國(guó)內(nèi)外變壓器油標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)展

張綺，張昱，王會(huì)娟，于會(huì)民 ，馬書杰，陳緒東

(1.中國(guó)石油蘭州潤(rùn)滑油研究開發(fā)中心，新疆 克拉瑪依 834003；2.中國(guó)石油潤(rùn)滑油重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，新疆 克拉瑪依 834003；3.中國(guó)石油克拉瑪依石化有限責(zé)任公司銷售總公司，新疆 克拉瑪依 834003)

0 引言

變壓器油是電力輸變電系統(tǒng)的重要原材料之一，主要用于變壓器、電抗器、互感器、油開關(guān)等充油電氣設(shè)備中，起到絕緣、散熱和熄弧等作用，因此，通常也稱為絕緣油或絕緣液體。絕緣油根據(jù)產(chǎn)品種類可分為石油精煉衍生的產(chǎn)品(礦物型絕緣油)、合成化學(xué)品(硅絕緣油)及合成酯、天然酯[1]。目前，在電力輸變電系統(tǒng)中，各種形式的油浸變壓器及大型變壓器，充油最多的是礦物型變壓器油，文章所討論的標(biāo)準(zhǔn)均為礦物型變壓器油標(biāo)準(zhǔn)。

變壓器油在電氣設(shè)備中，能夠長(zhǎng)期持續(xù)穩(wěn)定的發(fā)揮冷卻散熱和絕緣保護(hù)作用，必須具有優(yōu)良的電氣絕緣性能、氧化安定性以及適宜的精制深度[2]，因此，在選擇變壓器油時(shí)應(yīng)嚴(yán)格按變壓器油標(biāo)準(zhǔn)檢測(cè)及驗(yàn)收。對(duì)于礦物型變壓器油標(biāo)準(zhǔn)，國(guó)際上最通用的是IEC 60296《Fluids for electrotechnical applications-Unused mineral insulating oils for transformers and switchgear 》和ASTM D3487《Standard Specification for Mineral Insulating Oil Used in Electrical Apparatus》標(biāo)準(zhǔn)，其中， IEC 60296標(biāo)準(zhǔn)于1969年1月首次發(fā)布，至2020年6月已更新至第五版本。ASTM D3487于1988年首次發(fā)布，至2016年確認(rèn)和修訂過8次。全球大多數(shù)國(guó)家以及變壓器知名品牌制造商均以IEC 60296和ASTM D3487標(biāo)準(zhǔn)為基礎(chǔ)，并根據(jù)各自的性能要求和產(chǎn)品特點(diǎn)制定相應(yīng)的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)和購油標(biāo)準(zhǔn)[3]。

1 國(guó)外變壓器油標(biāo)準(zhǔn)發(fā)展情況

IEC 60296標(biāo)準(zhǔn)是國(guó)際電工委員會(huì)標(biāo)準(zhǔn)，國(guó)際電工委員會(huì)(IEC)成立于1906年，是世界上成立最早的國(guó)際性電工標(biāo)準(zhǔn)化機(jī)構(gòu)，負(fù)責(zé)有關(guān)電氣工程和電子工程領(lǐng)域中的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化工作。IEC標(biāo)準(zhǔn)的權(quán)威性是世界公認(rèn)的，世界各國(guó)近10萬名專家在參與IEC的標(biāo)準(zhǔn)制定、修訂工作。

IEC 60296標(biāo)準(zhǔn)從1969年1月1日首次發(fā)布至2020年6月26日，已發(fā)布第五版本，其具體年代號(hào)見表1。從標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)容看，其產(chǎn)品的分類及產(chǎn)品的技術(shù)要求隨著電力技術(shù)的發(fā)展，分類越細(xì)、技術(shù)要求越高。其分類變化見表2。

