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文檔簡介
電力變壓器第14部分:采用高溫(IEC60076-14:2013國家市場監(jiān)督管理總局國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會I Ⅲ V 1 1 2 45溫升限值 96部件和材料 7設(shè)計時的特殊考慮 8需要的信息 9銘牌及補充信息 附錄A(資料性)絕緣材料 附錄B(資料性)溫度的快速上升與氣泡生成 26附錄C(資料性)酯類絕緣液體和纖維素 29附錄D(規(guī)范性)絕緣系統(tǒng)代碼編制 45 圖1半混合絕緣繞組示例 6 7 8圖4高溫絕緣繞組示例 9 圖A.1耐熱試驗圖例 圖B.1氣泡生成的溫度曲線 27圖C.1熱改性紙在礦物油和天然酯液體中的老化后抗拉強度結(jié)果 圖C.2熱改性紙在礦物油和天然酯絕緣液體中熱老化后抗拉強度復(fù)合結(jié)果 圖C.3熱改性紙在礦物油和天然酯絕緣液體中熱老化后聚合度結(jié)果 圖C.4熱改性紙在礦物油和天然酯絕緣液體中熱老化后聚合度復(fù)合結(jié)果 圖C.5牛皮紙在礦物油和天然酯絕緣液體中熱老化后抗拉強度結(jié)果 圖C.6牛皮紙在礦物油和天然酯絕緣液體中熱老化后抗拉強度復(fù)合結(jié)果 Ⅱ圖C.7牛皮紙在礦物油和天然酯絕緣液體中熱老化后聚合度結(jié)果 圖C.8牛皮紙在礦物油和天然酯絕緣液體中熱老化后聚合度復(fù)合結(jié)果 圖C.9牛皮紙在110℃的液體中老化175天的紅外光譜圖 圖C.10熱改性紙的熱老化單位壽命曲線(最小二乘法擬合) 40圖C.11牛皮紙的熱老化單位壽命曲線(最小二乘法擬合) 41表1絕緣系統(tǒng)首選耐熱等級 4表2不同絕緣系統(tǒng)(繞組)的比較 5 表5混合絕緣系統(tǒng)變壓器最大過載溫度建議值 表6高溫絕緣系統(tǒng)變壓器最大過載溫度建議值 表A.1固體絕緣材料的典型性能參數(shù) 23 24表C.1水溶解度極限對纖維素水分含量減少的影響 表C.2熱老化結(jié)果對比 40表C.3酯/纖維素紙絕緣系統(tǒng)的最大溫升 41表C.4酯/纖維素紙絕緣系統(tǒng)的最高過載溫度限值建議值 41Ⅲ 第1部分:總則: 第2部分:液浸式變壓器的溫升 第10部分:聲級測定: 第11部分:干式變壓器 第14部分:采用高溫絕緣材料的液浸式電力變壓器 第16部分:風(fēng)力發(fā)電用變壓器; 第18部分:頻率響應(yīng)測量 第23部分:直流偏磁抑制裝置。 章和第6章); 將均勻高溫絕緣系統(tǒng)改為了高溫絕緣系統(tǒng)(見第4章和第5章,2011年版的第5章和第6 對絕緣系統(tǒng)示例圖進行了修改(見第4章,2011年版的第5章) 年版的第6章和第8章)。 MIEC60076-2、GB/T1094.5代替了IEC60076-5、GB/T1094.16代替了IEC60076-16、GB2536代替了IEC60296、GB/T4109代替了IEC60137、GB/T10230.1代替了IEC60214-1、GB/T18494.1代替了IEC61378-1、GB/T18494.2代替了IEC61378-2、●增加引用了NB/T10199; ——刪除了3.6中的注2;——將圖A.1說明中的R?=0.9835更正為R2=0.9835; 將表A.2的數(shù)據(jù)用GB/Z1094. 刪除了A.5第2段第1句話“IEC61100提供了按照燃點和熱值對絕緣液體進行分類的規(guī) ——對參考文獻進行了調(diào)整,刪除了在正文未被引用的文件,將IEC 本次為第一次修訂。V選擇、產(chǎn)品設(shè)計、產(chǎn)品生產(chǎn)、產(chǎn)品檢驗、產(chǎn)品選用及運行維護等方面所需的注意事項提供指導(dǎo)。 V本文件對采用高溫絕緣材料的液浸式變壓器進行了標(biāo)準(zhǔn)化規(guī)定。作為一個系統(tǒng),固體絕緣包括廣1 GB/T1094.1電力變壓器第1部分:總則(GB/T1094.1—2013,IEC60076-1:2011,MOD)GB/T1094.2電力變壓器第2部分:液浸式變壓器的溫升(GB/T1094.2—2013,IEC60076-2:GB/T1094.5電力變壓器第5部分:承受短路的能力(GB/T1094.5—2008,IEC60076-5:GB/T1094.16電力變壓器第16部分:風(fēng)力發(fā)電用變壓器(GB/T1094.16—2013,IECGB2536電工流體變壓器和開關(guān)用的未使用過的礦物絕緣油(GB2536—2011,IEC60296:GB/T4109交流電壓高于1000V的絕緣GB/T10230.1分接開關(guān)第1部分:性能要求和試驗方法(GB/T10230.1—2019,IEC60241-1:GB/T18494.1變流變壓器第1部分:工業(yè)用變流變壓器(GB/T18494.1—2014,IEC61378-1:GB/T18494.2變流變壓器第2部分:高壓直流輸電用換流變壓器(GB/T18494.2—2022,IEC/IEEE60076-572NB/T10199電工流體變壓器及類似電氣設(shè)備用未使用過的天然酯(NB/T10199—2019,IEC62770:2013,MOD)34耐受在其預(yù)計壽命期間所出現(xiàn)的電氣、機械和熱應(yīng)力。