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GBT 1094.14-2022 电力变压器 第14部分：采用高温绝缘材料的液浸式电力变压器.pdf

由于系统中某些设备长时间停运而引起的一种负载方式，在变压器达到一个新的、较高 前，这些设备不会重新投人运行。 [来源:GB/T1094.72008,3.6]

由于系统中发生了一个或多个事故，严重干扰了系统的正常负载分配，从而产生的暂态（ min)严重过负载。 ［来源：GB/T1094.7—2008.3.7]

瓷组平均温升ratedaveragewindingtemperatur

现定并标志在铭牌上的绕组平均温升，以验证计复

GB/T 31716-2015 病媒生物危害风险评估应用准则与指南 大型活动GB/T 1094.142022

液浸式变压器采用的绝缘系统由一种或多种固体绝缘材料组成，用于实现导电部件绝缘，并通过液 体实现绝缘和散热功能，各种绝缘材料的特性见附录A。为了使设备的使用寿命达到预期值，该绝缘应 耐受在其预计寿命期间所出现的电气、机械和热应力。在空气中开展的试验程序所决定的固体绝缘和 漆包线绝缘漆的耐热等级，不适用于符合本文件的变压器。 本文件涵盖的变压器固体绝缘的耐热性能和额定温度应结合绝缘液体进行评定，GB/T22578.1中 描述了固体和液体组合绝缘的评定方法，根据该方法求出热指数以确定耐热等级。经制造方与用户。 致同意，允许通过运行经验或其他合适的试验程序验证耐热等级。绝缘系统首选的耐热等级和相关热 点温度见表1。更多的耐热评定方法详见GB/T11021。

表1绝缘系统首选耐热等级

由于绝缘系统的老化和寿命时间与温度有很大关联，因此在一个单元内将各种具有不同耐热能力 的绝缘材料进行组合，以实现变压器热性能和经济性的优化设计。为了本文件的简化与规范，以高温绝 缘材料的含量定义了三种不同的绝缘系统。常规绝缘系统是参考依据，其不包含高温绝缘材料。此系 统仅在本文件中作为参考。 虽然采用带有绕组幅向垫块的芯式电力变压器为典型示例说明不同绝缘系统，但应用范围不局限 于此类型的变压器。所描述的每类绝缘系统均作为定义的例证，但此描述适用于任何其他种类的具有 不同类型然组的变压器，如层式绕组和壳式饼形绕组等

变压器绕组绝缘是整个绝缘系统的组成部分。4.2.3～4.2.4以电力变压器为例，阐述不同低压绕组 与高压绕组的绕组类型。表2总结并对比了不同绕组/绝缘系统类型。 当设计恰当的冷却通道将材料与绕组本身分离时，应将各绕组间的绝缘隔板视为独立的个体。在 比情况下，液体循环可提供充分冷却，以避免超过绝缘隔板的耐热极限。如果绝缘隔板与绕组接触，则

应考虑将其视为绕组的一部分，这对于层间绝缘接触到绕组导线的层式绕组尤为重要。此应用中，层间 绝缘应与绕组导线绝缘的布置方式一致。 应进行充分的测试以验证温度分布。在原型测试和单元测试时应在关键（临界)位置进行实际温度 测量。一且得到温度分布图，应按照特定位置的温度要求选择适合的材料。应有充足的试验数据支撑， 以验证制造方的热模型符合部分型式试验的要求。 注：可通过将变压器视为由被绝缘隔板和冷却通道分开的独立绕组组成的集成体来阐释不同绝缘系统。然后可通 过一系列的绕组类型，阐述在单个变压器中不同绝缘系统的部件是如何被组合的。在某些情况下，所有绕组可 能没有必要以相同的方式配置高温绝缘

4.2.2绕组/绝缘系统类型

不同类型绕组的关键属性。这些相似属性也定

表2不同绝缘系统（绕组）的比较

本表仅列出变压器基础部件，其他部件的温度取决于温度分布的结果， 由于所有变压器内均存在温度梯度，因此在一些维持常规温度的部位使用常规绝缘是允许的

4.2.3混合绕组类型

4.2.3.2半混合绝缘绕组

半混合绝缘绕组是指仅在绕组导线上采用高温绝缘材料，层式绕组的层间绝缘也应采用高温绝缘 料，在其他区域可采用常规（纤维素)绝缘材料。此种绕组的示例见图1。 具体情况如下： 一绕组所采用的材料类型：高温材料仅用于导线绝缘； 绝缘隔板所采用的材料类型：常规材料； 绕组温升限值：绕组平均温升和绕组热点温升均高干常规。

