IEC 605672023 充油电气设备.矿物油和其他绝缘液体中游离气体和溶解气体的取样和分析.指南标准立项发展报告

充油电气设备矿物油和其他绝缘液体中游离气体和溶解气体的取样和分析指南标准立项发展报告StandardizationDevelopmentReport:Oil-filledElectricalEquipment-SamplingofFreeGasesandAnalysisofFreeandDissolvedGasesinMineralOilsandOtherInsulatingLiquids-Guidance摘要随着电力系统电压等级和装机容量的持续提升，充油电气设备——包括油浸式电力变压器、电抗器、电流互感器和套管等——作为电网运行的核心枢纽，其运行可靠性直接关系到电力系统的安全稳定。溶解气体分析（DissolvedGasAnalysis,DGA）技术作为国际上公认的最有效的油浸式电力设备状态监测与故障诊断方法，已在电力行业得到广泛应用。准确、规范的油气取样与气体分析是保障DGA判据有效性和故障诊断准确性的前提条件，而IEC60567:2023《充油电气设备矿物油和其他绝缘液体中游离气体和溶解气体的取样和分析指南》正是这一关键环节的权威技术规范。本报告对该标准的立项背景、技术内容、主要修订变化及其行业应用价值进行了系统梳理，重点分析了标准规定的取样方法与分析程序、质量控制要求及与其他相关标准的协调关系，并对该标准在提升电力设备状态评价水平、推动行业技术进步方面的重要作用进行了深入探讨。关键词：充油电气设备；溶解气体分析；游离气体；取样方法；绝缘液体；状态监测；IEC60567AbstractWiththecontinuousimprovementofvoltagelevelsandinstalledcapacityinpowersystems,oil-filledelectricalequipment—includingoil-immersedpowertransformers,reactors,currenttransformers,andbushings—servesasthecorehubofpowergridoperation,anditsoperationalreliabilityisdirectlyrelatedtothesafetyandstabilityoftheentirepowersystem.DissolvedGasAnalysis(DGA)technology,asthemosteffectiveconditionmonitoringandfaultdiagnosismethodforoil-immersedelectricalequipmentinternationallyrecognized,hasbeenwidelyappliedinthepowerindustry.Accurateandstandardizedoil-gassamplingandgasanalysisserveastheprerequisiteforensuringthevalidityofDGAcriteriaandtheaccuracyoffaultdiagnosis.IEC60567:2023"Oil-filledelectricalequipment-Samplingoffreegasesandanalysisoffreeanddissolvedgasesinmineraloilsandotherinsulatingliquids-Guidance"servesastheauthoritativetechnicalspecificationforthiscriticalprocess.Thisreportsystematicallyreviewstheprojectbackground,technicalcontent,keyrevisions,andindustryapplicationvalueofthisstandard,withemphasisonthesamplingmethods,analysisprocedures,qualitycontrolrequirements,andcoordinationwithotherrelatedstandards,whileexploringitssignificantroleinenhancingpowerequipmentconditionassessmentandpromotingindustrytechnologicaladvancement.Keywords:Oil-filledelectricalequipment;Dissolvedgasanalysis;Freegases;Samplingmethods;Insulatingliquids;Conditionmonitoring;IEC60567一、引言1.1立项背景电力变压器作为电力系统中能量转换与传输的核心设备，其运行状态直接决定了电网的安全稳定水平。据统计，变压器故障约占电力系统一次设备故障总量的40%以上，而其中约有50%以上的故障可通过油中溶解气体的异常变化进行早期预警。因此，建立科学有效的油中溶解气体检测体系对保障电网安全运行具有不可替代的作用。