变压器油质量现状与国际先进标准的对比分析及对策.doc

变压器油质量现状与国际先进标准的对比分析及对策 熊良铨 柯友胜 藏明红摘要：本文对我国和国际先进的变压器油产品标准进行了对比，发现我国的产品标准参照上个世纪80年代的国际标准制订，仍然按照电压等级划分，对抗氧剂含量和安全环保指标未做限制，显得落后，跟不上国际发展潮流。而目前国际先进的方法是根据应用场合分为一般应用和特殊应用两大类，再在此基础上根据抗氧剂含量划分不加剂、微量剂和加剂三类。克石化公司的变压器油与国际先进的变压器油产品标准对比分析结果表明：虽然我公司的变压器油可以达到ASTM D3487和IEC 60296新标准要求，但与尼纳斯国际知名产品相比，氧化安定性方面还存在差距。建议加强变压器油产品质量标准国际化研究，优化基础油生产工艺，不断提高基础油质量。1 前言变压器油在变压器中主要起绝缘和散热的作用，是大型变压器制造所必需的重要基础材料，它的质量好坏关系到变压器的安全运行。近年来变压器制造业的快速发展对变压器油产品质量提出了新的严格要求。2003年国际电工委员会IEC组织提出变压器油必须适应电力行业发展的需求，适应环境保护和人类健康安全保护的要求，所有质量指标都必须从变压器油的使用要求出发，符合变压器行业的技术要求。虽然目前我公司变压器油的产品质量和生产技术一直处于国内领先水平，但与国际先进标准和国际知名的变压器油生产商NYNAS、SHELL公司的同类产品相比，我们还存在差距。居安思危，跟踪国际变压器油产品质量标准的变化，开展对比分析，找到问题与差距，并提出对策，对于提高我公司变压器油的质量水平和国际市场竞争力具有重要的现实意义。2 变压器油国际先进标准得到国际认可的先进标准有：（1）美国的ASTM D3487（1993）（2）IEC系列标准：IEC296（1982）、IEC296（1991）、IEC60296（2003）我国主要执行GB253690变压器油质量标准和SH0040-91的超高压变压器油质量标准。我国标准参照采用20世纪80年代的国际标准制订，显得陈旧，跟不上国际发展潮流。2.1 美国ASTM3487标准及特点表1 ASTMD3487（1993年确认）电 器 设 备 用 矿 物 绝 缘 油 规 格项 目质量指标ASTM试验方法III物理特性苯胺点，（6384）1）（6384）1）D611颜色 0.50.5D1500闪点， 145145D92界面张力 ，dynes/cm 4040D971倾点， 402）402）D97相对密度 0.910.91D1298运动粘度，mm2/s100 3.0（36）3）3.0（36）3）D445 或D8840 12.0（66）3）12.0（66）3）0 76.0（350）76.0（350）目测透明、光亮透明、光亮D1524电器性能击穿电压（60HZ，圆盘电极），KV 3030D877击穿电压（60HZ，VDE电极），KV间隙 1.02mm 间隙 2.03mm 284）564）284）564）D1816击穿电压（25，脉冲下），KV （针负极到球面间隙25.4mm）1451）5）1451）5）D3300析气性6）7），l/min +15+15D2300（A法）+30+30D2300（B法）介质损耗因数（60HZ），%25 0.050.05D924100 0.300.30化学性能氧化安定性D244072小时 油泥，% 0.150.11）总酸值，mgKOH/g 0.50.31）164小时油泥，% 0.30.21）总酸值，mgKOH/g 0.60.41）氧化安定性（旋转氧弹），min 195D2112抗氧剂含量，% 0.080.3D1473或 D26688）腐蚀性硫非腐蚀性非腐蚀性D1275水含量，ppm 3535D1533中和值，mgKOH/g 0.030.03D974PCB含量，ppm 未检测出未检测出D4069ASTM3487的特点：（1） 根据油品中抗氧剂的含量分类为I、II两类，I类油要求抗氧剂含量不大于0.08%，即抗氧剂为微量。II类油要求抗氧剂含量不大于0.3%。（2） I、II两类标准对变压器油的析气性要求都是相同的，没有普通变压器油与超高变之分。（3） 对产品在不同温度下（100、40、0）的运动粘度有要求。为保证变压器油在变压器高温运行下具有良好的流动性，提高散热冷却效果，要求100运动粘度不大于3.0mm2/s ；为保证变压器在低温环境下能顺利启动，特别要求油品的0运动粘度不大于76 mm2/s。也就是说，该标准间接地对变压器油的粘温性提出了一定要求。（4） 对类油的抗氧化安定性要求严格，要求类油在不加抗氧剂或加剂小于0.08%条件下，经过110氧化164小时后，氧化油酸值0.6mgkoH/g、沉淀物0.3%。（5） 健康和环保指标要求检测不出多氯联苯PCB。