFAF）、运行时间、水电站和火电厂变压器历史负荷有关。
由于氧气和水含量高，敞开式变压器绝缘纸比密封式变压器更容易被降解。
由于纸降解过程是受温度影响的，某些可能影响温度的运行条件和环境因素也可能改变固体绝缘的
降解速率。因此，过高的环境温度或高负荷可能会促进纸的降解速度，进而导致糠醛、CO2、CO等副产
物增加。
3.5 油种和工况的作用
油种影响纸的老化速度，含抗氧化剂绝缘油中酸的形成趋势显著降低，同时减缓了氧化过程；氧气
在纸氧化过程中的影响也降低。
与使用无抗氧化剂绝缘油的变压器相比，即使绝缘纸聚合度（DP）相同，使用含抗氧化剂绝缘油的
变压器糠醛含量较低。
钝化剂（三唑衍生物）在纤维素老化中的作用尚未明确。金属钝化剂在氧化过程中可以通过对铜催
化去活化作用来降低油的降解速率，进而减缓纸的降解过程，但金属钝化剂并不直接影响油中糠醛浓度。
一些实验室研究表明，浸渍钝化剂绝缘油的纸具有减慢呋喃化合物形成的趋势，说明三唑类钝化剂在抑
制老化中有一定的效果。
油的老化条件也可能影响呋喃化合物在固体绝缘和液体绝缘间的分配；酸性油可能导致油中糠醛浓
度的增加，因为其从纸中提取极性化合物（呋喃）的能力较强。
3.6 影响热老化的故障条件
在降解机理可能是热或电的变压器中，由于温度的骤升，纸降解速率可能迅速增加。高能热电故障
中通过绝缘体循环电流过大和大电流随动会造成绝缘纸的大面积破坏甚至碳化。
在因故障导致的局部热降解的情况下，纸热寿命的预判非常困难，因为所涉及的纸的体积膨胀量是
未知的，并且在较短时间内温度也可能发生巨变。通过 DGA对热故障进行研究时应同时考虑纸的热寿命
评估，以免造成误导性结论。
高能电气故障（高能放电）通常发生在小范围，它对呋喃化合物浓度的影响可以忽略不计。在涉及
绝缘纸的放电时，碳氧化合物的增加比糠醛的增加更明显。纤维素副产物的形成尚未发现与局部放电有
关。
3.7 影响热老化指标的运行维护
3.7.1 概述
油的运行维护可能影响纤维素热老化指标（见 3.3）。在考虑糠醛的总浓度和评估热老化指标的增
长率时应考虑运行维护的影响。
3.7.2 油处理的影响
油处理可能会降低油中的糠醛浓度，这与处理时间和效率有关。在线脱气或长时间油处理可能会减
少纸中的水分。糠醛在油纸两相间的经过一段时间重新分配后达到新的平衡，时间取决于温度，冷却情
况和油循环。油中溶解气体和溶解水通过真空脱气法基本可除去。
在油处理后的六个月内，糠醛、溶解气体和水分的增加不应被视为老化率增加的指标。
3.7.3 油再生的影响
油再生对糠醛的浓度有重要影响。糠醛是极性的，绝大部分被酸性白土和其它吸附介质除去。油再
生后，应仔细记录糠醛浓度变化趋势以监测糠醛的增加量，同时考虑新的平衡条件。
注：油再生对溶解气体和水分的影响见 3.7.2。
3.7.4 换油的影响
换油对糠醛的浓度也有重要的影响。溶解在油中的所有副产物都被除去。换油后，固体和液体绝缘
之间的新平衡取决于温度、冷却条件和油循环。
换油后，应仔细记录糠醛浓度变化趋势以监测糠醛的增加量，同时考虑新的平衡条件。
注：换油对溶解气体和水分的影响见 3.7.2。
4.3 建议监测周期
以下采样和监测周期针对纸的热降解监测，具体取决于设备的使用年限和前期的纸热降解估算结果。
在常规或较低热降解情况下：每 1年至 2年进行一次常规监测。
在绝缘纸存在较严重的热降解、较高的热降解率，或因高负载、缺陷、冷却不足或恶劣环境引起的
非正常老化情况下：每年至少进行两次常规和补充性监测。
如果有严重热降解的证据，或者 DGA显示存在热故障（T1-T2）：参考 IEC 60599中所述的 DGA说明
和采样频率。
5 纸老化症状的注意值
5.1 概述
对于不同种类的设备，糠醛和 CO2的注意值计算按本条所列。样本按使用年限范围划分如下：
--运行时间低于或等于 1年的设备；
--运行时间在 1年至 10年的设备；
--运行时间在 10年至 30年的设备；
--运行时间高于 30年的设备。
对于每个年限段，计算以下两个参考值：
--较低的值对应于 90％的设备下降样品值（第 90百分数）；
--较高的值对应于 98％的设备下降样品值（第 98百分数）。
在计算同一类型设备的注意值时，遵循上述标准，同时考虑以下建议：
--舍弃滤油、再生或更换后短时间内测量值；
--舍弃长时间停用后的设备的测量值；
--仅考虑以恒定负载（平衡条件下）的测量值；
--实验室数据分析的可靠性至关重要。
在计算同一类型设备的注意值增加率（Rol）值时，强烈建议遵循上述标准并考虑以下：
--仅考虑以合理的时间间隔（＞ 6个月）采样的值，以减少测试重现性的影响；
--增加率应从定期采样的 3～4个值计算得出，最终使用移动平均值来减少统计波动的影响。
6 纸热降解和老化速率的评估
6.1 方法概述
注：本标准中所描述的纸热降解评估的步骤是基于大量变压器的统计评估。
本标准中提出的纸热降解评价方法目的是为了提供关于热降解条件和降解速率的基本信息。
纸的热降解评估可通过将其与大量设备中热降解相关参数注意值进行比较得到。
经过大修、换油、再生或出现热故障症状的变压器和电抗器应慎重评估判断，原因见 3.6。
无法建立一组关于呋喃化合物或碳氧化合物的阈值，因为不同数据库产生的注意值存在较大的变化。
然而，可以对所选择的样本进行统计评估，基于注意值的计算如 5中所述：
--在相近的运行年限下，监测值低于 90百分位数设备为低热降解；
--在相近的运行年限下，热降解值位于 90-98百分位数之间的设备为正常热降解；
--在相近的运行年限下，热降解值高于 98%百分位数的设备为高热降解。
低......