變壓器 DGA Duval Triangle — 7 區故障判讀全圖解（IEC 60599:2022 §5.10 + Annex B）

電廠維修部收到變壓器油樣 DGA 報告：H₂ = 80 ppm、CH₄ = 120 ppm、C₂H₄ = 95 ppm、C₂H₂ = 12 ppm。**這台機器到底怎麼了？**單看數字像猜謎，但若把三個關鍵氣體比例投影到 IEC 60599:2022 §5.10 + Annex B Figure B.3 的「Duval Triangle」上，故障類型立即在七個彩色區域中現形——這是 1974 年 Michel Duval 博士提出、後經 IEC 收錄為國際標準的圖形判讀法。

本文逐層拆解：（1）為什麼 DGA 需要 graphical representation；（2）三頂點 CH₄ / C₂H₄ / C₂H₂ 對應的物理意義；（3）七個故障區 PD / D1 / D2 / T1 / T2 / T3 / DT 的判讀準則；（4）實務採樣與報告閱讀的三個盲點。

為什麼需要 Duval Triangle：氣體比率法的補強

IEC 60599:2022 §5.4 已提供「氣體比率法」（Gas Ratio Method）— 用 C₂H₂/C₂H₄、CH₄/H₂、C₂H₄/C₂H₆ 三個比率對照 Table 1 判讀故障類型。但 Table 1 有兩個盲點：

比率出界即無解：例如 C₂H₂/C₂H₄ = 0.6（介於 D1 的 >1 與 PD 的 <0.1 之間），Table 1 找不到對應 → 無診斷。
比率對應一對一映射：實務上故障常複合（PD 又有 thermal），單一比率組合難呈現。

§5.10「Representaciones gráficas」明確指出（OCR 引述）：

“Estas representaciones son también útiles en los casos en que no se obtiene un diagnóstico utilizando la tabla 1, debido a que caen fuera de los límites de las relaciones de gases. … La figura B. 3 es particularmente adecuada dado que siempre proporciona un diagnóstico.”

Figure B.3（Duval Triangle n°1，適用變壓器、套管、電纜）保證提供診斷——因為三氣體比例投到三角形內必落在某個區，沒有「找不到」的問題。

三頂點：為何選 CH₄ / C₂H₄ / C₂H₂

三氣體選擇對應變壓器絕緣油在不同能量等級下的分解產物：

頂點	氣體	物理意義	主要產生條件
左下	CH₄ 甲烷	低溫熱分解產物	油 200~400 °C 過熱（T1 區）
右下	C₂H₄ 乙烯	高溫熱分解產物	油 > 700 °C 強熱（T3 區）
頂部	C₂H₂ 乙炔	電弧/放電產物	高能放電 D2 / 局部放電 PD

換算公式（業界 working version）：把樣本內三氣體 ppm 值相加為 100%，各自佔比即三角形內座標。例如 CH₄ = 30%、C₂H₄ = 50%、C₂H₂ = 20%，從左下沿 CH₄ 軸 30% 處、右下沿 C₂H₄ 軸 50% 處、頂部沿 C₂H₂ 軸 20% 處交於一點。

業界共識：H₂ 與 CO/CO₂ 不進 Duval Triangle 計算（CO/CO₂ 屬絕緣紙劣化指標，另由 §5.5 CO₂/CO 比率單獨判讀）。

七個故障區：PD / D1 / D2 / T1 / T2 / T3 / DT

IEC 60599:2022 §5.3 + Annex A Table 1 定義六個基本故障 + 一個過渡區（OCR 引述行 386~454）：

區	故障類型	溫度 / 能量	物理現象（OCR §5.3 描述）
PD	Partial Discharge 局部放電	微焦耳級	紙絕緣微孔碳化、放電不可見
D1	Descargas de baja energía 低能放電	數十~數百焦耳	紙穿洞、表面碳化、油內碳粒
D2	Descargas de alta energía 高能放電	kJ 級	紙嚴重碳化、金屬熔融、可能 trip
T1	Defecto térmico 低溫熱故障	t < 300 °C	紙絕緣變棕色
T2	Defecto térmico 中溫熱故障	300 °C < t < 700 °C	紙絕緣完全碳化
T3	Defecto térmico 高溫熱故障	t > 700 °C	油碳化、金屬退色（800 °C）/ 熔融（>1000 °C）
DT	Discharges + Thermal 混合過渡	—	介於 D2 與 T3 之間（業界慣例）

判讀順序（業界 SOP）：

看樣本投影點落在哪一區
對照前次 DGA 報告座標 → 評估趨勢（是否往更嚴重區漂移）
若靠近區邊界 → 不確定區，建議短期內（1~3 個月）追樣
落在 D2 或 T3 → 立即排查、考慮停機檢修

