國內外變壓器油標準的發展

張綺，張昱，王會娟，于會民 ，馬書杰，陳緒東

(1.中國石油蘭州潤滑油研究開發中心，新疆 克拉瑪依 834003；2.中國石油潤滑油重點實驗室，新疆 克拉瑪依 834003；3.中國石油克拉瑪依石化有限責任公司銷售總公司，新疆 克拉瑪依 834003)

0 引言

變壓器油是電力輸變電系統的重要原材料之一，主要用于變壓器、電抗器、互感器、油開關等充油電氣設備中，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。絕緣油根據產品種類可分為石油精煉衍生的產品(礦物型絕緣油)、合成化學品(硅絕緣油)及合成酯、天然酯[1]。目前，在電力輸變電系統中，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，文章所討論的標準均為礦物型變壓器油標準。

變壓器油在電氣設備中，能夠長期持續穩定的發揮冷卻散熱和絕緣保護作用，必須具有優良的電氣絕緣性能、氧化安定性以及適宜的精制深度[2]，因此，在選擇變壓器油時應嚴格按變壓器油標準檢測及驗收。對于礦物型變壓器油標準，國際上最通用的是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》標準，其中， IEC 60296標準于1969年1月首次發布，至2020年6月已更新至第五版本。ASTM D3487于1988年首次發布，至2016年確認和修訂過8次。全球大多數國家以及變壓器知名品牌制造商均以IEC 60296和ASTM D3487標準為基礎，并根據各自的性能要求和產品特點制定相應的國家標準和購油標準[3]。

1 國外變壓器油標準發展情況

IEC 60296標準是國際電工委員會標準，國際電工委員會(IEC)成立于1906年，是世界上成立最早的國際性電工標準化機構，負責有關電氣工程和電子工程領域中的國際標準化工作。IEC標準的權威性是世界公認的，世界各國近10萬名專家在參與IEC的標準制定、修訂工作。

IEC 60296標準從1969年1月1日首次發布至2020年6月26日，已發布第五版本，其具體年代號見表1。從標準內容看，其產品的分類及產品的技術要求隨著電力技術的發展，分類越細、技術要求越高。其分類變化見表2。

表1 IEC 60296標準版本情況

表2 IEC 60296標準產品分類變化

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版本根據抗氧劑含量只分為含抗氧劑油、不含抗氧劑油兩個品種，并根據黏度和傾點劃分三個等級[4]。2003版[5]和2012版[6]，根據抗氧化性能分為通用規格和特殊用途，通用規格又根據抗氧劑含量分為：不含抗氧劑油、含微量抗氧劑油、含抗氧劑油，并且對抗氧劑含量的限值有所不同，對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。同時，標準中還根據最低冷態投運溫度(LCSET)，規定了不同的傾點和低溫黏度，如果不特殊說明，通常LCSET應為-30 ℃。

2020年新頒布的標準與2012版本相比，又擴大了適用范圍，即增加了循環礦物絕緣油，同時根據運行特性，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。從技術指標上看：B型絕緣油顏色指標為不大于1.5、界面張力指標為不小于40 mN/m，與氧化安定指標一樣不如A型絕緣油苛刻，同時沒有總硫含量和熱氧化應力下的產氣特性技術要求[7]。

市場上國內外知名品牌變壓器油產品以含抗氧劑的A型絕緣油居多，因此，本文主要對不同版本的氧化安定性較好的含抗氧劑油(I)進行對比，見表3。

表3 IEC 60296標準主要產品技術指標變化

從表3技術指標可以看出：2012版標準相對2003版，(1)增加了二芐基二硫(DBDS)檢測項目及要求；(2)增加了潛在硫腐蝕檢測項目及要求；(3)增加金屬鈍化劑檢測及要求；(4)氧化安定性，要求在添加金屬鈍化劑前測定；(5)糠醛含量，由不高于0.1 mg/kg提高至不高于0.05 mg/kg；(6)增加產氣趨勢項目(ASTM D7150)，采購商要求時提供；(7)硫含量由不大于0.15%修改為不大于0.05%。