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4.2.3.3局部混合绝缘绕组

图1半混合绝缘绕组示例

局部混合绝缘绕组是指某些绝缘部件或部分绕组采用高温绝缘材料，如绕组导线热点温度高于常 规限值的区域。但多数固体绝缘采用了常规绝缘材料。当绕组局部热点温度超过常规热点温度时，其 绕组平均温度为常规温度。此类型绕组的示例见图2。 注：采用高温绝缘绕组类型仅用于保护绕组局部温度超过常规热点温度限值的目的。此种绕组类型的关键点在于 绕组平均温度始终等于或低于常规限值，仅绕组局部温度超过常规热点温度限值。例如，由于漏磁场的幅向分 量和变流变压器因谐波电流集中而导致额外损耗和发热较多的绕组局部可采用高温绝缘。 具体情况如下： 绕组所采用的材料类型：高温材料用于绕组局部，其目的是为了防止关键位置过度老化； 绝缘隔板所采用的材料类型：常规材料； 绕组温升限值绕组平均温升与常规相同，绕组热点温升高于常规，

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4.2.3.4全混合绝缘绕组

图2局部混合绝缘绕组示例

全混合绝缘绕组是指绕组各个部分均采用高温材料，以使其在高于常规的温度下工作。导线绝缘 以及轴向撑条、幅向垫块应采用高温绝缘材料。在高于常规温度区域内的其他绝缘部件也应采用高温 绝缘材料。可在所有其他区域采用常规纤维素基绝缘材料，如工作在常规温度下的绝缘筒和角环等。 此类绕组的示例见图3。 具体情况如下： 绕组所采用的材料类型：工作在高于常规温度下的所有绝缘均采用高温材料； 一绝缘隔板所采用的材料类型：常规材料； 绕组温升限值：绕组平均温升和绕组热点温升均高于常规

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4.2.4高温绝缘绕组

图3全混合绝缘绕组示例

高温绝缘绕组是指绕组各部分均采用高温绝缘材料 才料，但均高于常规温度。此类绕组的示例见图4。 具体情况如下： 绕组所采用的材料类型：高温材料， 绝缘隔板所采用的材料类型：高温材料； 绕组温升限值：绕组平均温升和绕组热点温升均高于常规，

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图4高温绝缘绕组示例

固体和液体组合成的各种绝缘系统的连续工作最高温升限值见表3和表4。如果选定的额定温升 限值低于最高温升限值，则以5K为减量变化。应按照要求使用以充足的试验数据验证的热力学模型， 以确定变压器设计的实际最高温升限值。 许多不同的绝缘液体可提供一定范围的热性能。但为了简化，本文件仅以矿物油、酯类液体和硅油 作为三类绝缘液体的代表，通过不同的顶层油面温升描述每一种绝缘液体的特征。本文件不根据酯类 绝缘液体的来源对其加以区分。因此，合成酯液体与天然酯液体的热性能被视为是等同的。需要注意 的是，本文件未规定其他绝缘液体不可用，故应根据绝缘液体的热性能要求，恰当地规定其温升限值。 注1：在确定允许最高温度时，宜考虑到以下限制因素： 自由呼吸单元可将水分和游离氧带入变压器油箱内，是绝缘老化的主要诱因。这种老化随着温度的升高 而加快； 材料老化，如纤维素基绝缘等材料的老化可将水分带人变压器油箱内； 冷却油道内的液体流速，因液体长时间暴露在高温环境中导致加速降解

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表3混合绝缘系统变压器最高连续温升限值

表4高温绝缘系统变压器最高连续温升限值

顶层液体温升/K 90 90 90 90 115 115 115 115 绕组平均温升/K 85 95 105 125 85 95 105 125 热点温升/K 100 110 125 150 100 110 125 150 注1：液体保护系统能有效防止空气进入油箱的无氧应用。 注2：所示的温升限值均建立在GB/T1094.1规定的正常冷却介质温度基础上。对于其他环境温度情况见 GB/T 1094.2。 注3：高温绝缘通常包括多种不同温度等级的绝缘材料，但所有材料均高于常规限值。 注4纤维素基/酯绝缘系统见5.3。

注1：液体保护系统能有效防止空气进入油箱的无氧应用。 注2：所示的温升限值均建立在GB/T1094.1规定的正常冷却介质温度基础上。对于其他环境温度情况见 GB/T 1094,2。 注3：高温绝缘通常包括多种不同温度等级的绝缘材料，但所有材料均高于常规限值。 注4：纤维素基/酯绝缘系统见5.3。

