繞組及油面溫度控制器在瀑布溝水電站的應(yīng)用

嚴(yán)映峰，陳 陽(yáng)，董小強(qiáng)

（國(guó)電大渡河瀑布溝水力發(fā)電總廠，四川 漢源 625304）

繞組及油面溫度控制器在瀑布溝水電站的應(yīng)用

嚴(yán)映峰，陳 陽(yáng)，董小強(qiáng)

（國(guó)電大渡河瀑布溝水力發(fā)電總廠，四川 漢源 625304）

介紹瀑布溝水電站主變壓器油面溫度控制器及繞組溫度控制器的測(cè)溫、控制原理及在實(shí)際運(yùn)用中取得的效果，并簡(jiǎn)要分析了溫度監(jiān)測(cè)對(duì)變壓器的安全穩(wěn)定運(yùn)行具有的重要意義。

油面溫度；繞組溫度；原理；應(yīng)用

瀑布溝水電站位于大渡河中游，地處四川省西部漢源和甘洛兩縣交界處，裝設(shè)6臺(tái)600 MW的混流式水輪發(fā)電機(jī)組，在系統(tǒng)中擔(dān)負(fù)調(diào)峰、調(diào)頻及事故備用，枯期擔(dān)負(fù)峰腰荷，汛期主要擔(dān)負(fù)基荷，是四川電力系統(tǒng)中骨干電站之一。

瀑布溝水電站機(jī)組容量大，與機(jī)組容量配套的主變壓器的容量也較大。根據(jù)瀑布溝水電站的運(yùn)輸條件，不可能采用常規(guī)三相變壓器。為限制主變壓器的運(yùn)輸重量，減小變壓器布置場(chǎng)地，簡(jiǎn)化發(fā)電機(jī)電壓大電流離相封閉母線的布置，采用西電變壓器有限公司生產(chǎn)的額定容量為667 MVA的油浸式、雙圈升壓、組合式三相主變壓器。變壓器冷卻方式為強(qiáng)迫油循環(huán)水冷，調(diào)壓方式為無(wú)載調(diào)壓，高、低壓側(cè)接線方式為“Y/△”。主變高壓側(cè)經(jīng)油／SF6套管與500 kV SF6GIS管道連接，低壓側(cè)經(jīng)油/空氣套管與20 kV離相封閉母線相連，高壓側(cè)中性點(diǎn)經(jīng)35 kV油/空氣純瓷套管引出并通過(guò)電纜直接接地。

1 溫度對(duì)變壓器壽命的影響

對(duì)于變壓器用的絕緣材料的經(jīng)濟(jì)使用壽命，一般確定為20年。老化了的絕緣，其電氣強(qiáng)度只略有降低，其機(jī)械性能卻明顯降低，絕緣是否老化，主要是以其機(jī)械性能的變化來(lái)判斷。從外觀判斷，老化了的絕緣，顏色變深；出現(xiàn)自然龜裂、脆化、脫落等現(xiàn)象。

變壓器絕緣的使用壽命和長(zhǎng)期運(yùn)行溫度的關(guān)系，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，可用下式表示：

t-絕緣運(yùn)行溫度（℃），不超過(guò)140℃

即溫度每升高（或降低）6℃，絕緣老化壽命降低一半（或提高一倍），這被稱為“6度定則”。以油浸式變壓器為例：環(huán)境空氣年平均溫度為+20℃，額定運(yùn)行時(shí)繞組平均溫升不超過(guò)+65 K，繞組最熱點(diǎn)比繞組平均溫升高約+13 K（自然油循環(huán)），也就是繞組絕緣最熱點(diǎn)溫度不超過(guò)20+65+13=98℃可以保證長(zhǎng)期在環(huán)境空氣為年平均溫度+20℃下，以額定負(fù)荷長(zhǎng)期運(yùn)行，繞組的絕緣使用壽命在20年以上。實(shí)際上大自然的氣溫并不都是+20℃，變壓器以額定負(fù)荷長(zhǎng)期運(yùn)行，夏日氣溫高，繞組絕緣的運(yùn)行溫度高于98℃，實(shí)際壽命損失要大些；冬天氣溫低，繞組絕緣的運(yùn)行溫度低于98℃，實(shí)際壽命損失要小些，二者是大致互相補(bǔ)償?shù)摹?/p>