2020年新頒布的標準相對2012版，(1)增加了顏色及指標要求；(2)提高了界面張力指標要求；(3)產氣趨勢改為熱氧化應力下的產氣特性，并規定了限值。除此之外，根據某些特殊設備要求，還列出了一些附加性質，如帶電傾向(ETC)、析氣性和熱物性等性質，如有需要，應由供需雙方協商確定具體的限值[7]，附加性質見表4。

表4 IEC 60296標準附加性質

總體上看：新發布的IEC 60296:2020標準，其主要變化是擴大了適用范圍，明確了產品標記，同時在技術指標方面，對變壓器油的精制/穩定性提出了更多的要求，指標要求也更加嚴格，尤其是對A型絕緣油增了熱氧化應力的產氣特性的指標限值。熱氧化應力的產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生情況，其產生的原因與其組成有關，與電氣設備內部故障無關，并且在實踐中尚未證明這種氣體對設備有害，它通常會隨著時間的推移而趨于平穩。該方法提供的數據，可幫助用戶區分電氣設備的真實故障條件和由熱氧化應力引起產生的氣體，也可作為用戶選油的考慮依據。

ASTM D3487標準是美國試驗材料學會標準，該標準的各版本之間變化不大，從1988年首次發布至2016年版本，始終根據抗氧劑含量分為Ⅰ類(抗氧劑含量≯0.08%)和Ⅱ類(抗氧劑含量≯0.3%)，只是檢測項目上有所變化，具體指標變化見表5。

表5 ASTM D3487標準變化

表5(續)

從表5看，ASTM D3487-2016標準與前一版相比，主要變化是刪除了擊穿電壓(圓盤電極)檢測項目，增加了糠醛含量檢測項目及指標要求。

ASTM D3487-2016標準與IEC 60296-2020標準的主要技術指標相比，ASTM D3487-2016有苯胺點、析氣性、脈沖擊穿電壓、旋轉氧彈等檢測項目及指標要求，而IEC 60296-2020標準則有二芐基二硫(DBDS)、潛在硫腐蝕、金屬鈍化劑含量、硫含量、PCA和熱氧化應力的產氣特性等檢測項目及指標要求。從氧化安定性評定方法看，ASTM D3487-2016標準采用的試驗溫度為110 ℃、時間為164 h或72 h，IEC 60296-2020則采用的試驗溫度為120 ℃，試驗時間為500 h。因此綜合來看，IEC在對產品的精制穩定特性、安全運行特性和環保性能方面提出了更多更嚴苛的技術要求。

2 變壓器知名品牌制造商采購標準

全球大多數國家以及變壓器知名品牌制造商都是在IEC 60296和ASTM D3487標準的基礎上，根據各自的性能要求和產品特點制定相應的標準[11]，如歐洲標準EN 60296、澳大利亞標準AS 60296、中國標準GB 2536、英國標準BS 148、印度標準IS 335、南非標準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標準和ASTM D3487標準，分別制定了自己的購油標準，如ABB 1ZBA117001-10(材料規格 礦物絕緣油)、SIEMENS TUN901293(注油變壓器用新絕緣液體交貨條件)、Doble-TOPS(變壓器油采購標準)。各標準情況見表6～表8。

表6 ABB 材料規格 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準

表8(續)

從以上標準看，ABB公司和西門子公司均可按IEC 60296標準和ASTM D3487標準接收變壓器油產品。DOBLE公司變壓器油采購標準主要依據ASTM D3487標準制定，并根據IEC 60296標準增加了不含抑制油產品，同時也增加二芐基二硫(DBDS)、金屬鈍化劑含量等檢測項目。