2.2 IEC60296（2003）新标准及特点作为国际电工组织权威机构，IEC组织根据变压器行业的发展不断对变压器油质量标准和分析方法进行修订，先后颁布了IEC296（1982）、IEC296（1991修订稿）、IEC60296（2003）系列标准。尤其是2003年最新颁布的IEC60296（2003）标准，与IEC前期的质量标准相比，新标准在抗氧剂含量、抗氧化安定性指标要求、试验方法条件和在健康环保指标要求等方面有较大的改进。表2 IEC296-91变压器和开关用矿物绝缘油规格性 能极限指标试验方法I类II类III类IV类运动粘度a)mm2/s 4016.511.03.516.6ISO31041580080030180040150闪点， 14013090 b)140ISO2719倾点， 30456020ISO3016（混）浊点， c)ISO3015外观清洁、透明、无悬浮物和沉淀IEC296颗粒计数和尺寸d)IEC970密度（20），kg/m3 895 e)ISO3675界面张力，25 mN/m f)ISO6295中和值，mgKOH/g 0.03IEC296腐蚀性硫非腐蚀性ISO5662水分，mg/kg g)IEC814倾点抑制剂 见注c)IEC296击穿电压，KV 处理前处理后 3050 h)IEC156介质损耗因数（90） 0.005IEC247脉冲击穿电压，KVi)IEC897APCB含量无IEC997析气性，mL/min j)IEC628A表3 IEC60296（2003）矿 物 绝 缘 油 规 格性质IEC60296指标国标实验方法IEC60296运动粘度mm2/s，40最大12GB/T265ISO3104运动粘度mm2/s，-30最大1800GB/T265ISO3104倾点，最大-40GB/T3535ISO3016水含量，mg/kg最大30a/40bSH/T0207IEC60814耐电压，kv最大30/70cGB/T507IEC60156密度20,kg/m3最大895.0GB/T1884ISO3675ISO12185介损90最大0.005GB/T5654IEC60247IEC61620外观清澈透亮-总酸值，mgKOH/g最大0.01GB/T7304IEC62021-1界面张力，m N /m报告dGB/T6541ISO6295总硫含量，g/ml报告SH/T0253BS2000-373ISO14596抗氧剂含量，%(U)不加剂：无法检出(T)痕量：最大0.08(I)加剂：0.080.40IEC60666IEC60666糠醛含量，mg/kg最大0.1IEC61198IEC61198腐蚀性硫非DIN51353DIN51353析气性报告ASTM D2300BIEC60628A闪点，最小135GB/T261ISO2719PCA含量，%最大3%YP346BS2000-346PCB含量，%检测不出IEC61619IEC61619氧化安定性，h一般应用特殊应用GB/T12580-92IEC61125C(U)不加剂：164 (T)痕量：332(I)加剂：500酸值，mgKOH/g最大1.2最大0.3沉淀，%最大0.8%最大0.05%介质损耗因数（90）最大0.500最大0.050总硫含量报告最大0.15%SH/T0253BS2000-373ISO14596表4 IEC变压器油新旧标准抗氧化安定性指标对比旧版IEC296-91性 能质 量 指 标试验方法1类2类3类抗氧化剂含量，%检测不出0.10.1IEC666氧化安定性IEC1125C试验周期，h164164500总酸值，mgKOH/g1.00.31.0沉淀（质量），%0.50.150.5介质损耗因数，90（4060Hz）0.250.010.25新版IEC60296（2003）矿 物 绝 缘 油 规 格性 能质 量 指 标试验方法类类类抗氧化剂含量，%检测不出0.08%0.08%-0.4%IEC60666氧化安定性IEC61125C试验周期，h164332500总酸值，mgKOH/g1.2沉淀（质量），%0.8%介质损耗因数，90（4060Hz）0.500新旧标准对比及IEC60296（2003）新版标准的特点：（1） IEC新旧标准都是根据抗氧剂的加入量将变压器油分类为、类。最新的标准IEC60296（2003）、类对应的抗氧剂加入量分别为：检测不出、0.08%、0.08%-0.4%。（2） 从表4可以看出：IEC60296新版标准与旧版IEC296相比，对抗氧剂加入量和抗氧化安定性指标要求都做了较大的修改。另外氧化安定性试验方法的条件也有修改，类油的氧化时间从164 h修改为332 h。（3） 增加了总硫含量的要求。（4） 析气性由原来的5L/min 改为“报告”，实际操作时由供应商与用户制订协议指标。