在空氣中開展的試驗程序所決定的固體絕緣和描述了固體和液體組合絕緣的評定方法,根據(jù)該方法求出熱指數(shù)以確定耐熱等級。經(jīng)制造方與用戶一致同意,允許通過運行經(jīng)驗或其他合適的試驗程序驗證耐熱等級。絕緣系統(tǒng)首選的耐熱等級和相關(guān)熱點溫度見表1。更多的耐熱評定方法詳見GB/T11021。由于絕緣系統(tǒng)的老化和壽命時間與溫度有很大關(guān)聯(lián),因此在一個單元內(nèi)將各種具有不同耐熱能力緣材料的含量定義了三種不同的絕緣系統(tǒng)。常規(guī)絕緣系統(tǒng)是參考依據(jù),其不包含高溫絕緣材料。此系雖然采用帶有繞組幅向墊塊的芯式電力變壓器為典型示例說明不同絕緣系統(tǒng),但應(yīng)用范圍不局限于此類型的變壓器。所描述的每類絕緣系統(tǒng)均作為定義的例證,但此描述適用于任何其他種類的具有與高壓繞組的繞組類型。表2總結(jié)并對比了不同繞組/絕緣系統(tǒng)類型。當(dāng)設(shè)計恰當(dāng)?shù)睦鋮s通道將材料與繞組本身分離時,應(yīng)將各繞組間的絕緣隔板視為獨立的個體。在5絕緣應(yīng)與繞組導(dǎo)線絕緣的布置方式一致。應(yīng)進行充分的測試以驗證溫度分布。在原型測試和單元測試時應(yīng)在關(guān)鍵(臨表2總結(jié)了區(qū)分不同類型繞組的關(guān)鍵屬性。這些相似屬性也定義了相應(yīng)的絕緣系統(tǒng)。高溫絕緣系統(tǒng)絕緣部件的類型常規(guī)(C)或高溫(H)HCHHHCCHHCCCCH常規(guī)(C)或高溫(H)CCCCHCHCHHCHHHH·本表僅列出變壓器基礎(chǔ)部件,其他部件的溫度取決于溫度分布的結(jié)由于所有變壓器內(nèi)均存在溫度梯度,因此在一些維持常規(guī)溫度的部位使用常規(guī)絕緣是允許的。半混合絕緣繞組是指僅在繞組導(dǎo)線上采用高溫絕緣材料,層式繞組6鐵芯圖1半混合絕緣繞組示例局部混合絕緣繞組是指某些絕緣部件或部分繞組采用高溫絕緣材料,如繞組導(dǎo)線熱點溫度高于常規(guī)限值的區(qū)域。但多數(shù)固體絕緣采用了常規(guī)絕緣材料。當(dāng)繞組局部熱點溫度超過常規(guī)熱點溫度時,其繞組平均溫度為常規(guī)溫度。此類型繞組的示例見圖2。具體情況如下:——繞組所采用的材料類型:高溫材料用于繞組局部,其目的是為了防止關(guān)鍵位置過度老化; 絕緣隔板所采用的材料類型:常規(guī)材料; 繞組溫升限值:繞組平均溫升與常規(guī)相同,繞組熱點溫升高于常規(guī)。7圖2局部混合絕緣繞組示例全混合絕緣繞組是指繞組各個部分均采用高溫材料,以使其在高于常規(guī)的溫度下工作。導(dǎo)線絕緣以及軸向撐條、幅向墊塊應(yīng)采用高溫絕緣材料。在高于常規(guī)溫度區(qū)域內(nèi)的其他絕緣部件也應(yīng)采用高溫絕緣材料。可在所有其他區(qū)域采用常規(guī)纖維素基絕緣材料,如工作在常規(guī)溫度下的絕緣筒和角環(huán)等。此類繞組的示例見圖3。具體情況如下:繞組所采用的材料類型:工作在高于常規(guī)溫度下的所有絕緣均采用高溫材料;繞組溫升限值:繞組平均溫升和繞組熱點溫升均高于常規(guī)。8圖3全混合絕緣繞組示例高溫絕緣繞組是指繞組各部分均采用高溫絕緣材料。高溫絕緣材料可能包括不同溫度等級的絕緣材料,但均高于常規(guī)溫度。此類繞組的示例見圖4。具體情況如下:——繞組所采用的材料類型:高溫材料; 繞組溫升限值:繞組平均溫升和繞組熱點溫升均高于常規(guī)。9圖4高溫絕緣繞組示例限值低于最高溫升限值,則以5K為減量變化。應(yīng)按照要求使用以充足的試驗數(shù)據(jù)驗證的熱力學(xué)模型,的是,本文件未規(guī)定其他絕緣液體不可用,故應(yīng)根據(jù)絕緣液體的熱性能要求,恰當(dāng)?shù)匾?guī)定其溫升限值。 表3混合絕緣系統(tǒng)變壓器最高連續(xù)溫升限值固體高溫絕緣耐熱固體絕緣的熱點溫升/K注2:混合絕緣系統(tǒng)的溫升限值不受冷卻方式影注3:所示的溫升限值均建立在GB/T1094.1規(guī)定的正常冷卻介質(zhì)溫度基礎(chǔ)上。