3 國內變壓器油標準發展情況

2012年6月1日以前，我國變壓器油標準有國家標準GB 2536-90《變壓器油》、石油化工行業標準SH 0040-91《超高壓變壓器油》和SH 0351-1992《斷路器油》三個標準。GB 2536-90變壓器油標準參照采用IEC 296-82《用于變壓器和開關中的礦物絕緣油》標準中ⅡA技術條件，按低溫性能分為10號、25號和45號三個牌號。SH 0040-91超高壓變壓器油標準參照采用ASTM D3487-82《用于電器設備中的礦物絕緣油》標準中Ⅱ技術條件，按低溫性能分為25號和45號兩個牌號。SH 0351-1992斷路器油標準參照采用IEC 296-82《用于變壓器和開關中的礦物絕緣油》標準制定，各標準牌號分類見表9。

表9 國內變壓器油老標準分類

表9(續)

我國現行標準GB 2536-2011《電工流體 變壓器和開關用的未使用過的礦物絕緣油》[12]于2011年12月5日發布，2012年6月1日實施。該標準是修改采用IEC 60296：2003，包括了變壓器油和低溫開關油的技術要求，其中，變壓器油分類也根據氧化安定性的優劣分為通用級別和特殊用途(I)兩類，通用級別又根據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)，最后根據最低冷態投運溫度(LCSET)的不同劃分牌號。該標準與最新版國際標準IEC 60296:2020的主要技術區別見表10。

表10 GB 2536-2011標準中變壓器油技術要求

從表10標準對比看，對于特殊級別變壓器油，GB 2536標準缺少顏色、二芐基二硫(DBDS)、潛在硫腐蝕、金屬鈍化劑含量、熱氧化應力的產氣特性等檢測項目及指標要求，2-糠醛含量和PCA指標均由“不大于”改為“小于”。對于通用級別變壓器油，GB 2536標準缺少顏色、二芐基二硫(DBDS)、潛在硫腐蝕、金屬鈍化劑含量等檢測項目及指標要求，2-糠醛含量和PCA指標均由“不大于”改為“小于”。

從IEC標準看，目前國際上對變壓器油產品的運行安全性更加重視，潛在硫腐蝕、二芐基二硫(DBDS)、金屬鈍化劑含量、熱氧化應力的產氣特性等均反應出變壓器油在運行過程中是否存在潛在的安全影響因素。而在我國國民經濟的發展和西部大開發戰略的實施下，隨著電力需求快遞增長和國家電網及特高壓輸電技術的創新和發展，為滿足大容量、長距離的電力輸送，采用高壓直流輸電和更高電壓等級的輸電設備已成為主要發展方向，因此對變壓器油的質量也就提出更高的要求。另外，我國高壓直流工程技術正逐步走出國門，而配套使用的變壓器油產品質量也要滿足國際標準，因此，我國現行變壓器油標準GB 2536-2011也將參照國際標準IEC 60296:2020進行修訂，使國家標準與國際標準接軌。

4 結論

(1)國際電工委員會標準IEC 60296于2020年6月26日已發布第五版本，該標準擴大了適用范圍，明確了產品標記，同時在技術指標方面，對變壓器油的精制和穩定性提出了更多、更嚴格的要求。

(2) ASTM D3487標準是美國試驗材料學會標準，從1988年首次發布至2016年，各版本之間變化不大，始終根據抗氧劑含量分為Ⅰ類和Ⅱ類，主要技術變化是刪除了擊穿電壓(圓盤電極)檢測項目，增加了糠醛含量檢測項目及指標要求。

(3)目前國際上變壓器油標準最權威、最通用的是 IEC 60296和ASTM D3487標準，全球大多數國家以及變壓器知名品牌制造商均以IEC 60296和ASTM D3487標準為基礎，制定相應的國家標準和購油標準。

(4)我國變壓器油標準主要參照IEC標準制定，現行GB 2536-2011標準也將參照國際標準IEC 60296:2020進行修訂，使國家標準與國際標準接軌。