變壓器過(guò)負(fù)荷運(yùn)行，通常不應(yīng)超過(guò)標(biāo)準(zhǔn)關(guān)于變壓器過(guò)負(fù)荷能力的規(guī)定。變壓器在各種環(huán)境溫度和使用條件下，其所允許的過(guò)負(fù)荷，均應(yīng)在絕緣老化可以接受的限度內(nèi)，并且繞組最熱點(diǎn)溫度不超過(guò)140℃（當(dāng)溫度超過(guò)140～160℃時(shí)，會(huì)產(chǎn)生氣泡，有可能使變壓器的絕緣強(qiáng)度下降）。變壓器在運(yùn)行中，由于事故，變壓器的出線端子（套管）附近或線路會(huì)發(fā)生突然短路（外部短路），在變壓器繞組中會(huì)流過(guò)超過(guò)正常工作電流數(shù)倍至數(shù)十倍的短路電流，短時(shí)內(nèi)繞組的損耗加大，溫度很快上升，既瞬間過(guò)熱。標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，變壓器繞組應(yīng)能承受住這種過(guò)電流所產(chǎn)生的瞬時(shí)高溫作用。并規(guī)定變壓器承受短路的耐熱能力應(yīng)通過(guò)計(jì)算進(jìn)行驗(yàn)證。變壓器溫度控制器是用來(lái)測(cè)量變壓器油頂層溫度和變壓器繞組溫度的，因?yàn)樽儔浩鞯陌踩\(yùn)行和實(shí)驗(yàn)壽命和運(yùn)行溫度密切相關(guān)的，在變壓器的標(biāo)準(zhǔn)中（或技術(shù)協(xié)議中）相應(yīng)的規(guī)定了變壓器運(yùn)行時(shí)油頂層的溫度和繞組的平均溫度。并且，通過(guò)變壓器溫度控制器中設(shè)置的信號(hào)開關(guān)，向冷卻裝置控制柜發(fā)出信號(hào)，根據(jù)已設(shè)定的溫度限值來(lái)控制冷卻風(fēng)扇和油泵的投切；并根據(jù)設(shè)定的溫度限值發(fā)出報(bào)警或跳閘信號(hào)。

2 瀑布溝主變壓器溫度測(cè)量的配置及原理

瀑布溝水電站主變壓器每相采用2只油面溫度控制器和1只繞組溫度控制器。

2.1 油面溫度控制器

（1）油面溫度控制器型號(hào)及組成

油面溫度控制器型號(hào)為MT-ST160F+ZT-F2+PSL242；其主要由MT-ST160SF指針式溫度計(jì)、PSLC242電源、ZT-F2溫度發(fā)送器三部分組成。每相配備2只，直接測(cè)量油的溫度，見圖1。

圖1 油面溫控器

技術(shù)參數(shù)：測(cè)量范圍：0℃～160℃；開關(guān)切換差：測(cè)量范圍的3%；溫度偏差：相當(dāng)于DIN 16 203 的±2℃；絕緣等級(jí) 2.5 kV/AC，50/60 Hz，1 min ；環(huán)境溫度：-20℃～+80℃；接點(diǎn)容量：5 A，125/250 V/AC；防護(hù)等級(jí)：IP55；輸出信號(hào)：一路4～20 mA，一路PT100；電源電壓：10～36 V/DC（無(wú)電壓調(diào)整）。

（2）油面溫度控制器工作原理：

油面溫度控制器是由彈性波紋管、毛細(xì)管和溫包組成一個(gè)全密封系統(tǒng)，利用這密封系統(tǒng)內(nèi)部所充的感溫介質(zhì)受溫度變化而產(chǎn)生的壓力變化，使彈性波紋管端部產(chǎn)生角位移來(lái)帶動(dòng)指針指示被測(cè)溫度值。帶有6個(gè)可調(diào)整的微動(dòng)開關(guān)。溫度值由一個(gè)封閉的內(nèi)充高壓液體的管系流測(cè)量。由于油面溫度的不同，管系流中壓力將其變化量轉(zhuǎn)變成機(jī)械力驅(qū)動(dòng)指針心軸轉(zhuǎn)動(dòng)，溫度值即指示在刻度盤上，同時(shí)也帶動(dòng)微動(dòng)開關(guān)在變化量達(dá)到設(shè)計(jì)值時(shí)動(dòng)作，發(fā)出相應(yīng)信號(hào)。其中ZT-F2溫度發(fā)送器里一個(gè)傳感器，可將溫度值轉(zhuǎn)換為4～20 mA電信號(hào)，但是此傳感器需要通電（12～30 VDC）,PSLC242為傳感器提供了電源。

2.2 繞組溫度控制器

（1）繞組溫度控制器型號(hào)

繞組溫度控制器型號(hào)為MT-STW160F2+ZT-F2+Va+PSL242；其主要由MT-STW160F2繞組溫度計(jì)、PSLC242直流電源裝置（安裝在控制柜內(nèi)）、V1a匹配器、ZT-F2溫度發(fā)送器4部分組成。每相配置一套繞組溫控器，共3套（詳見圖2）。