5.2热改性纸（TUP）

经化学工艺处理的纤维素纸，即热改性纸，可作为120级材料应用于矿物油中。如果制造方与用

一致认同热改性纸（TUP)为120级绝缘材料，则可将其视为高温绝缘材料，按照表3定义的温度 将其用于半混合绝缘绕组中。

5.3用于酯类绝缘液体的纤维素

根据老化试验，牛皮纸和热改性纸浸在酯类液体中，其寿命特性得到改善，相关技术论证见附 果制造方与用户一致认同纤维素纸具有高温性能，则可将其视为高温绝缘材料，用于高温绝缘表 具体耐热等级的确定应得到制造方与用户的一致认同

用于内部连接线、引线的绝缘材料耐热等级不必基于变压器绝缘系统的设计。但是，温升限值应根 据表3和表4中所示的绝缘耐热等级来确定，通常取决于绝缘液体的温度。 引线绝缘材料的选择与变压器选用的绕组绝缘系统无关。但是根据3.9和4.2.4中对导线绝缘的 规定，高温绝缘系统中应采用高温绝缘材料。 在半混合绝缘绕组和全混合绝缘绕组中，至少应在引线出口区域、温度高于常规温度的引线与绕组 相连等处采用高温绝缘材料。通常情况下，这些引线直接连接到绕组的热点区域或在连接处形成热点。 引线剩余长度绝缘材料应根据其设计的温度梯度和可能包含的常规绝缘材料选择。 与局部混合绝缘绕组相似，高温绝缘材料的使用也可以有选择性，并且仅限于特定的区域。即便整 个绕组是常规绝缘的，其引线出口或整个引线仍然可以设计成在高于常规绝缘的温度下工作。在这种 情况下，电缆绝缘应选择与设计温度相匹配的绝缘材料

绕组的机械结构和支撑结构的设计应考虑到因较大的温度范围而导致变压器绕组可能膨胀或收 缩。此外，绕组的制作加工应保证其使用过程中的结构稳定性。 变压器耐受短路能力的设计应符合GB/T1094.5的规定，各绕组平均温度最高值应按该标准计算 并满足规定限值要求。 由于环氧树脂在较高温度下机械性能较弱，如果设计采用环氧树脂自粘导线，则应考虑在最高允许 工作条件下的最高温度。如果需要保持变压器短路耐受强度，则应选用特殊配方的高温环氧树脂，以防 止其软化。

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不可接受的介电性能下降。

变压器内部有温度梯度，应选择与各位置对应耐热等级的绝缘材料，这和任何变压器一样，是由特 定设计决定的，因此需要一个足够的绕组温度分布模型。绕组的温度分布模型应通过样机、模型和/或 全尺寸变压器试验进行验证，以验证设计或系列设计的正确性。在规定的高温绝缘系统中，将有几个热 点（每种类型一个），所有这些都需要仔细考虑。有关其他信息，参见图5和图6。 需要特别注意的是，在许多情况下，绕组冷却油道中的液体温度可高于油箱顶层液体温度。这一点 需要考虑，因为绕组附近液体的温度决定了热点温度。 注1：导线至液体的温度梯度通常是横跨固体绝缘温度梯度和横跨边界层温度梯度的总和。与常规绝缘系统相比， 高温绝缘系统的横跨边界层温度梯度一般较大。 注2：图5中，最高绕组表面温度D点是冷却油道内液体温度与横跨边界层温升的总和，该值与绕组表面处的热传 递系数和穿过绕组表面的热通量密度有关

图5导线对液体的温度梯度

图5导线对液体的温度梯度（续）

GB/T1094.7中所述的油浸式变压器负载导则的一般原则和计算公式仍适用，但过负荷限值险 目为不同绝缘系统的温度和时间常数会有所不同。表5和表6列出了建议的最大过负荷温度。任 也过负荷要求应在询价中说明或在合同阶段商定

表5混合绝缘系统变压器最大过载温度建议值

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表5混合绝缘系统变压器最大过载温度建议值（续）

包含的常规绝缘系统仅供参考。更多信息详见GB/T1094.7 液体保护系统能有效防止空气进人油箱的无氧应用。

注：液体保护系统能有效防止空气进人油箱的无氧应用，

8.1.1环境温度和负载周期

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冷却介质温度应符合GB/T1094.1中的正常工作条件。如果环境温度与正常工作条件不同， 安照GB/T1094.2修改表3和表4所列的温度限值。用户应提供所有特定的负载周期信息