對于·所包含的常規(guī)絕緣系統(tǒng)僅供參考。液體保護系統(tǒng)能有效防止空氣進入油箱的無氧應(yīng)表4高溫絕緣系統(tǒng)變壓器最高連續(xù)溫升限值硅油高溫固體絕緣耐熱注1:液體保護系統(tǒng)能有效防止空氣進入油箱的無氧應(yīng)注2:所示的溫升限值均建立在GB/T1094.1規(guī)定的正常冷卻介質(zhì)溫度基礎(chǔ)上。對于注3:高溫絕緣通常包括多種不同溫度等級的絕緣材料,但所有材料均高于常規(guī)限值。注4:纖維素基/酯絕緣系統(tǒng)見5.3。5.2熱改性紙(TUP)經(jīng)化學(xué)工藝處理的纖維素紙,即熱改性紙,可作為120級材料應(yīng)用于礦物油中。如果制造方與用戶一致認同熱改性紙(TUP)為120級絕緣材料,則可將其視為高溫絕緣材料,按照表3定義的溫度限值除非另經(jīng)同意或規(guī)定,變壓器中使用的所有部據(jù)表3和表4中所示的絕緣耐熱等級來確定,通常取決于絕緣液體的溫度。引線絕緣材料的選擇與變壓器選用的繞組絕緣系統(tǒng)無關(guān)。但是根據(jù)3.9和4.2.4中對導(dǎo)線絕緣的個繞組是常規(guī)絕緣的,其引線出口或整個引線仍然可以設(shè)計成在高于常規(guī)絕緣繞組的機械結(jié)構(gòu)和支撐結(jié)構(gòu)的設(shè)計應(yīng)考慮到因較大的溫度范圍而導(dǎo)致變壓器繞組可能膨脹或收變壓器耐受短路能力的設(shè)計應(yīng)符合GB/T1094.5的規(guī)定,各繞組平均溫度最高值應(yīng)按該標(biāo)準(zhǔn)計算應(yīng)充分分析高溫絕緣系統(tǒng)的介電性能,以防止變壓器內(nèi)部絕緣材料在較寬不可接受的介電性能下降。7.3溫度要求變壓器內(nèi)部有溫度梯度,應(yīng)選擇與各位置對應(yīng)耐熱等級的絕緣材料,這和任何變壓器一樣,是由特定設(shè)計決定的,因此需要一個足夠的繞組溫度分布模型。繞組的溫度分布模型應(yīng)通過樣機、模型和/或全尺寸變壓器試驗進行驗證,以驗證設(shè)計或系列設(shè)計的正確性。在規(guī)定的高溫絕緣系統(tǒng)中,將有幾個熱點(每種類型一個),所有這些都需要仔細考慮。有關(guān)其他信息,參見圖5和圖6。需要特別注意的是,在許多情況下,繞組冷卻油道中的液體溫度可高于油箱頂層液體溫度。這一點需要考慮,因為繞組附近液體的溫度決定了熱點溫度。圖5導(dǎo)線對液體的溫度梯度圖5導(dǎo)線對液體的溫度梯度(續(xù))GB/T1094.7中所述的油浸式變壓器負載導(dǎo)則的一般原則和計算公式仍適用,但過負荷限值除外,因為不同絕緣系統(tǒng)的溫度和時間常數(shù)會有所不同。表5和表6列出了建議的最大過負荷溫度。任何其他過負荷要求應(yīng)在詢價中說明或在合同階段商定。表5混合絕緣系統(tǒng)變壓器最大過載溫度建議值固體高溫絕緣耐熱正常周期性負載下的頂層液體溫度/℃長期急救負載下的頂層液體溫度/℃表5混合絕緣系統(tǒng)變壓器最大過載溫度建議值(續(xù))短期急救負載下的頂層液體溫度/℃正常周期性負載下的絕緣熱點溫度/℃長期急救負載下的絕緣熱點溫度/℃短期急救負載下的絕緣熱點溫度/℃·包含的常規(guī)絕緣系統(tǒng)僅供參考。更多信息詳見GB/T1094.7.液體保護系統(tǒng)能有效防止空氣進入油箱的無氧應(yīng)用。高溫固體絕緣耐熱正常周期性負載下的頂層液體溫度/℃長期急救負載下的頂層液體溫度/℃短期急救負載下的頂層液體溫度/℃正常周期性負載下的熱點溫度/℃長期急救負載下的熱點溫度/℃短期急救負載下的絕緣熱點溫度/℃注:液體保護系統(tǒng)能有效防止空氣進入油箱的無氧應(yīng)用。冷卻介質(zhì)溫度應(yīng)符合GB/T1094.1中的正常工作條件。按照GB/T1094.2修改表3和表4所列的溫度限值。用戶應(yīng)提供所有特定的負載周期信息。所有其他特殊使用條件應(yīng)符合GB/T109考慮本文件中定義的絕緣系統(tǒng)在整個工業(yè)領(lǐng)域較為陌生,其應(yīng)用條件與制 絕緣系統(tǒng)類型(即混合式或高溫式)及本文件編號 高溫固體絕緣材料耐熱等級和通用名稱(如果不同繞組采 每個繞組的額定繞組平均溫升 包括溫升的型式試驗數(shù)據(jù)和承受短路能力(如果適用)如果有規(guī)定,則應(yīng)保證參考溫度下的負載損耗及短路阻抗值。溫升載損耗。保證值的偏差應(yīng)滿足GB/T1094.1的規(guī)定。頂層液體溫升、繞組平均溫升和繞組熱點溫升應(yīng)不超過表3和表4所列出的溫升限值。