IEC 605672023 CMV 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

IEC60567:2023CMV充油电气设备中游离气体和溶解气体的取样与分析标准立项发展报告StandardizationDevelopmentReport:SamplingofFreeGasesandAnalysisofFreeandDissolvedGasesinMineralOilsandOtherInsulatingLiquidsinOil-FilledElectricalEquipment摘要随着全球电力工业的快速发展，充油电气设备作为电力系统的核心组成部分，其运行可靠性与安全性直接关系到电网的稳定运行。溶解气体分析（DissolvedGasAnalysis,DGA）技术作为检测变压器等充油设备内部潜伏性故障最有效的手段之一，已在世界范围内广泛应用。IEC60567标准是国际电工委员会（IEC）制定的关于充油电气设备中矿物油及其他绝缘液体中游离气体和溶解气体的取样与分析的技术标准，为全球电力设备绝缘诊断提供了统一的技术规范和操作指南。2023年12月，IEC正式发布了IEC60567:2023CMV（带评论版本），该版本在原有技术内容基础上，结合近年来变压器故障诊断技术的最新进展、在线监测设备的普及应用以及数字化变电站的发展需求，对气体取样方法、分析程序和结果判定等方面进行了系统性修订与更新。本报告对该标准涉及的修订背景、技术内容、关键变化及其对电力行业的影响进行了深入分析，重点介绍了气体取样技术的最新进展、色谱分析方法的优化改进、以及IEEE/IEC双标协同的最新成果。报告指出，IEC60567:2023CMV的发布将进一步推动全球充油电气设备状态评估技术的规范化发展，为电力设备全寿命周期管理提供更为科学的技术支撑，同时也对我国相关标准的修订完善和国际标准化工作具有重要的参考价值和借鉴意义。关键词：充油电气设备；溶解气体分析；游离气体；绝缘油；取样方法；色谱分析；IEC标准Keywords:Oil-filledelectricalequipment;Dissolvedgasanalysis;Freegases;Insulatingoil;Samplingmethods;Chromatographicanalysis;IECstandards一、引言1.1研究背景充油电气设备（包括油浸式电力变压器、电抗器、电流互感器、电压互感器及有载分接开关等）是电力系统中数量最多、地位最重要的输变电设备之一。这类设备以矿物油或合成酯等绝缘液体作为主要绝缘和冷却介质，设备内部一旦出现局部放电、过热、电弧等潜伏性故障，绝缘油和绝缘纸（板）等有机绝缘材料将发生分解，产生氢气（H₂）、甲烷（CH₄）、乙烷（C₂H₆）、乙烯（C₂H₄）、乙炔（C₂H₂）、一氧化碳（CO）、二氧化碳（CO₂）等特征气体。这些气体的一部分溶解于绝缘油中，另一部分在气体积累量超过油中饱和溶解度时以游离气体形式聚集于设备内部特定部位（如气体继电器、套管头部等）。溶解气体分析技术通过定量检测油中溶解气体的组分和含量，结合气体相对产气速率、三比值法、大卫三角法等判据，可有效判断设备内部是否存在潜伏性故障、确定故障类型及发展趋势，是目前国际公认的充油电气设备状态监测和故障诊断最有效的手段。国内外大量实践表明，定期开展DGA检测可提前发现70%以上的变压器内部潜伏性故障，对保障电网安全运行具有重要意义。1.2标准的地位与作用IEC60567是DGA技术领域的核心基础标准，由IEC第10技术委员会（TC10，电工用液体）归口管理。该标准首次发布于1974年，历经多次修订，现行有效版本为2023年12月8日发布的IEC60567:2023CMV。