8.1.2其他特殊使用条件

所有其他特殊使用条件应符合GB/T1094.1

8.2制造方需提供的信息

考虑本文件中定义的绝缘系统在整个工业领域较为陌生，其应用条件与制造方的实际经验可能在 很大差异，因此制造方应提供以下信息： 一绝缘系统类型（即混合式或高温式）及本文件编号； 每个绕组的绝缘类型（即常规式、半混合式、局部混合式、全混合式或高温式）； 高温固体绝缘材料耐热等级和通用名称（如果不同绕组采用不同材料，则应按绕组注明）； 每个绕组的最高热点温度计算值； 每个绕组的额定绕组平均温升； 每个绕组的时间常数； 使用液体种类和名称； 额定顶层液体温升； 包括温升的型式试验数据和承受短路能力（如果适用）

如果有规定，则应保证参考温度下的负载损耗及短路阻抗值。温升试验中应使用参考温度下的负 载损耗。保证值的偏差应满足GB/T1094.1的规定。 顶层液体温升、绕组平均温升和绕组热点温升应不超过表3和表4所列出的温升限值。 提供保证值时，参考温度应为额定绕组平均温升加20℃，或额定绕组平均温升加外部冷却介质年 平均温度，以较高值为准。 当有多个给定额定功率时，应根据最高额定值确定参考温度。 当变压器有多个对应于相同容量的不同绕组的额定绕组平均温升时，应根据最高绕组平均温升确 定该额定容量的参考温度。在这种情况下，运行中的损耗将低于计算值。 注1：参考温度的具体内容见GB/T1094.1。 注2：术语“额定绕组平均温升”等同于保证温升

除GB/T1094.1的要求外，铭牌还应包含以下信息

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本文件编号； 使用液体种类和名称、标准编号； 额定顶层液体温升； 每个绕组的额定绕组平均温升（如果绕组的额定平均温升不同）。 应按附录D中所规定绝缘系统代码，在铭牌上标志以下项目： 绝缘系统类型（混合式或高温式）； 每个绕组的绝缘耐热等级和绝缘类型（如果所有绕组的绝缘类型和耐热等级不同）。

10.1例行试验、型式试验和特殊试验

电力变压器和电抗器的所有试验应符合GB/T1094.1的规定。工业用变流变压器和高压直流辅 电用换流变压器的所有试验应分别符合GB/T18494.1和GB/T18494.2的规定。风力发电用变压器 的试验应符合GB/T1094.16的规定，

对于GB/T1094.5定义的第Ⅱ类和第Ⅲ类变压器，由于其特性可能与常规变压器不同，因此需 DGA(溶解气体分析)数据作为未来诊断工具的参考。尤为重要的是为今后建立参考的基准。

10.3强迫导向液体循环变压器

绕组对液体具有高温升的强道导向液体循环紧凑型变压器的时间常数小于常规 此，应尽可能缩短从切断试验电源到测量绕组电阻之间的时间间隔。 理想情况下，从切断试验电源到测出第一个读数的时间间隔宜小于1min。如果做不到这一点，则

10.4多热点绕组温升试验评估

高温和常规绝缘混合的混合绝缘系统通常会导致一个绕组内存在多个热点。局部混合绕组便是简 单的例子，其绕组共存在两个热点温度，一个常规绝缘热点温度和一个高温绝缘热点温度。详细的阐述 见下列计算和图6。 应通过计算或试验验证两个不同的热点温度，图6中：P1为B和C之间的绝缘系统的热点温度， P2为E和C之间的绝缘系统的热点温度。每部分绕组的温度宜按照GB/T1094.7所述进行评估，热 点系数H，和H2应由制造方计算。 油箱顶部和底部的液体温差按式（1）计算：

AOLw——油箱内液体的轴向温升； 6 油箱内顶层液体温度；

相内底低邮微体通度 为估算在两种不同绕组部件边界处冷却油道内的液体温度（图6中的点C)，总温度梯度被分为两 部分： 第1部分按式(2)估算

△Lw1——绕组上部液体的轴向温升； AOtw——油箱内液体的轴向温升； —采用高温绝缘的绕组上部长度； 12 一采用常规绝缘的绕组下部长度。 第2部分按式（3)估算：