圖2 繞組溫控器

（2）繞組溫度溫控器的原理

繞組溫度是變壓器油面溫度使儀表內(nèi)的彈性波紋管產(chǎn)生的角位移，疊加儀表內(nèi)的發(fā)熱元件產(chǎn)生角位移，來(lái)帶動(dòng)指針指示變壓器繞組的溫度值。發(fā)熱元件是通過(guò)匹配器和變壓器CT測(cè)得負(fù)荷情況變化而補(bǔ)償不同的銅油溫差（不同的角位移量）。繞組溫度的測(cè)量是使用間接方法：繞組和油之間的溫差決定于繞組電流，而電流互感器二次電流與變壓器繞組電流成正比。將互感器二次電流經(jīng)匹配器Va接至溫控器的傳送器，從而產(chǎn)生的指示值比實(shí)測(cè)油溫高一個(gè)溫度即為繞組溫度。即繞組溫度就是油面溫度加上CT二次電流轉(zhuǎn)換后的溫度。

（3）ZT-F2的工作原理

ZT-F2變壓器溫度發(fā)送器只有和TRASY2系列指針溫度計(jì)相配合，才能用于模擬變壓器中的熱像（繞組溫度）。繞組溫度只能間接測(cè)量。繞組和冷卻介質(zhì)之間的溫差決定于繞組電流，而電流互感器二次電流與變壓器繞組電流成正比。將互感器二次電流送至溫度發(fā)送器ZT-F2中的加熱電阻，從而產(chǎn)生的指示值比實(shí)測(cè)油溫高一個(gè)溫差，該溫差和變壓器負(fù)載相對(duì)應(yīng)。繞組溫度是由ZT-F2模擬的，而油和繞組之間的溫差先設(shè)定好的。繞組溫度在指針式溫度計(jì)上指示，指針式溫度計(jì)的溫包也裝在ZT-F2之內(nèi)。測(cè)得數(shù)據(jù)也可以通過(guò)Pt100電阻器供動(dòng)圈式指針表指示或通過(guò)模擬輸出作數(shù)碼顯示，見圖3。

圖3 測(cè)溫原理方框圖

3 實(shí)際效果

為了解該溫度計(jì)測(cè)量準(zhǔn)確度，采用了以下溫升法校驗(yàn)溫度計(jì)，模擬試驗(yàn)條件：

（1）準(zhǔn)備一個(gè)油槽，控制好油槽中油的流動(dòng)，速度 ＜ 0.5 m/s。

（2）將該溫度計(jì)座安放到油槽中。

（3）溫度計(jì)座內(nèi)充油到高度的2/3。

（4）將ZT-F2插入溫度計(jì)座。

（5）將Pt100連接到端子3+4（或者選5+6）也可以連接4～20 mA輸出。插入指針式溫度計(jì)，直到止檔（約175 mm）。

（6）油槽溫度不得超過(guò)30℃，否則通過(guò)雙螺母散發(fā)的熱量將破壞變壓器的條件。

（7）傳感器感受油槽溫度至少持續(xù)30 s。

（8）達(dá)到躍升溫度的一個(gè)測(cè)量循環(huán)至少需時(shí)45s。

在實(shí)際投入運(yùn)行中，帶一定負(fù)荷時(shí)一段時(shí)間后，運(yùn)行人員通過(guò)用FLUKE紅外測(cè)溫儀實(shí)測(cè)溫度，以及冷卻器油溫對(duì)比油面溫度控制器，其溫度相差不大，考慮部位誤差，以及模擬溫升試驗(yàn)數(shù)據(jù)，我們可以斷定該溫度計(jì)用于變壓器非常合適。

4 結(jié)束語(yǔ)

鑒于500 kV電壓等級(jí)變壓器在電力系統(tǒng)中的重要性，溫度的變化對(duì)變壓器產(chǎn)生的影響很大。故溫度的監(jiān)測(cè)對(duì)變壓器的安全穩(wěn)定運(yùn)行具有重要的影響。瀑布溝水電站自投運(yùn)以來(lái)，繞組及油面溫度計(jì)運(yùn)行良好，未發(fā)生誤報(bào)警現(xiàn)象，對(duì)變壓器的穩(wěn)定運(yùn)行起到了重要作用。

TP212.11

B

1672-5387（2010）06-0033-03

2010-10-08

嚴(yán)映峰（1968-），男，副廠長(zhǎng)，從事水電廠生產(chǎn)管理工作。