提供保證值時,參考溫度應(yīng)為額定繞組平均溫升加20℃,或額定繞組平均溫升加外部冷卻介質(zhì)年當(dāng)變壓器有多個對應(yīng)于相同容量的不同繞組 0。——油箱內(nèi)底部液體溫度。為估算在兩種不同繞組部件邊界處冷卻油道內(nèi)的液體溫度(圖6中的點C),總溫度梯度被分為兩部分:第1部分按式(2)估算: (2)式中:△θLwi——繞組上部液體的軸向溫升;△θLw——油箱內(nèi)液體的軸向溫升;l?——采用高溫絕緣的繞組上部長度;l?——采用常規(guī)絕緣的繞組下部長度。第2部分按式(3)估算:式中:△θLw?——繞組下部液體的軸向溫升;△θLw——油箱內(nèi)液體的軸向溫升;△θLw?——繞組上部液體的軸向溫升。圖6局部混合絕緣系統(tǒng)繞組的溫度修正曲線標(biāo)引符號說明:Y軸——沿變壓器高度的軸向位置;A——油箱出口平均溫度(頂層液體溫度);B——繞組頂部油箱內(nèi)液體溫度(假設(shè)與A相同);C——兩種不同絕緣材料邊界處繞組內(nèi)的液體溫度;D油箱內(nèi)平均液體溫度;g,——在額定電流下繞組平均溫度對液體平均溫度的梯度;E——進入繞組的底部液體溫度;H?采用高溫絕緣的繞組部分的熱點系數(shù);H?——采用常規(guī)絕緣的繞組部分的熱點系數(shù);l?采用高溫絕緣的繞組上部長度;l?——采用常溫絕緣的繞組下部長度;P?與高溫絕緣材料接觸處的熱點溫度;P?與常規(guī)絕緣材料接觸處的熱點溫度;Q由電阻法測得的繞組平均溫度;△θLw?——繞組下部液體的軸向溫升;圖6局部混合絕緣系統(tǒng)繞組的溫度修正曲線(續(xù))當(dāng)有要求時,應(yīng)證明絕緣系統(tǒng)的介電性能滿足高溫下運行要求。注:一種好的常規(guī)診斷方法詳見IEEE62。由于礦物油的溫度限制,在以纖維素材料為主的絕緣系統(tǒng)中,高溫固體絕緣材料用量少,通常只占在采用混合絕緣系統(tǒng)的變壓器中,產(chǎn)生氣體的來源最可能是礦物油。當(dāng)出現(xiàn)過熱、熱故障、局部放電或電弧放電時,有可能使高溫固體絕緣分解,從而產(chǎn)生氣體和其他衍生物(如:水分、微粒、呋喃、金屬(資料性)絕緣材料A.1概述本附錄列舉了幾種高溫電氣絕緣材料(EIM)以供參考。并不意味著,任何這些材料的特定組合均表A.1列出了常見的固體絕緣材料及其典型的參數(shù)和特性,這些參數(shù)和特性可用于對該材料的絕耐熱等級%吸潮性%紙熱改性紙 紙 聚苯硫醚 聚酯玻璃*不適用聚酯玻璃不適用不適用不適用聚酰亞胺芳香聚酰胺紙芳香聚酰胺注2:相對介電常數(shù)和介質(zhì)損耗因數(shù)均為50Hz或60Hz下的值。·由于在制造過程中可能會存在氣體殘留,因此通常只在低電壓等級液浸式應(yīng)用中使盡管在空氣中測試時纖維素紙板被歸類為105耐熱等級的絕緣材料,但其在包括酯類絕緣液中被當(dāng)作熱改性材料使用。在過去的50年間,非熱改性纖維素絕緣紙板在“熱改性”A.2絕緣材料老化和壽命給原子充足的能量使分子分解。這種能量主要由變壓器損耗提供。供給的能量越多,分子的裂解率越壽命通常符合式(A.1):L=a×er……a——以小時為單位的常數(shù);在進行耐熱試驗前,要先確定終點壽命的準(zhǔn)則。它可以是表征絕緣材料性能相對原始值的百分數(shù),在絕緣材料重要性能指標(biāo)中首選表征劣化速度最快的一項。對于采用纖維素絕yy0.002550.002450.00235圖A.1耐熱試驗圖例在圖A.1中,在回歸線延長線和縱坐標(biāo)20000h的交叉點處畫一條垂直線,該垂直線與橫坐標(biāo)軸相交的點對應(yīng)的溫度為143℃,這表明該絕緣材料的溫度指數(shù)TI為143℃。在回歸線延長線和縱坐標(biāo)10000h的交叉點處畫另一條垂直線,此垂直線與橫坐標(biāo)軸相交的點對應(yīng)的溫度為148℃。半差HIC就是148與143之差,等于5℃。通常認為,溫度指數(shù)TI對應(yīng)的壽命20000h(稍大于2年)作為設(shè)備的可接受壽命太短了,要得到可接受的壽命,選定的耐熱等級應(yīng)低于T1。低多少取決于用戶對材料壽命的要求。壽命和溫度的關(guān)系可以從圖中的回歸線得到,也可以通過回歸公式計算。例如:如果要求壽命為20年(175200h),則根據(jù)回歸線外推的溫度為128℃。如果壽命要求為30年(262800h),則根據(jù)回歸線外推的溫度為126℃。另一種選擇是,耐熱試驗的外推結(jié)果可以選擇大于20000h。在一些地區(qū),65000h和180000h使用壽命已被應(yīng)用于液浸式絕緣系統(tǒng)中。絕緣材料的耐熱等級等于最高運行溫度,是由變壓器制造方根據(jù)將要使用該材料的變壓器壽命要求而確定的。