溶解气体分析技术的基本原理是：当油浸式电力设备内部发生热性故障或放电性故障时，绝缘油和固体绝缘材料（绝缘纸、纸板等）在热应力和电应力作用下发生分解，产生特征气体（氢气H₂、甲烷CH₄、乙烷C₂H₆、乙烯C₂H₄、乙炔C₂H₂、一氧化碳CO、二氧化碳CO₂等）。这些气体溶解于绝缘油中，其组分和含量与故障类型、故障严重程度之间存在着密切的对应关系。通过提取油中溶解气体并进行气相色谱分析，结合DGA判据（如IEC60599、GB/T7252等标准中的特征气体法、三比值法、大卫三角形法等），可对设备内部的潜伏性故障进行早期诊断和趋势跟踪。然而，DGA分析结果的准确性和可靠性，首先取决于取样的规范性和分析的精准性。取样部位不当、取样方法不规范、样品保存条件不合格、分析过程操作误差等因素均可能导致DGA结果出现偏差，进而影响故障诊断的准确性，甚至造成误判或漏判。因此，制定和持续完善适用于充油电气设备油气取样的统一技术标准，具有极为重要的工程实践意义。1.2标准修订背景与过程IEC60567标准由国际电工委员会第10技术委员会（IEC/TC10，液体和气体电介质）归口管理，其历史脉络可追溯至1974年首次发布的IEC60567:1974。经过多次技术修订，现行版本经历了以下演变过程：-IEC60567:1974—第一版，主要针对变压器油中溶解气体的取样与分析方法作出初步规定-IEC60567:1992—第二版，引入气相色谱分析技术规范-IEC60567:2005—第三版，扩展了游离气体取样方法，补充了取样流程的详细规定-IEC60567:2011—第四版，增加了对新型绝缘液体的适用性说明，完善了样品运输和储存规范-IEC60567:2023—第五版（现行版），于2023年12月8日正式发布，是当前最新技术成果的集中体现2023版标准的修订工作自2020年启动，由IEC/TC10下属的第5工作组（WG5）承担，来自中国、德国、法国、美国、日本、加拿大等主要成员国的技术专家参加了标准草案的起草和审议工作。修订过程充分考虑了近年来DGA技术领域的研究进展（如光声光谱法、传感器在线监测等技术发展）、新型绝缘液体的应用推广（如天然酯、合成酯等环保型绝缘油）、以及IEC60599、IEC60475等相关标准的技术协调需求，经过多轮工作组讨论、委员会草案（CD）投票和最终国际标准草案（FDIS）投票，最终形成并发布了该版本。二、标准范围与适用性2.1标准范围IEC60567:2023规定了从充油电气设备中获取代表性油气样品的方法要求，以及从矿物油和其他绝缘液体中提取和分析游离气体及溶解气体的程序指南。具体技术范围包括：（1）取样对象：-油浸式电力变压器（含配电变压器和大型电力变压器）-油浸式电抗器-油浸式电流互感器（CT）-油浸式电压互感器（VT）-充油套管-有载分接开关（OLTC）及其切换开关油室-其他充油电气设备（2）样品类型：-油样（用于后续溶解气体分析）-游离气体样品（来自气体继电器、瓦斯继电器、油箱顶部气腔等）-油中溶解气体（3）分析对象：-氢气（H₂）-甲烷（CH₄）-乙烷（C₂H₆）-乙烯（C₂H₄）-乙炔（C₂H₂）-一氧化碳（CO）-二氧化碳（CO₂）-氧气（O₂）-氮气（N₂）-其他可检测的碳氢化合物气体组分2.2适用设备类型该标准适用于各种电压等级和容量的充油电气设备。对于运行中的设备，适用于设备在线运行状态下的例行取样监测；对于新投运设备，适用于出厂试验、交接试验和投运前检查中的油气取样与分析。标准的技术要求覆盖了从取样准备、取样操作、样品运输与储存、实验室分析到数据质量控制的完整技术链条。三、取样方法与技术要则3.1取样准备取样准备工作是确保样品代表性的首要环节。IEC60567:2023对取样准备提出了以下技术要求：取样器材的准备与清洁：标准规定用于取样的注射器、取样瓶、连接管路等器材应经过严格的清洁处理，确保无残留污染物和水分。玻璃注射器作为最常用的取样工具，其清洗应采用适当溶剂（如石油醚、正己烷等）进行多次冲洗，然后烘干备用。取样瓶应选用气密性良好的玻璃瓶或特定材质的聚合物瓶，并经过密封性验证。取样部位的选择：取样阀门（取样旋塞）的位置直接影响样品的代表性。IEC60567:2023要求取样阀应设置在设备底部或下部侧壁，以确保能够取得具有代表性的油样。对于大型变压器，通常要求在设备底部取样阀和中部取样阀处分别取样。在取样前，应检查取样阀门是否完好、连接是否可靠，必要时需更换或维修取样阀。取样环境条件：取样操作应避免在雨雪天气或高湿度环境下进行，防止水分和杂质进入样品。如果必须在不利天气条件下取样，应采取有效的防护措施（如搭建临时防雨棚等）。3.2取样方法标准规定了以下几种主要取样方法，并根据取样目的和设备工况选择适当方法：（1）注射器取样法（SyringeSampling）注射器取样法是最常用、最可靠的取样方法之一，特别适用于需要严格隔绝空气的溶解气体分析取样。具体操作要点包括：-采用50mL或100mL玻璃注射器（带气密活塞）-取样前用设备中的油冲洗注射器至少3次，以排除内部残留空气-排除注射器内气泡，确保取样体积准确-取样后立即封闭注射器端口，防止空气进入该方法的优点在于：密封性好，样品与空气接触面积小；可精确控制取样量；便于实验室直接进行气相色谱分析。（2）密封瓶取样法（SealedBottleSampling）密封瓶取样法适用于需要较大油样体积的场合（如同时进行多项分析），采用带聚四氟乙烯（PTFE）衬垫密封盖的玻璃瓶作为取样容器。