该标准系统地规定了从充油电气设备中采集油样和游离气体样品的方法、样品运输与储存的技术要求、实验室溶解气体和游离气体的分析程序以及结果表达方式等全流程技术规范，为全球范围内DGA检测数据的可比性和一致性提供了重要保障。IEC60567:2023CMV在技术内容上全面覆盖了传统的气相色谱分析法、真空脱气法、顶空取气法等常规检测手段，同时纳入近年来发展和应用日益成熟的光声光谱法、传感器在线检测技术等新型检测手段的相关要求，体现了该标准紧跟技术发展前沿、服务行业实际需求的一贯宗旨。二、标准修订背景与历程2.1国际标准化环境IECTC10负责电工用液体领域的国际标准化工作，其标准体系涵盖绝缘液体的试验方法、规格要求和应用指南等方面。近年来，随着全球能源转型战略的深入推进，高压直流输电（HVDC）、柔性交流输电（FACTS）、智能变电站等新技术的大规模应用，对充油电气设备的安全可靠性提出了更高要求。同时，大量老旧设备进入故障高发期，状态检修（CBM）理念的推广使得以DGA为核心的状态监测技术需求日益旺盛。在此背景下，IECTC10加速推进相关标准的制修订工作，IEC60567的修订被列入优先日程。2.2前期版本演进IEC60567的修订历程折射出DGA技术半个世纪以来的发展脉络：-1974年：IEC60567首次发布，标志着DGA取样和分析方法在国际层面形成统一规范；-1980年：第一次修订，对脱气方法和色谱分析条件进行了补充完善；-1992年：第二次修订，系统增加了游离气体取样的技术内容，界定了溶解气体与游离气体的关联分析方法；-2005年：第三次修订，大量纳入气相色谱技术的最新进展，增加了顶空取气法、真空脱气法等详细操作规程，形成了较为完整的DGA方法体系；-2011年：第四次修订，增加了样品保存时限、运输条件、分析质量保证等质量管理相关条款。2.3本次修订（2023年）的主要驱动力本次修订主要基于以下技术发展和行业需求：1.在线监测技术的广泛应用：近年来，变压器油中气体在线监测装置（如光声光谱式、气相色谱式、半导体传感式等）在电网中得到大规模部署。然而，在线监测数据的准确性和可比性很大程度上依赖于与实验室离线数据的校准比对，亟需在标准层面明确相关技术要求。2.新型绝缘液体的推广：随着环保要求的提高，天然酯（植物油）、合成酯等可生物降解绝缘液体在变压器中的应用日益增多。这些液体的气体溶解特性、脱气行为与矿物油存在显著差异，原标准中的某些参数不再完全适用。3.数字化与智能化趋势：实验室信息管理系统（LIMS）、电子原始记录、数据远程传输等数字化技术的普及，要求标准在结果报告、数据格式和信息化管理方面进行相应更新。4.IEEE/IEC双标协同：IEC60567与IEEEC57.104（IEEEGuidefortheInterpretationofGasesGeneratedinMineralOil-ImmersedTransformers）及IEEEC57.637等标准在技术内容上存在交叉互补关系，本次修订注重加强国际标准间的协调一致性。5.检测技术自身进步：气相色谱-质谱联用（GC-MS）、微型热导检测器（Micro-TCD）、新型色谱柱材料等技术进步为气体检测灵敏度和准确度的提升提供了可能，标准需要反映这些技术进步。三、标准主要技术内容3.1范围与适用对象IEC60567:2023CMV规定了从充油电气设备中采集绝缘液体样品和游离气体样品的程序，以及从油样中提取溶解气体并进行定性定量分析的方法。该标准适用于矿物油和合成酯类绝缘液体充装的电气设备，包括变压器、电抗器、互感器、套管、有载分接开关等设备类型。值得注意的是，该标准也适用于天然酯类绝缘液体，但相关分析参数需要根据液体类型做出适当的调整和验证。