為何 IEC 強調 Duval Triangle「不可單用」

IEC 60599:2022 §5.10 第二段（OCR 引述）：

“Estas representaciones son también útiles en los casos en que no se obtiene un diagnóstico utilizando la tabla 1”

關鍵字是「también útiles」（也很有用）— 不是「替代」氣體比率法，而是補強。完整 DGA 判讀應同時跑：

Table 1 氣體比率法（§5.4）— 主要診斷
Duval Triangle（§5.10 + Annex B）— 視覺化補強 + Table 1 失敗時的退階方案
Key Gas Method（§5.2 + IEEE C57.104）— 美系實務常用，看單一氣體濃度
Typical values + Evolution rates（§8.2 + §8.3）— 看絕對濃度 + 增長速率

只信 Duval Triangle 一張圖即下診斷，常踩到「點落在區內但濃度太低（接近檢測極限 S）」的盲點 — IEC 60599 §6.2 警告：濃度低於 10×S 時，比率不確定度可達 ±30%，三角形投影點位置不可信。

業界實務三盲點

盲點 1：未除背景氣體即直接投影

OLTC（On-Load Tap Changer）正常操作會產生少量 D1 區氣體（C₂H₂）。若 DGA 樣本是「整台變壓器（含 OLTC 室）」共用油循環，會被誤判 D1 故障。

正解（IEC 60599 §5.4 NOTE）：

OLTC 與主油箱獨立油循環設計者，分別取樣
共用油循環設計者，需減去 OLTC 正常背景值（廠家提供 baseline）

盲點 2：忽略 §6.1 採樣前處理

IEC 60599 §6.1 (a)：「Los valores de 0 μl/l o inferiores a los límites analíticos de detección S de un informe AGD deben reemplazarse por ‘inferior al valor S para este gas’」

意思是 DGA 報告若標 “0 ppm” 或 “ND”（Not Detected），不可當 0 處理 — 必須用「< S（檢測極限）」表示，否則投影座標會偏移。

盲點 3：單次樣本即下重大決策

§5.4 NOTE 強調「nuevos defectos」（新故障）需與既往 DGA 報告比對，減去舊背景才能算純新缺陷的氣體比率。單次樣本無歷史對照即判 D2 → 高機率誤報，導致不必要停機檢修。

業界 SOP（非 IEC 條款，廠家共識）：DGA 報告連續三次相同區域 + 增長速率 > §8.3 警戒值 + 絕對濃度 > §8.2 典型值 90 百分位，三條件同時滿足才啟動檢修決策。

規格書範例（業界 working example，非標準規範文字）

採購油浸變壓器規格書 DGA 維護章節範例：

5.X DGA 監測與判讀 5.X.1 油樣按 IEC 60567 採樣，DGA 分析依 IEC 60599:2022 §5.4 氣體比率法 + §5.10 Duval Triangle 雙軌判讀。 5.X.2 任一樣本之氣體比率投影落在 D2 或 T3 區、或氣體增長速率超過 IEC 60599 §8.3 警戒值，賣方應於 7 工作天內派員到場檢測並提交分析報告。 5.X.3 報告應同時呈現：（a）Table 1 比率對照、（b）Duval Triangle n°1 投影圖、（c）與前次取樣之趨勢比較、（d）建議追樣或檢修計畫。

對應 PowerLex 條目

完整定義與圖解：

TR-069 dissolved gas analysis (DGA) — 總概念
TR-070 partial discharge fault DGA — PD 區
TR-071 D1 low-energy discharge、TR-072 D2 high-energy discharge
TR-073 thermal fault T1/T2/T3
TR-074 gas ratio method、TR-076 Duval Triangle
TR-077 typical gas concentration values、TR-078 gas evolution rate
互動圖：duval-triangle（七區彩色填色 + ternary 座標公式 + 採樣示範點）
對應檢測程序：TEST-TR-OA-001 絕緣油分析（IEC 60422:2024 物化性質 + 60599 DGA 雙軌）

引用來源

IEC 60599:2022, Mineral oil-filled electrical equipment in service – Guidance on the interpretation of dissolved and free gases analysis. §3.1.7 PD、§3.1.9 thermal defect、§3.2.2 DGA abbreviated terms、§5.2 key gas method、§5.3 fault types、§5.4 + Table 1 gas ratio method、§5.10 graphical representations、§6.1 條件、§6.2 不確定度、§7 gas in relays、§8.2 typical values、§8.3 evolution rates、Annex B Figure B.3 Duval Triangle n°1。
IEC 60567 — 油樣採樣與氣體萃取程序（被 60599 §6.1 引用）。
IEEE C57.104 — DGA 美系實務指引（key gas method 補充）。
註：本文引用 IEC 60599 之 Spanish 版本 OCR（AENOR UNE 譯本），clause 編號與 IEC 英文版一致；中譯為自譯。