（5） 为适应环境保护和人类健康安全保护的要求。新标准增加了有潜在致癌危险的多环芳烃PCA含量3.0 %的要求。（6） 新标准增加了糠醛含量0.1 mg/kg的要求。2.3 我国变压器油质量标准与国际标准相比显得落后我国的变压器油按照输变电的不同电压等级分类为变压器油和超高压变压器油两大类。表5 我国变压器油产品标准GB253690项 目质量指标试验方法牌 号102545外观透明，无悬浮物和机械杂质目测1)密度（20），kg/m3 不大于895GB/T1884GB/T1885运动粘度，mm2/s 40 不大于131311GB/T26510 不大于20030 不大于1800倾点， 不高于722报告GB/T35352)凝点， 不高于45GB/T510闪点（闭口）， 不低于140135GB/T261酸值，mgKOH/g 不大于0.03GB/T264腐蚀性硫非腐蚀性SH/T0304氧化安定性3)氧化后酸值，mgKOH/g 不大于0.2SH/T0206氧化后沉淀，% 不大于0.05水溶性酸或碱无GB/T259击穿电压（间隔2.5mm交货时）4），KV 不小于35GB/T5075)介质损耗因数（90） 不大于0.005GB/T5654界面张力，mN/m 不小于4038GB/T6541水分，mg/kg报告SH/T0207表6 我国超高压变压器油产品标准SH004091项 目质量指标试验方法牌 号2545外观1）透明，无沉淀物和悬浮物色度，号 不大于1GB/T6540密度（20），kg/m3 不大于895GB/T1884GB/T1885运动粘度，mm2/s 100 不大于报告GB/T26540 不大于13120 不大于报告苯胺点， 报告GB/T262凝点2）， 不高于45GB/T510倾点， 不高于22报告GB/T35352)闪点（闭口）， 不低于140135GB/T261中和值，mgKOH/g 不大于0.01GB/T4945腐蚀性硫非腐蚀性SH/T0304水溶性酸或碱无GB/T259氧化安定性3)氧化后酸值，mgKOH/g不大于0.4SH/T0206氧化后沉淀，% 不大于0.2击穿电压4）（间隔2.5mm出厂），KV 不小于40GB/T507介质损耗因数（90） 不大于0.002GB/T5654界面张力，mN/m 不小于40GB/T6541水分（出厂），mg/kg 不大于50SH/T0207析气性5），mL/min 不大于5GB/T11142比色散报告SH/T0205（1） 符合GB2536-90标准的变压器油适用于330KV以下（含330KV）的变压器和有类似要求电器设备中。该标准参照采用IEC296-82用于变压器和油开关中的矿物绝缘油中A中技术条件。（2） 符合SH0040-91的超高压变压器油适用于500KV的变压器和有类似要求电器设备中。该标准参照采用美国ASTM D3487-82用于电器设备中的矿物绝缘油中。（3） 我国标准参照采用上个世纪80年代的国际标准制订，显得陈旧，跟不上国际发展潮流。（4） 对糠醛含量和健康环保指标多氯联苯PCB、环芳烃PCA含量未作要求。2.4 变压器油产品分类比较表7 变压器油产品分类比较ASTM D3487IEC60296BS148中国标准根据应用场合分为一般应用和特殊应用，然后按抗氧剂含量分类加抑制剂不加抑制剂GB2536SH0040超高变抗氧剂含量0.08%0.3%检测不出0.08%0.08%-0.4%未限定检测不出允许加入抗氧剂 *0.3%-0.5%分类依据根据抗氧剂含量分类为不加剂、加微量剂、加剂3类根据电压等级分类360KV，500KV* 我国根据GB7595-87，新产变压器油中抗氧剂含量应不低于0.3-0.5%，当含量低于此规定时，应进行补加。（1）国外根据变压器油中抗氧剂含量的大小来分类，其实是依据变压器的运行工况对基础油质量的不同要求来分类变压器油，如果变压器的实际使用工况允许添加抗氧剂，则一般使用深度精制的基础油，通过对加剂后的油品提出严格的抗氧化安定性指标要求来限定基础油的品质。（2）如果变压器的应用工况限定了抗氧剂的使用或者用户更看重基础油的质量，则要求不得添加抗氧剂。一般采用适度精制的基础油，要求基础油本身具有优良的抗氧化安定性，而不是依靠抗氧剂，所以对基础油作出抗氧化安定性的指标要求，而不是对加入抗氧剂的油作要求，因为油品加入抗氧剂后即使表现出优良的抗氧化安定性，也不一定就表明基础油有良好的抗氧化能力。（3）相比而言，我国根据电压等级分类为变压器油和超高变，未按抗氧剂含量分类，也未对抗氧剂含量作出限定，只是超高变增加了析气性的指标要求。