3.2取样方法与技术要点油样取样：标准规定了从设备底部取样阀、顶部注油孔等不同部位取样的详细操作程序，明确了注射器取样法和密封瓶取样法两种方式的适用场景和操作要点。标准特别强调取样时应避免气泡混入、防止油样与空气接触，并对取样容器（玻璃注射器、铝箔袋等）的材质、清洗方法、密封性能等技术指标提出了明确要求。游离气体取样：对于气体继电器、储油柜等部位聚集的游离气体，标准规定了采用集气瓶、气囊或专用取样器进行采集的详细方法。标准要求取样时应记录气体体积、设备负荷、油温等相关运行参数，为后续气液比对分析提供必要信息。新版标准在取样方法部分的主要更新包括：增加了使用预抽真空取样瓶的操作规范；完善了取样容器气密性检验方法；补充了低温环境下取样的注意事项；增加了从在线监测装置校准口取样的程序。3.3溶解气体提取方法标准系统规定了两大类溶解气体的脱气提取方法：（1）顶空取气法（HeadspaceMethod）将一定体积的油样置于密闭容器中，在恒温条件下使油中溶解气体与容器顶部空间的气体达到气液平衡，取顶空气体进行色谱分析。该方法操作简便、重复性好、适合大批量样品分析，是目前国内外实验室应用最广泛的方法。标准详细规定了顶空瓶规格、油样体积、恒温温度（通常为50℃±1℃）、平衡时间（一般不少于30分钟）、振荡方式等关键参数的设定要求，并给出了气液分配系数的参考值及其温度修正公式。（2）真空脱气法（ToeplerPumpMethod/VacuumDegassingMethod）在真空条件下将油样中的溶解气体抽出并收集，用气量管测量气体体积后注入色谱仪分析。该方法提取效率高（可达98%以上），适合低浓度气体检测和仲裁分析。标准对真空度要求（通常不高于10Pa）、脱气时间、收集管温度控制等参数进行了明确规定。此外，标准还保留了喷射脱气法和溶剂萃取法等作为替代方法，并对其适用范围和技术条件进行了说明。新版标准增加了对自动脱气装置的性能验证要求，规定在更换脱气装置或关键部件后应进行回收率验证试验。3.4气体分析方法标准推荐采用气相色谱法（GC）对分离提取的混合气体进行组分分离和定量检测。具体包括：色谱柱系统：规定了多柱切换系统或双柱并联系统以实现对永久气体（H₂、O₂、N₂、CO、CO₂）和烃类气体（CH₄、C₂H₆、C₂H₄、C₂H₂）的全组分分离。标准推荐使用分子筛柱分离永久气体、GDX系列或Porapak系列聚合物色谱柱分离烃类气体，并给出了典型色谱柱规格和操作条件。检测器配置：推荐采用热导检测器（TCD）检测H₂、O₂、N₂等永久气体，采用氢火焰离子化检测器（FID）检测烃类气体和CO、CO₂（通过甲烷转化器将CO和CO₂转化为CH₄后检测）。标准对各检测器的灵敏度要求、线性范围、稳定性指标等均做了量化规定。定量方法：规定了外标法和内标法两种定量方式的技术要求，包括标准气体的配制、校准曲线的建立、校正因子的确定和验证等。标准强调每批样品分析时应附带校准标样进行质量控制，校准周期不应超过规定时限。检出限要求：标准对不同气体的最低检出浓度提出了明确要求——H₂最低检出浓度应不高于2μL/L；烃类气体（CH₄、C₂H₆、C₂H₄、C₂H₂）应不高于0.5μL/L；CO和CO₂应不高于5μL/L。这些指标的设定确保了分析结果能够满足故障早期预警的灵敏度需求。新版标准增加了对气相色谱-离子迁移谱（GC-IMS）等新型检测技术用于DGA分析的适用性说明，并补充了光声光谱法用于在线检测时的实验室比对校准方法。3.5结果计算与表达标准规定了溶解气体浓度（μL/L，即ppm体积分数）、产气速率（mL/day或μL/day）等参数的计算公式和表示方法。对于游离气体和溶解气体的关联分析，标准给出了将游离气体组分浓度折算为油中当量浓度的计算模型，便于综合分析设备内部气体的总体分布情况。