變壓器的負載類型和變壓器運行現(xiàn)場的實際環(huán)境溫度也宜加以考慮。在許多情況下,變壓器可能長時間在低于額定負載下運行,這將降低老化率并延長變壓器壽命。在某些已進行的試驗中,當(dāng)抗拉強度降為初始抗拉強度的50%時,被認為是壽命終點。但是,不能單純地從字面理解這個限值或其他壽命終點所對應(yīng)限值。當(dāng)達到規(guī)定的壽命后,變壓器還可以正常運行多年。絕緣材料的降解是緩慢進行的,沒有明顯的拐點。規(guī)定的壽命終點,更多是起到警示作用,即:提示變壓器承受應(yīng)力的能力(如承受大短路電流的能力)與新變壓器相比已經(jīng)很低了。此外,變壓器從一個場地運輸至另一個場地可能會產(chǎn)生更大的風(fēng)險。A.3固體絕緣表A.1中列出了常見材料名稱及其典型性能參數(shù)值。需要注意的是,這些材料的成部分制作成獨立的試驗樣品、單個在空氣中試驗取得的。當(dāng)一個絕緣系統(tǒng)固體絕緣材料的耐熱等級,宜根據(jù)其浸沒在適用絕緣液體中的運行經(jīng)驗和功能試驗來確定。例如以作為熱改性材料在包含酯類絕緣液體在內(nèi)的大多數(shù)絕緣液體中應(yīng)用。其主要原因是,過去50年里,默認系統(tǒng)耐熱等級必然由該系統(tǒng)中各部件的溫度等級最低者來確定也是不合適的。相反地,系統(tǒng)表A.2中給出了兩種適用于高溫絕緣液體中圓形和扁形銅、鋁繞組的典型關(guān)補充資料可參見IEC60317系列標(biāo)準(zhǔn)中的特定部耐熱等級IEC60317的適用部分聚乙烯醇縮醛聚乙烯醇縮醛聚氨酯聚氨酯聚酯聚酯聚酰亞胺酯聚酰亞胺酯聚酯·聚酰胺酰亞胺聚酯·聚酰胺酰亞胺表A.2導(dǎo)線絕緣的典型包敷材料(續(xù))耐熱等級IEC60317的適用部分覆有聚酰胺酰亞胺涂層的聚酰亞胺酯聚酰亞胺酯聚酰胺涂層聚酰亞胺酯芳香族聚酰胺酰亞胺芳香族聚酰胺酰亞胺芳香族聚酰亞胺芳香族聚酰亞胺以下為標(biāo)準(zhǔn)未規(guī)定的繞組線絕緣不適用聚苯醚砜不適用聚苯酚砜聚芳基砜不適用聚芳基砜聚苯醚-醚酮不適用聚苯醚-醚酮注:在空氣中的耐熱等級見IEC603表A.3列出了適用于液浸式變壓器的絕緣液體典型性能參數(shù)。表A.3中也列出了變壓器最常用閃點℃燃點℃量電常數(shù)介質(zhì)損%導(dǎo)率比熱礦物油~130NB/SH/T0945~130~155天然酯~130?9表A.3未用過的絕緣液體典型性能參數(shù)(續(xù))℃燃點℃量電常數(shù)介質(zhì)損%導(dǎo)率比熱下列絕緣液體雖已用于某些變壓器中,但尚無標(biāo)準(zhǔn)對其進行規(guī)范合成PAO碳不適用~130不適用~155注:本表所列數(shù)據(jù)僅供不同絕緣液體對比用的一般指導(dǎo)。對于具體特定的物理參數(shù)的可接體的標(biāo)準(zhǔn)。對于沒有標(biāo)準(zhǔn)的絕緣液體,建議與絕緣液體制造方確·耐熱等級等于推薦的最高運行溫度,此溫度下可得到絕緣液體的可接受壽命。·由于這些絕緣液體的抗氧化性,估計的溫度限值僅適用于可基本消除空氣浸入的密封式變壓器或有充氮保護系統(tǒng)的變壓器。克利夫蘭開口杯試驗依據(jù)的是GB/T3536。閃點測定依據(jù)的是GB/T261中的賓測得的數(shù)據(jù)一般低于本表列出值。4相對介電常數(shù)和介質(zhì)損耗因數(shù)的數(shù)值均為50Hz/60Hz下的值。根據(jù)GB/T3536,絕緣液體燃點大于300℃則歸類為K級。但是閃點和燃點都無法決定絕緣液體的耐高溫能力。沉淀物的出現(xiàn)、受潮和氧化程度都能夠影響絕緣液體的熱性能。宜與絕緣液(資料性)B.1概述盡管以往的大量研究涉及的是采用纖維素絕緣的礦物絕緣油變壓器的過載條件,但對于設(shè)計成在個決定性因素,而非溫度。本附錄是以O(shè)ommen(詳見參考文獻)的相關(guān)研究為基礎(chǔ)編制的,并被選作B.2基本假定a——表面張力;B.3試驗驗證采用兩個線圈模型進行試驗研究。其中一個線圈模型用光纖溫度傳感器代替熱電偶傳感器來測量紙含水量和礦物絕緣油中氣體含量變化較大。含水量范圍從0.5%~8.0%(干燥/無油的基礎(chǔ)上),氣體含量從不含氣體到氮氣完全飽和。快速升溫可以模擬變壓器繞組在過載條件下的狀態(tài)。除了對完全脫氣和氣體完全飽和的絕緣系統(tǒng)進行試驗外,也用不完全脫氣的礦物絕緣油系統(tǒng)進行了若干試驗。共計進行了22組線圈模型試驗。測試結(jié)果如圖B.1所示。上部曲線對應(yīng)脫氣的礦物絕緣油,下部曲線對應(yīng)含氣量飽和的礦物絕緣含水量為2%時(此值大致與一臺老化的纖維素絕緣變壓器相對應(yīng)),氣泡生成溫度略高于140℃。