2.5 关键质量指标的对比表8 国际先进变压器油产品标准关键质量指标的对比ASTM D3487IEC60296BS148中国标准加抑制剂不加抑制剂GB2536SH0040超高变抗氧剂含量%0.080.3检测不出0.080.08-0.4未限定检测不出允许加入抗氧剂*0.3-0.5析气性+15+15报告+8/A法+5/B法无要求+5/B法抗氧化安定性总酸值0.60.4一般应用特殊应用164h500h164h1.20.20.41.20.30.251.5沉淀 % 0.30.20.80.050.011.00.80.050.2介质损耗未作限制最大0.500最大0.050未作限制未作限制PCA%未作限制3%3%未作限制PCB含量检测不出检测不出检测不出未作限制(1) 析气性指标要求，我国超高变和英国不加剂的油都是5mL/min，比ASTM D3487要求严格。（2）抗氧化安定性指标要求，我国超高变与ASTM D3487类油相同，英国BS148与IEC类似。IEC增加了氧化后油品介质损耗的指标要求。（3）为了简化标准，IEC60296新标准将IEC296旧标准的、三类油合并，对氧化后油品的沉淀和酸值要求有松有严。但是，尼纳斯、壳牌等国际知名的厂商的变压器油产品实际质量水平远优于IEC的标准要求。2.6 氧化安定性测定方法的比较从表9的数据对比可看出：IEC61125C 新方法的氧化条件要求最苛刻，表现为温度高（120）、氧化时间长达500h。另外，IEC方法规定还可以通过测定氧化后的诱导期来判断油品的氧化安定性，这一点是其他方法没有的。17表9 变压器油氧化安定性测定法比较适用范围主要试验条件氧化后对油品的指标要求方法气体种类气体流量氧化温度，氧化时间，h总酸值，mgKOH/g，沉淀 % ，介质损耗90ASTM D244097抗氧剂0.08%氧气1L/h11072 / 1640.5 / 0.60.15 / 0.3不作要求抗氧剂0.3%0.3 / 0.40.1 / 0.2IEC11251992A法未加抑制剂氧气1L/h1001641.00.50.25B法加有抑制剂氧气1L/h120诱导期*测定油品生成一定量的挥发性酸所用的时间来评价*C法抗氧剂检测不出空气0.15 L/h1201641.00.50.25加剂0.1%1640.30.150.01加剂0.1%5001.00.50.25IEC61125A法未加抑制剂氧气16.67ml/min1001641.2 / 0.30.8 / 0.050.500 / 0.050B法加有抑制剂氧气16.67ml/min120332C法加剂和未加剂的新油空气2.5 ml/min120500BS EN61125加抑制剂空气0.15 L/h120164 / 5000.25 / 1.50.01 / 1.0不作要求未加抑制剂氧气1L/h1001641.20.8中国SH/T0206GB2536氧气17ml/min1101640.20.05不作要求SH0040超高压变压器油0.40.2*挥发性氧化产物由含有酚酞的碱性物质水溶液进行吸收。每天两次（上班和下班时）检查吸收管的变色情况，记录下观察到变色的时间，如果经过236小时未发生变色，则中止试验。3 我公司变压器油与国际先进标准的对比分析3.1 与美国ASTM3487标准的对比分析表10 克石化公司变压器油与美国ASTM3487标准的对比分析项 目ASTM D3487质量指标与克石化油典型值ASTM试验方法类标准克石化类油典型值II类标准克石化II类油典型值苯胺点，6384）76.5638471D611颜色，0.50.10.50.5D1500闪点，145150145148D92界面张力，dynes/cm，4048.34048.3D971倾点， 402）-4840-48D97相对密度，15，0.910.8820.910.899D1298运动粘度mm2/s100，3.0（36）3）2.3603.02.35D44540，12.0（66）3）9.75512.09.820，76.0（350）72.876.074.4目测透明、光亮透明、光亮透明、光亮透明、光亮D1524击穿电压（50HZ，圆盘电极），KV ，3053.73046.7D877析气性，l/min，+30+28+30+4.1D2300（B法）介质损耗因数（50HZ），%25，0.050.000050.050.00005D924100，0.300.000160.300.00013氧化安定性D244072小时 油泥，% ，0.150.04280.10.057总酸值，mgKOH/g 0.50.01090.30.042164小时油泥，% 0.30.05780.20.096总酸值，mgKOH/g 0.60.02180.40.075氧化安定性（旋转氧弹），min， /195220D2112抗氧剂含量，%， 0.080.060.30.3D1473或 D2668腐蚀性硫非腐蚀性非腐蚀性非腐蚀性非腐蚀性D1275水含量，ppm ， 35273528D1533中和值，mgKOH/g，0.030.010.030.01D974PCB含量，ppm，未检测出未检测出未检测出未检测出D4069从上表可看出我公司变压器油的特点：（1）加入0.06%微量抗氧剂可以达到ASTM D3487类油的质量要求，氧化后的总酸值和油泥低于指标要求，而尼纳斯的同类油氧化后的总酸值和油泥分别为0.01%，比我公司的油还小，反映出我公司类油的基础油氧化安定性需要进一步提高。