表1 IEC 60296標(biāo)準(zhǔn)版本情況

表2 IEC 60296標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品分類變化

從表2可以看出，2003、2012版本與1982年及以前的版本相比變化較大，1982版本根據(jù)抗氧劑含量只分為含抗氧劑油、不含抗氧劑油兩個(gè)品種，并根據(jù)黏度和傾點(diǎn)劃分三個(gè)等級(jí)[4]。2003版[5]和2012版[6]，根據(jù)抗氧化性能分為通用規(guī)格和特殊用途，通用規(guī)格又根據(jù)抗氧劑含量分為：不含抗氧劑油、含微量抗氧劑油、含抗氧劑油，并且對(duì)抗氧劑含量的限值有所不同，對(duì)于特殊用途只有含抗氧劑油，并提出了更高的氧化安定性指標(biāo)。同時(shí)，標(biāo)準(zhǔn)中還根據(jù)最低冷態(tài)投運(yùn)溫度(LCSET)，規(guī)定了不同的傾點(diǎn)和低溫黏度，如果不特殊說明，通常LCSET應(yīng)為-30 ℃。

2020年新頒布的標(biāo)準(zhǔn)與2012版本相比，又?jǐn)U大了適用范圍，即增加了循環(huán)礦物絕緣油，同時(shí)根據(jù)運(yùn)行特性，將變壓器油分為A型和B型，A型絕緣油為含抗氧劑油，比B型具有更好的氧化安定性。B型絕緣油則分為不含抗氧劑油(U)、含微量抗氧劑油(T)和含抗氧劑油(I)，具有良好的抗劣化性能和良好的氧化安定性。從技術(shù)指標(biāo)上看：B型絕緣油顏色指標(biāo)為不大于1.5、界面張力指標(biāo)為不小于40 mN/m，與氧化安定指標(biāo)一樣不如A型絕緣油苛刻，同時(shí)沒有總硫含量和熱氧化應(yīng)力下的產(chǎn)氣特性技術(shù)要求[7]。

市場(chǎng)上國(guó)內(nèi)外知名品牌變壓器油產(chǎn)品以含抗氧劑的A型絕緣油居多，因此，本文主要對(duì)不同版本的氧化安定性較好的含抗氧劑油(I)進(jìn)行對(duì)比，見表3。

表3 IEC 60296標(biāo)準(zhǔn)主要產(chǎn)品技術(shù)指標(biāo)變化

從表3技術(shù)指標(biāo)可以看出：2012版標(biāo)準(zhǔn)相對(duì)2003版，(1)增加了二芐基二硫(DBDS)檢測(cè)項(xiàng)目及要求；(2)增加了潛在硫腐蝕檢測(cè)項(xiàng)目及要求；(3)增加金屬鈍化劑檢測(cè)及要求；(4)氧化安定性，要求在添加金屬鈍化劑前測(cè)定；(5)糠醛含量，由不高于0.1 mg/kg提高至不高于0.05 mg/kg；(6)增加產(chǎn)氣趨勢(shì)項(xiàng)目(ASTM D7150)，采購商要求時(shí)提供；(7)硫含量由不大于0.15%修改為不大于0.05%。

2020年新頒布的標(biāo)準(zhǔn)相對(duì)2012版，(1)增加了顏色及指標(biāo)要求；(2)提高了界面張力指標(biāo)要求；(3)產(chǎn)氣趨勢(shì)改為熱氧化應(yīng)力下的產(chǎn)氣特性，并規(guī)定了限值。除此之外，根據(jù)某些特殊設(shè)備要求，還列出了一些附加性質(zhì)，如帶電傾向(ETC)、析氣性和熱物性等性質(zhì)，如有需要，應(yīng)由供需雙方協(xié)商確定具體的限值[7]，附加性質(zhì)見表4。

表4 IEC 60296標(biāo)準(zhǔn)附加性質(zhì)