而當(dāng)含水量為0.5%時,氣泡生成溫度估計高于200℃。 圖B.1氣泡生成的溫度曲線B.4氣泡生成的數(shù)學(xué)公式可將熱點溫度看作是含水量、含氣量和外施壓力(等于大氣壓與油位差之成溫度的經(jīng)驗公式見式(B.2):Wwp絕緣紙中含水量(按干燥、無油的干紙質(zhì)量分數(shù)),%V絕緣液體中氣體含量的體積分數(shù),%方程的第一部分(括號內(nèi))是脫氣的礦物絕緣油,由著名的Piper蒸汽壓力與水分含量關(guān)系圖推導(dǎo)而來。第二部分調(diào)整礦物絕緣油的氣體含量。實測溫度和計算溫度吻合良好差小于2℃,三餅線圈模型的溫差小于4℃(肉眼觀察氣泡難度加大,未采用PD檢測)。紙中的干基含干燥、無油估計的含水量(%),因為絕緣紙的重量中包括了油和水。 圖C.1熱改性紙在礦物油和天然酯液體中的老化后抗拉強度結(jié)果例如:從圖C.1a)來看,160℃熱老化試驗時,估計天然酯抗拉強度剩余50%時對應(yīng)的時間是大約6280h?IEEEC57.91—1995的礦物油/熱改性紙單位壽命公式中,160℃的單位壽命是0.011。因此剩余50%抗拉強度壽命的小時數(shù)是壽命結(jié)束點(65000h)乘以(單位壽命0.011),即706h。天然酯單位壽命是6280h除以706h,即8.89。復(fù)合結(jié)果在圖C.2中顯示。因為IEEEC57.91一1995中給出兩個壽命終結(jié)點是基于剩余抗拉強度(原始抗拉強度剩余50%和25%),因此圖C.2和圖C.6中,抗拉強度單位壽命圖要有兩個單位壽命X軸。針對每個溫度及其對應(yīng)的終點壽命,開展礦物油和天然酯絕緣液體絕緣系統(tǒng)數(shù)據(jù)測試,圖C.1和圖C.2表示熱改性紙的抗拉強度,圖C.3和圖C圖C.2熱改性紙在礦物油和天然酯絕緣液體中熱老化后抗拉強度復(fù)合結(jié)果YXY公0aXX圖C.3熱改性紙在礦物油和天然酯絕緣液體中熱老化后聚合度結(jié)果Y軸聚合度;A礦物油(90℃、110℃、130℃)];△天然酯(90℃、110℃、130℃)0];0礦物油(130℃、150℃、170℃)];O天然酯(130℃、150℃、170℃);礦物油(140℃、160℃、180℃)[8];O天然酯(140℃、160℃、180℃)0;y礦物油(160℃、170℃);又天然酯(160℃、170℃)];礦物油(160℃、170℃)2];口天然酯(160℃、170℃)0.圖C.5牛皮紙在礦物油和天然酯絕緣液體中熱老化后抗拉強度結(jié)果X?軸——單位壽命(到剩余25%抗拉強度時間為1);X,軸單位壽命(到剩余50%抗拉強度時間為1);Y軸抗拉強度(與未熱老化比),%;0—礦物油/牛皮紙(150℃); 圖C.6牛皮紙在礦物油和天然酯絕緣液體中熱老化后抗拉強度復(fù)合結(jié)果Y△△△00XX0XX0圖C.7牛皮紙在礦物油和天然酯絕緣液體中熱老化后聚合度結(jié)果圖C.8牛皮紙在礦物油和天然酯絕緣液體中熱老化后聚合度復(fù)合結(jié)果C.4理解礦物油和酯絕緣液體中的纖維素?zé)崂匣町惍?dāng)天然酯絕緣液體中的纖維素?zé)崂匣瘯r,有三個現(xiàn)象可以解釋為什么它的壽命延長了。這三個現(xiàn)象都跟水有關(guān)系。第一個現(xiàn)象與纖維素和絕緣液體之間的水分平衡有關(guān)。水在纖維素和絕緣液體之間移動,試圖實現(xiàn)均勻的相對飽和度。水在天然酯絕緣液體中的溶解極限(飽和點)比在礦物油中的飽和點要高得多。在室溫下大約為在礦物油中的16倍,在100℃時為4倍。對于合成酯絕緣液體也是如此,水溶解極限在室溫下比在礦物油中高40倍,100℃時高10倍。因此,為了能夠?qū)崿F(xiàn)均勻的相對飽和度,大量的水會從絕緣紙中移動到絕緣液體中去,絕緣紙中的水含量就會變少[19]。絕緣紙和絕緣液體之間水分布的計算證實了這種效果,以及酯絕緣液體中纖維素紙有干燥化的潛力。第二個現(xiàn)象與水和絕緣液體之間的化學(xué)相互作用有關(guān)系。纖維素?zé)崂匣^程的一個產(chǎn)物是水,因此可以預(yù)見,隨著纖維素的熱老化水含量增加,導(dǎo)致水從絕緣紙上遷移到絕緣液中來維持相對飽和度的平衡。這正是礦物油絕緣系統(tǒng)中發(fā)生的情況[12]。由于酯絕緣體具有更高的飽和極限,更多的水遷移到酯絕緣液體中。然而,水可以和天然酯發(fā)生化學(xué)反應(yīng)(水解反應(yīng)),消耗水而產(chǎn)生自由脂肪酸。結(jié)果是隨物油絕緣系統(tǒng)相比較,酸值增加更快。盡管密封管實驗顯示纖維素?zé)崂匣俣冉档褪窃诟邷叵掳l(fā)生的,第三個現(xiàn)象表明纖維素與水解產(chǎn)生的游離脂肪酸發(fā)生化學(xué)反應(yīng),導(dǎo)致纖維根據(jù)本附錄參考文獻[5,6,19,29],對在封閉容器開始時迅速上升至峰值,隨后在剩余的熱老化過程中顯著下降。