图6局部混合绝缘系统绕组的温度修正曲线

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X轴 温度； Y轴 沿变压器高度的轴向位置； A 油箱出口平均温度（顶层液体温度）； B 绕组顶部油箱内液体温度（假设与A相同）； C 两种不同绝缘材料边界处绕组内的液体温度； D 油箱内平均液体温度； g: 在额定电流下绕组平均温度对液体平均温度的梯度； E 进人绕组的底部液体温度； F 油箱底部； Hi 采用高温绝缘的绕组部分的热点系数； H2 采用常规绝缘的绕组部分的热点系数； 1 采用高温绝缘的绕组上部长度； 12 采用常温绝缘的绕组下部长度； Pi 与高温绝缘材料接触处的热点温度； P2 与常规绝缘材料接触处的热点温度； Q 由电阻法测得的绕组平均温度； APLw 油箱内液体的轴向温升； w1 绕组上部液体的轴向温升； Aftw 绕组下部液体的轴向温升； . 测量点； . 计算点。

10.5绝缘的型式试验

当有要求时，应证明绝缘系统的介电性能满足高温下运行要求

6局部混合绝缘系统绕组的温度修正曲线（

变压器监视和诊断工作是风险评估和资产管理的关键方法之一，可使变压器接受适当地维护，以保 证其使用寿命。因目前对高温变压器无足够的历史数据积累，故非常有必要监视其绝缘系统的性能。 注:一种好的常规诊断方法详见 IEEE 62。

由于矿物油的温度限制，在以纤维素材料为主的绝缘系统中，高温固体绝缘材料用量少，通常只占 绝缘材料总量的很小部分。因此，由发热、局部放电和电弧放电而产生的气体成分很可能接近同等条件 下运行的常规变压器。 在采用混合绝缘系统的变压器中，产生气体的来源最可能是矿物油。当出现过热、热故障、局部放 电或电弧放电时，有可能使高温固体绝缘分解，从而产生气体和其他衍生物（如：水分、微粒、呋哺、金属 成分等）官定期取油样化验。矿物绝缘油的监测和维护导则参见GB/T14542。

11.3高温绝缘液体变压器

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在采用高温绝缘系统的变压器内，出现过热、热故障、局部放电或电弧放电时，有可能使液体和固体 绝缘分解，从而产生气体和其他衍生物（如：水分、颗粒、呋喃、金属成分等）。 对于GB/T1094.5定义的Ⅱ类和Ⅲ类变压器，由于其特性可能与常规变压器不同，因此需要收集 DGA数据作为诊断工具供以后参考。IEC60944和IEC61203分别为硅油变压器和酯类液体变压器 的监视和维护提供了指导

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本附录列举了几种高温电气绝缘材料（EIM)以供参考。并不意味着，任何这些材料的特定组合均 适用于构成高温液浸式变压器的电气绝缘系统（EIS）。 表A.1列出了常见的固体绝缘材料及其典型的参数和特性，这些参数和特性可用于对该材料的绝 缘性能进行评估。需要注意的是，所选材料的设计参数宜由材料制造方提供。绝缘材料通常分为固体， 导线绝缘涂层和液体。

QDHJY 0001S-2016 吉林金亚果仁加工有限责任公司 调味南瓜籽仁表A.1固体绝缘材料的典型性能参数

注1：所有数据均在空气中测量。 注2：相对介电常数和介质损耗因数均为50Hz或60Hz下的值。 注3：水分数据（吸潮性）是空气相对湿度为50%的测试值， ：由于在制造过程中可能会存在气体残留，因此通常只在低电压等级液浸式应用中使用。 尽管在空气中测试时纤维素纸板被归类为105耐热等级的绝缘材料，但其在包括酯类绝缘液在内的 缘液中被当作热改性材料使用。在过去的50年间，非热改性纤维素绝缘纸板在热改性”变压器中取 的运行经验。

宜评估每种材料与绝缘系统中其他材 稳热性昆。还具在感的 系统中不同材料的相互影响可能会导致系统性能无法接受

CNAS CC15：2013 管理体系审核时间(QMS、EMS、OHSMS)A.2绝缘材料老化和寿命

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绝缘材料老化是材料分子裂解过程的结果，它将改变材料的某些性能。老化是一个吸热过程，以供 给原子充足的能量使分子分解。这种能量主要由变压器损耗提供。供给的能量越多，分子的裂解率越 大。能量的表现形式是热量，它可使温度升高，因此温度是绝缘材料老化率和寿命的相关指标之一。除 温度外，酸、氧或水分等其他因素也会影响绝缘材料的寿命。假设这些其他因素均为常数，绝缘材料的 寿命通常符合式（A.1）