總體上看：新發(fā)布的IEC 60296:2020標(biāo)準(zhǔn)，其主要變化是擴(kuò)大了適用范圍，明確了產(chǎn)品標(biāo)記，同時(shí)在技術(shù)指標(biāo)方面，對(duì)變壓器油的精制/穩(wěn)定性提出了更多的要求，指標(biāo)要求也更加嚴(yán)格，尤其是對(duì)A型絕緣油增了熱氧化應(yīng)力的產(chǎn)氣特性的指標(biāo)限值。熱氧化應(yīng)力的產(chǎn)氣特性反映了在正常工作條件下使用的絕緣油中氣體的產(chǎn)生情況，其產(chǎn)生的原因與其組成有關(guān)，與電氣設(shè)備內(nèi)部故障無關(guān)，并且在實(shí)踐中尚未證明這種氣體對(duì)設(shè)備有害，它通常會(huì)隨著時(shí)間的推移而趨于平穩(wěn)。該方法提供的數(shù)據(jù)，可幫助用戶區(qū)分電氣設(shè)備的真實(shí)故障條件和由熱氧化應(yīng)力引起產(chǎn)生的氣體，也可作為用戶選油的考慮依據(jù)。

ASTM D3487標(biāo)準(zhǔn)是美國(guó)試驗(yàn)材料學(xué)會(huì)標(biāo)準(zhǔn)，該標(biāo)準(zhǔn)的各版本之間變化不大，從1988年首次發(fā)布至2016年版本，始終根據(jù)抗氧劑含量分為Ⅰ類(抗氧劑含量≯0.08%)和Ⅱ類(抗氧劑含量≯0.3%)，只是檢測(cè)項(xiàng)目上有所變化，具體指標(biāo)變化見表5。

表5 ASTM D3487標(biāo)準(zhǔn)變化

表5(續(xù))

從表5看，ASTM D3487-2016標(biāo)準(zhǔn)與前一版相比，主要變化是刪除了擊穿電壓(圓盤電極)檢測(cè)項(xiàng)目，增加了糠醛含量檢測(cè)項(xiàng)目及指標(biāo)要求。

ASTM D3487-2016標(biāo)準(zhǔn)與IEC 60296-2020標(biāo)準(zhǔn)的主要技術(shù)指標(biāo)相比，ASTM D3487-2016有苯胺點(diǎn)、析氣性、脈沖擊穿電壓、旋轉(zhuǎn)氧彈等檢測(cè)項(xiàng)目及指標(biāo)要求，而IEC 60296-2020標(biāo)準(zhǔn)則有二芐基二硫(DBDS)、潛在硫腐蝕、金屬鈍化劑含量、硫含量、PCA和熱氧化應(yīng)力的產(chǎn)氣特性等檢測(cè)項(xiàng)目及指標(biāo)要求。從氧化安定性評(píng)定方法看，ASTM D3487-2016標(biāo)準(zhǔn)采用的試驗(yàn)溫度為110 ℃、時(shí)間為164 h或72 h，IEC 60296-2020則采用的試驗(yàn)溫度為120 ℃，試驗(yàn)時(shí)間為500 h。因此綜合來看，IEC在對(duì)產(chǎn)品的精制穩(wěn)定特性、安全運(yùn)行特性和環(huán)保性能方面提出了更多更嚴(yán)苛的技術(shù)要求。

2 變壓器知名品牌制造商采購標(biāo)準(zhǔn)