酯絕緣液體中老化測試結(jié)束時也比開始時低。在溫度恒定時,絕緣液體中水含量的增相匹配,以維持平衡。絕緣液體中水含量減少也會導(dǎo)致纖維素中水含量的減少在對充滿天然酯絕緣液的配電變壓器做使用壽命配電變壓器進行一系列使用壽命測試時,在每次功能性壽命結(jié)束時4,都對絕水分應(yīng)隨著纖維素的不斷分解而產(chǎn)生。水分運動的物理現(xiàn)象排除了高溫下纖維素重新吸收水分的可能。C.4.4中有對這種現(xiàn)象的一種可能解釋。然而C.4.3水分溶解度本條介紹了一種典型的138kV、50MVA電力變壓器的液體/紙絕緣系統(tǒng)中水分遷移和水分平衡計算[13]。假設(shè)最初變壓器絕緣系統(tǒng)中含有2%的水,變壓器在室溫下填充干燥的天然酯(含水量為達到平衡。本試驗中研究了在兩種溫度(80℃和100℃)下,用Oommen水分平衡方法計算每種情況表C.1顯示了天然酯和礦物油在80℃平衡溫度下的所有計算結(jié)果。計算結(jié)果顯示,固體絕緣材料絕緣油類型天然酯礦物油天然酯礦物油天然酯礦物油絕緣液體中水初始含量/(mg/kg)333絕緣液體中水最終含量/(mg/kg)C.4.4酯基轉(zhuǎn)移作用酯絕緣液體中熱老化175天的紅外光譜圖,見圖C.9。資料顯示兩張熱老化紙的紅外光譜波峰大部分重合。然而,天然酯絕緣液體中熱老化紙的光譜圖中在1746cm-1波長處有一個波峰在礦物油熱老化紙光譜中是沒有的。作者指出峰值隨著熱老化時間的延長而增加。波峰的位置是酯基所屬的羰基鍵產(chǎn)YYxE圖C.9牛皮紙在110℃的液體中老化175天的紅外光譜圖之后長鏈脂肪酸通過所謂的酯基轉(zhuǎn)移過程與纖維素結(jié)構(gòu)連接,本附錄參考文C.1~圖C.8的結(jié)束點得來的。關(guān)于熱老化曲線及推導(dǎo)溫度指數(shù)的更多信息見A.2。表C.2中列出了T——攝氏溫度;e——自然對數(shù)的底(2.718…);a——以小時為單位的常數(shù)。表C.2熱老化結(jié)果對比C耐熱等級天然酯絕緣液體/熱改性紙?zhí)烊货ソ^緣液體/牛皮紙根據(jù)曲線可得,天然酯絕緣液體/牛皮紙絕緣系統(tǒng)的溫度指數(shù)是110℃,耐熱等級是120。天然酯絕緣液體/熱改性紙絕緣系統(tǒng)的溫度指數(shù)是130℃,對應(yīng)的耐熱等級是140。通過這些有效耐熱等級可以推導(dǎo)出表4和表6的溫度極限值,如表C.3和表C.4所示。YY△1△80→X8圖C.10熱改性紙的熱老化單位壽命曲線(最小二乘法擬合)牛皮紙熱改性紙有效絕緣耐熱等級注1:液體保護系統(tǒng)能有效防止空氣進入油箱注2:本表顯示的溫升限值是基于GB/T1094.1中的常用冷卻介質(zhì)溫度。對于不同牛皮紙熱改性紙正常負載周期下的頂層液體溫度/℃長期急救負載下的頂層液體溫度/℃短期急救負載下的頂層液體溫度/℃正常負載周期下的絕緣材料熱點溫度/℃牛皮紙熱改性紙長期急救負載下的絕緣材料熱點溫度/℃短期急救負載下的絕緣材料熱點溫度/℃注:液體保護系統(tǒng)能有效防止空氣進入油箱的無氧應(yīng)用。[1]R.Berti,F.Barberis,Experimentalcharacterizationofesterbasedoilsforthetransformerinsulation,19thIntl.Conf.ElectricityDistribution,May21-24,2007,Vienna,Austria,Paper0555.[2]R.AsanoJr.,L.Cheim,D.B.Cherry,C.C.Claiborne,L.C.Bates,J.C.Duart,Key,ThermalevaluationofcellulosicboardIntl.Conf.ofDobleClients,March27-31,2011,Boston,USA,PaperIM-01.[3]M.S.Shim,Comparativeevaluationofageingofinsulatingmaterialinnaturalesterandmin-eraloil,IEEE/DEISandCSEEIntl.Conf.onHighVoltageEngineeri2010,NewOrleans,USA,pp.393-396.[4]C.P.McShane,K.J.Rapp,J.L.Corkran,G.A.Gauger,J.Luksich,Ageingofpaperin-sulationinnaturalesterdielectricfluid,IEEE/PESTransmisstion,Vol.2,Oct.28-Nov.2,2001,Atlanta,USA,pp.675-679.