标准还要求检测报告应包括取样信息（取样日期、取样人、取样部位等）、分析条件（仪器型号、色谱柱类型、检测器类型等）、质量控制数据和原始谱图等可追溯信息。四、IEC60567:2023CMV的主要技术变化4.1取样技术要求的更新新版标准对取样容器的要求进行了全面升级。针对传统玻璃注射器在运输过程中易破损、密封性难以保证等问题，新版标准增加了对高阻隔性复合膜取样袋（铝箔复合袋）的推荐应用，并对袋体材质的气体阻隔性能、耐油性能、一次性使用要求等做出明确技术规定。同时，标准增加了对取样阀类型（球阀、针阀等）的适配性说明，指出不同结构取样阀对取样操作和样品质量的影响，推荐在关键设备上安装专用取样阀以满足标准化取样需求。4.2样品保存与运输条件的细化新版标准对不同保存时限下的温度条件进行了细化区分：样品在取样后24小时内分析的，可在常温下避光保存和运输；超过24小时但不超过7天的，应在2~8℃冷藏条件下保存和运输；保存时间超过7天的，应在-18℃以下冷冻保存。需要特别指出的是，冷冻保存可能导致某些气体在油中的溶解平衡发生改变，解冻后应充分摇匀再进行脱气处理。标准还增加了样品运输过程中的防震、防倾倒、防温度剧烈变化等技术要求，并建议使用具有温度记录功能的运输包装以监控运输全程的温度条件。4.3天然酯类绝缘液体的特殊考虑随着天然酯变压器在国内外电网中的推广应用，新版标准专门增加了天然酯类绝缘液体中溶解气体的取样和分析技术说明。由于天然酯的黏度高于矿物油，其气体扩散系数较小、气液平衡时间较长，因此取样时的摇匀时间和脱气时的平衡时间均需适当延长。标准建议针对天然酯的脱气方法应进行回收率验证试验，以确认所采用方法在该类液体中的适用性。此外，天然酯在高温下可能发生水解反应产生额外气体，标准提醒在取样和分析过程中应严格控制温度条件，避免因操作不当导致测量结果的偏差。4.4质量保证与控制新版标准显著加强了质量保证与质量控制（QA/QC）方面的要求。标准规定实验室应定期参加能力验证计划（PT），每两年内至少参加一次；应建立并实施仪器设备的期间核查程序，确保在一级校准间隔内仪器性能持续符合要求；每批次样品分析时应同时分析一个质控样品（如已知浓度的标准油样），以确保测量结果的持续可靠性；所有原始记录和分析数据应具有完整的可追溯性，保存期限不少于设备退役后三年。4.5与IEC60599等配套标准的协同IEC60567是IEC60599（矿物油浸没式电气设备中溶解气体分析的解释指南）的上游方法标准。IEC60599规定了DGA数据解释和故障类型判断的方法，而IEC60567确保提供给IEC60599的数据是准确可靠的。本次修订中两者的技术内容进一步协调统一，如气体组分命名、浓度单位表示、报告格式等均保持了高度一致。此外，新版IEC60567还注意到与IEEEC57.104-2019的协调问题，在取样容器要求、顶空法操作条件等方面的技术指标已尽量做到统一或互相兼容。五、标准修订的主要参与单位介绍5.1IECTC10组织结构与工作模式IEC60567:2023CMV由IECTC10（电工用液体）归口管理。TC10的主席和秘书处分别由法国和日本承担，下设多个工作组（WG）和维护组（MT），分别负责不同技术方向的标准化工作。IEC60567的具体制修订工作由TC10/WG15“气体分析”工作组承担，该工作组召集人由德国专家担任。5.2WG15工作组构成与主要贡献WG15工作组成员来自全球主要电力设备制造企业（如ABB、西门子、GE、三菱电机等）、电力公司（如法国电力公司EDF、东京电力公司TEPCO等）、独立检测实验室（如荷兰KEMA、美国Qualitrol等）以及高校和科研机构。工作组成员具有涵盖绝缘化学、高电压工程、分析化学、设备运维等领域的多学科专业背景。本次修订过程中，工作组采用线上线下相结合的方式组织多轮讨论会议，系统收集了来自