全球大多數(shù)國(guó)家以及變壓器知名品牌制造商都是在IEC 60296和ASTM D3487標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上，根據(jù)各自的性能要求和產(chǎn)品特點(diǎn)制定相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)[11]，如歐洲標(biāo)準(zhǔn)EN 60296、澳大利亞標(biāo)準(zhǔn)AS 60296、中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)GB 2536、英國(guó)標(biāo)準(zhǔn)BS 148、印度標(biāo)準(zhǔn)IS 335、南非標(biāo)準(zhǔn)SANS 555等。變壓器知名品牌制造商ABB公司和西門子公司以及DOBLE公司均兼顧IEC 60296標(biāo)準(zhǔn)和ASTM D3487標(biāo)準(zhǔn)，分別制定了自己的購油標(biāo)準(zhǔn)，如ABB 1ZBA117001-10(材料規(guī)格 礦物絕緣油)、SIEMENS TUN901293(注油變壓器用新絕緣液體交貨條件)、Doble-TOPS(變壓器油采購標(biāo)準(zhǔn))。各標(biāo)準(zhǔn)情況見表6～表8。

表6 ABB 材料規(guī)格 礦物絕緣油

表7 西門子 注油變壓器用新絕緣液體交貨條件

表8 Doble公司變壓器油采購標(biāo)準(zhǔn)

表8(續(xù))

從以上標(biāo)準(zhǔn)看，ABB公司和西門子公司均可按IEC 60296標(biāo)準(zhǔn)和ASTM D3487標(biāo)準(zhǔn)接收變壓器油產(chǎn)品。DOBLE公司變壓器油采購標(biāo)準(zhǔn)主要依據(jù)ASTM D3487標(biāo)準(zhǔn)制定，并根據(jù)IEC 60296標(biāo)準(zhǔn)增加了不含抑制油產(chǎn)品，同時(shí)也增加二芐基二硫(DBDS)、金屬鈍化劑含量等檢測(cè)項(xiàng)目。

3 國(guó)內(nèi)變壓器油標(biāo)準(zhǔn)發(fā)展情況

2012年6月1日以前，我國(guó)變壓器油標(biāo)準(zhǔn)有國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB 2536-90《變壓器油》、石油化工行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)SH 0040-91《超高壓變壓器油》和SH 0351-1992《斷路器油》三個(gè)標(biāo)準(zhǔn)。GB 2536-90變壓器油標(biāo)準(zhǔn)參照采用IEC 296-82《用于變壓器和開關(guān)中的礦物絕緣油》標(biāo)準(zhǔn)中ⅡA技術(shù)條件，按低溫性能分為10號(hào)、25號(hào)和45號(hào)三個(gè)牌號(hào)。SH 0040-91超高壓變壓器油標(biāo)準(zhǔn)參照采用ASTM D3487-82《用于電器設(shè)備中的礦物絕緣油》標(biāo)準(zhǔn)中Ⅱ技術(shù)條件，按低溫性能分為25號(hào)和45號(hào)兩個(gè)牌號(hào)。SH 0351-1992斷路器油標(biāo)準(zhǔn)參照采用IEC 296-82《用于變壓器和開關(guān)中的礦物絕緣油》標(biāo)準(zhǔn)制定，各標(biāo)準(zhǔn)牌號(hào)分類見表9。

表9 國(guó)內(nèi)變壓器油老標(biāo)準(zhǔn)分類

表9(續(xù))

我國(guó)現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)GB 2536-2011《電工流體 變壓器和開關(guān)用的未使用過的礦物絕緣油》[12]于2011年12月5日發(fā)布，2012年6月1日實(shí)施。該標(biāo)準(zhǔn)是修改采用IEC 60296：2003，包括了變壓器油和低溫開關(guān)油的技術(shù)要求，其中，變壓器油分類也根據(jù)氧化安定性的優(yōu)劣分為通用級(jí)別和特殊用途(I)兩類，通用級(jí)別又根據(jù)抗氧劑含量分為不含抗氧劑油(U)、含微量抗氧劑油(T)、含抗氧劑油(I)，最后根據(jù)最低冷態(tài)投運(yùn)溫度(LCSET)的不同劃分牌號(hào)。該標(biāo)準(zhǔn)與最新版國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)IEC 60296:2020的主要技術(shù)區(qū)別見表10。