[5]C.P.McShane,K.J.Rapp,J.L.Corkran,G.A.Gauger,J.Luksich,AgeingofKraftperinnaturalesterdielectricfluid,[6]R.J.Liao,S.W.Liang,L.J.Yang,C.X.Sun,H.G.Sun,TheimprovementofresistingonElectricalInsulationandDielectricPhenomena,October26-29,2008,QuébecCity,Can[7]S.Tenbohlen,M.Koch,Ageingperformanceandmoisturesolubilityofvegetablepowertransformers,IEEETrans.onPowerDelivery,Vol.25,No.2,April2010,pp.825-830.[8]T.V.Oommen,H.D.Le,C.C.Claiborne,E.J.Walsh,J.P.Baker,Enhancedcellulosicinsulationlifeinahigh[9]R.Liao,B.Xiang,L.Yang,C.Tan,Studyonthethermalageingcharacteristbreakingprocessofoil-paperinsulationinpowertransformer,IEEEInttion,June9-12,2008,Vancouver,Canada,pp.291-296.[10]S.W.Liang,R.J.Liao,L.J.Yang,H.G.Sun,B.Xiang,Studyontheageingofnatureester-paperinsulationandmineraloil-paperinSept.5,2008,pp.20-24.[11]L.J.Yang,R.J.Liao,H.G.Sun,C.X.Sun,J.Li,Contrastinganalysisandonpropertiesandproductsofoil-paperduringthermalageingproAug.5,2008,pp.53-58.[12]H.Yoshida,Y.Ishioka,T.Suzuki,T.T.Yanari,T.Teranishi,Degradationofinsulatingmaterialsoftransformers,IEEETrans.ElectricalInsulation,Vol.EI-22,No.6,1987,pp.795-800.[13]G.K.Frimpong,T.V.Oommen,R.Asano,Asurveyofageingchacelluloseinsulationinnaturalesterandmineraloil,IEEEEleNo.5,Sept/Oct2011.[14]T.V.Oommen,MoistureequilibriuminpaperElectrical/ElectronicsInsulationConf.,October,1983,Chicago,USA,pp.1[15]T.E.Thorpe,ADictionaryofAppliedChemistry,Vol.IV,1913,Longmans,GreeCo.,London,p.637.acid,J.AppliedPolymerScience,Vol.74,No.8,Nov.1999,pp.1933-1940.[17]C.P.McShane,K.J.Rapp,J.L.Corkran,J.Luksich,Ageingofcotton/Kraftblendin-sulationpaperinnaturalesterdielectricfluid,TechConAsia-Pacific,May7-9,2003,Sy[18]C.P.McShane,J.L.Corkran,K.J.Rapp,J.Luksich,Ageingofpaperinsulatiofilledwithnaturalesterdielectricfluid,Conf.ElectricalInsulationandDielectricP22,2003,Albuquerque,USA,pp.124-127.[19]K.J.Rapp,C.P.MeShane,J.Luksich,InteractionmechanismsofnatfluidandKrafttugal,pp.393-396.[20]M.A.G.Martins,éo6leovegetal,umaalternativaaooleomimadores?Estudodadegradacāot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