取样时需确保瓶中充满油样，不得留有气泡，盖紧瓶盖后倒置检查密封性。（3）游离气体取样法（FreeGasSampling）对于气体继电器中积聚的游离气体或油箱顶部气腔中的气体，标准规定了专用取样方法：-利用气体继电器上的放气嘴，采用集气袋（铝箔复合膜气袋或聚氟乙烯气袋）、玻璃注射器或专用气体取样瓶收集-取样过程中应避免气体与空气混合，确保样品的纯度和代表性-记录气体体积、取样时油温、设备运行状态等信息3.3样品标识、运输与储存为确保样品在从取样现场到实验室的转移过程中不发生组分变化和物理性质改变，IEC60567:2023对样品管理提出了严格要求：-样品标识：每个样品应有唯一性标识，注明设备编号、取样日期、取样人、取样部位、油温、设备运行状态（负荷电流、油温等）、取样方法等信息-运输条件：样品应在避光条件下运输，运输过程中避免剧烈振动和温度剧变。注射器样品应保持活塞端朝上，防止油样与密封件长期接触-储存时限：标准规定油样应在取样后尽快进行气体脱气和色谱分析，储存时间应尽可能短。若不能立即分析，应在4℃~8℃的冷藏条件下储存，且存放时间不超过7天四、气体分析与质量控制要求4.1溶解气体脱气方法油中溶解气体的脱气是分析流程中的关键步骤。IEC60567:2023规定了多种认可的脱气方法，包括：（1）顶空取气法（HeadspaceGasExtraction）顶空取气法（亦称平衡法）是将一定量的油样置于密闭容器中，在一定温度下使油中溶解气体与顶空气体达到气液两相平衡，然后抽取顶空气体进行气相色谱分析。该方法操作简便、脱气效率可通过平衡常数计算，适用于常规DGA分析。（2）真空脱气法（VacuumExtraction）真空脱气法是在真空条件下将油中溶解气体抽出，收集后进行定量分析的方法。该方法脱气效率较高，但操作相对复杂，对设备和操作人员的要求也更高。（3）载体气吹扫法（CarrierGasStripping）载体气吹扫法采用惰性载体气体（如氮气、氦气）通过油样，将溶解气体携带出来进行富集和分析的方法。标准对不同脱气方法的脱气效率、适用范围、操作要点和注意事项进行了详细规定，并要求实验室建立相应的脱气效率校正方法，确保分析结果的准确性。4.2气体分析方法IEC60567:2023推荐采用气相色谱法（GasChromatography）作为油中溶解气体分析的主要方法。标准中规定了：-色谱柱配置：应能实现H₂、O₂、N₂、CO、CO₂、CH₄、C₂H₆、C₂H₄、C₂H₂之间的有效分离-检测器要求：热导检测器（TCD）适用于H₂、O₂、N₂等永久性气体的检测；火焰离子化检测器（FID）适用于碳氢化合物气体的检测；甲烷化转化器+FID可用于CO和CO₂的高灵敏度检测-载气选择：宜采用高纯氩气、高纯氮气或高纯氦气作为载气-定量方法：采用外标法（标准气体校正曲线法）或内标法进行定量分析-检测限要求：标准对各气体组分的检测下限提出了明确推荐值，例如H₂的检测限应不高于5μL/L，C₂H₂的检测限应不高于1μL/L4.3质量控制与质量保证为保证分析数据的可靠性和实验室间数据的可比性，IEC60567:2023强调了以下质量控制措施：-仪器校准：定期使用标准气体对色谱仪进行校准，并建立校准曲线-空白试验：定期进行空白试验以检查取样和分析过程中的污染情况-平行样测定：每个样品宜进行平行样分析，两次测定结果的相对偏差应在允许范围内-检出限、定量限和测量不确定度评估：实验室应建立各组分气体的检出限和定量限，并对测量结果的不确定度进行评估-实验室能力验证：建议实验室定期参加国内外能力验证计划（如由国际大电网会议CIGRE、IEEE或各国权威机构组织的能力验证活动）五、标准主要技术变化与协调性分析5.1与前一版本相比的主要技术变化IEC60567:2023与IEC60567:2011相比，引入了以下主要技术更新：-扩展了新型绝缘液体的适用范围：随着环保型绝缘液体（如天然酯、合成酯绝缘油）在变压器中的应用日益广泛，新版本标准将分析范围扩展到这些新型绝缘液体中的气体分析，以适应当前行业发展的需求-完善了游离气体取样的技术细节：对气体继电器中游离气体的取样方法和设备进行了更详细的规范，增加了对密闭式气体继电器取样的专门指导-引入在线监测技术的参考：增加了对在线溶解气体监测系统的校准和验证要求的参考性说明，以适应当前数字化变电站和智能电网发展的技术趋势-更新了质量控制和不确定度评估要求：对标ISO/IEC17025检测实验室能力认可准则的最新要求，加强了测量不确定度评定的相关内容5.2与相关标准的技术协调IEC60567:2023在技术内容上与以下标准形成了良好的协调配合关系：-IEC60599:2022《充油电气设备矿物油中溶解气体分析的解释指南》—60567侧重取样和分析方法，60599侧重于分析结果的解释和故障判据-IEC60475:2022《液体绝缘介质取样方法》—60567侧重于绝缘液中气体的取样与分析，60475侧重于绝缘液本身的取样-IEC60156《绝缘液体击穿电压测定方法》—相关电气性能试验标准-GB/T7252-2016《变压器油中溶解气体分析和判断导则》—中国国家标准，与IEC60599对应-GB/T17623-2017《绝缘油中溶解气体组分含量的气相色谱测定法》—中国国家标准，与IEC60567分析部分对