表10 GB 2536-2011標(biāo)準(zhǔn)中變壓器油技術(shù)要求

從表10標(biāo)準(zhǔn)對(duì)比看，對(duì)于特殊級(jí)別變壓器油，GB 2536標(biāo)準(zhǔn)缺少顏色、二芐基二硫(DBDS)、潛在硫腐蝕、金屬鈍化劑含量、熱氧化應(yīng)力的產(chǎn)氣特性等檢測(cè)項(xiàng)目及指標(biāo)要求，2-糠醛含量和PCA指標(biāo)均由“不大于”改為“小于”。對(duì)于通用級(jí)別變壓器油，GB 2536標(biāo)準(zhǔn)缺少顏色、二芐基二硫(DBDS)、潛在硫腐蝕、金屬鈍化劑含量等檢測(cè)項(xiàng)目及指標(biāo)要求，2-糠醛含量和PCA指標(biāo)均由“不大于”改為“小于”。

從IEC標(biāo)準(zhǔn)看，目前國(guó)際上對(duì)變壓器油產(chǎn)品的運(yùn)行安全性更加重視，潛在硫腐蝕、二芐基二硫(DBDS)、金屬鈍化劑含量、熱氧化應(yīng)力的產(chǎn)氣特性等均反應(yīng)出變壓器油在運(yùn)行過程中是否存在潛在的安全影響因素。而在我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和西部大開發(fā)戰(zhàn)略的實(shí)施下，隨著電力需求快遞增長(zhǎng)和國(guó)家電網(wǎng)及特高壓輸電技術(shù)的創(chuàng)新和發(fā)展，為滿足大容量、長(zhǎng)距離的電力輸送，采用高壓直流輸電和更高電壓等級(jí)的輸電設(shè)備已成為主要發(fā)展方向，因此對(duì)變壓器油的質(zhì)量也就提出更高的要求。另外，我國(guó)高壓直流工程技術(shù)正逐步走出國(guó)門，而配套使用的變壓器油產(chǎn)品質(zhì)量也要滿足國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，因此，我國(guó)現(xiàn)行變壓器油標(biāo)準(zhǔn)GB 2536-2011也將參照國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)IEC 60296:2020進(jìn)行修訂，使國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)與國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)接軌。

4 結(jié)論

(1)國(guó)際電工委員會(huì)標(biāo)準(zhǔn)IEC 60296于2020年6月26日已發(fā)布第五版本，該標(biāo)準(zhǔn)擴(kuò)大了適用范圍，明確了產(chǎn)品標(biāo)記，同時(shí)在技術(shù)指標(biāo)方面，對(duì)變壓器油的精制和穩(wěn)定性提出了更多、更嚴(yán)格的要求。

(2) ASTM D3487標(biāo)準(zhǔn)是美國(guó)試驗(yàn)材料學(xué)會(huì)標(biāo)準(zhǔn)，從1988年首次發(fā)布至2016年，各版本之間變化不大，始終根據(jù)抗氧劑含量分為Ⅰ類和Ⅱ類，主要技術(shù)變化是刪除了擊穿電壓(圓盤電極)檢測(cè)項(xiàng)目，增加了糠醛含量檢測(cè)項(xiàng)目及指標(biāo)要求。

(3)目前國(guó)際上變壓器油標(biāo)準(zhǔn)最權(quán)威、最通用的是 IEC 60296和ASTM D3487標(biāo)準(zhǔn)，全球大多數(shù)國(guó)家以及變壓器知名品牌制造商均以IEC 60296和ASTM D3487標(biāo)準(zhǔn)為基礎(chǔ)，制定相應(yīng)的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)和購油標(biāo)準(zhǔn)。

(4)我國(guó)變壓器油標(biāo)準(zhǔn)主要參照IEC標(biāo)準(zhǔn)制定，現(xiàn)行GB 2536-2011標(biāo)準(zhǔn)也將參照國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)IEC 60296:2020進(jìn)行修訂，使國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)與國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)接軌。