（2）另外，类油的析气性+28，接近+30的指标要求，这也表明需要进一步提高基础油组分的氧化安定性、降低低温粘度，才能更好地平衡好析气性、氧化安定性和低温粘度三者之间的关系。（3）加入0.3%抗氧剂后完全达到ASTM D3487类油质量要求，而且氧化后的总酸值和油泥远低于指标要求。3.2 我公司变压器油与IEC60296（2003）新标准的对比分析表11我公司变压器油与IEC60296（2003）新标准的对比分析性质克石化油IEC60296指标国标实验方法IEC60296类类类运动粘度mm2/s，4010.0510.1510.15最大12GB/T265ISO3104倾点，-46-46-46最大-40GB/T3535ISO3016水含量，mg/kg24.8323.4221.05最大30a/40bSH/T0207IEC60814耐电压，kv457373最大30/70cGB/T507IEC60156密度20,kg/m3883.5880.6880.6最大895.0GB/T1884ISO3675ISO12185介损900.00030.00030.0003最大0.005GB/T5654IEC60247IEC61620外观清澈透亮清澈透亮清澈透亮清澈透亮-总酸值，mgKOH/g0.000.000.00最大0.01GB/T7304IEC62021-1界面张力，m N /m41.041.041.9报告dGB/T6541ISO6295总硫含量，ug/ml95.2133.4139.6报告SH/T0253BS2000-373ISO14596抗氧剂含量，%0.000.080.33(U)不加剂：无法检出(T)痕量：最大0.08(I)加剂：0.080.40IEC60666IEC60666糠醛含量，mg/kg0.03600.00800.0100最大0.1IEC61198IEC61198腐蚀性硫非非非非DIN51353DIN51353析气性+10.55+29.88+29.88报告ASTM D2300BIEC60628A闪点，144146146最小135GB/T261ISO2719PCA含量，%2.090.290.32最大3%YP346BS2000-346PCB含量，%2.02.02.0检测不出IEC61619IEC61619氧化时间，h164332500IEC61125C酸值，mgKOH/g0.18410.089720.01最大1.2沉淀，%0.350.04560.014最大0.8%介质损耗因数（90）0.280.084950.016最大0.500表12 尼纳斯公司变压器油产品质量与IEC60296标准的对比性质类类4000A类IEC60296指标国标试验方法IEC60296运动粘度mm2/s，409.59059.5最大12GB/T265ISO3104倾点，-60-60-60最大-40GB/T3535ISO3016水含量，mg/kg202020最大30a/40bSH/T0207IEC60814耐电压，kv40-6040-6040-60最大30/70cGB/T507IEC60156密度20,kg/m3870862870最大895.0GB/T1884ISO3675ISO12185介损900.0010.0010.001最大0.005GB/T5654IEC60247IEC61620外观清澈透亮清澈透亮-总酸值，mgKOH/g0.010.010.01最大0.01GB/T7304IEC62021-1界面张力，m N /m484848报告dGB/T6541ISO6295总硫含量，ug/ml0.030.020.03报告SH/T0253BS2000-373ISO14596抗氧剂含量，%检测不出0.080.30(U)不加剂：无法检出(T)痕量：最大0.08(I)加剂：0.080.40IEC60666IEC60666糠醛含量，mg/kg-最大0.1IEC61198IEC61198腐蚀性硫非DIN51353DIN51353析气性报告ASTM D2300BIEC60628A闪点，135148148最小135GB/T261ISO2719PCA含量，%333最大3%YP346BS2000-346PCB含量，%检测不出检测不出检测不出检测不出IEC61619IEC61619氧化时间，h164332500IEC611