變壓器溫度測(cè)量及異常檢查處理方法分析

摘 要：電力變壓器是電力系統(tǒng)的重要設(shè)備之一，其運(yùn)行狀況對(duì)電力系統(tǒng)安全可靠運(yùn)行關(guān)系極大。變壓器的絕緣老化，其主要因素是溫度、濕度和油中劣化的分解物質(zhì)等方面，其中對(duì)于帶負(fù)載的變壓器，其溫度的作用尤為突出。絕緣的工作溫度越高，其化學(xué)反應(yīng)的速度越快，絕緣的機(jī)械強(qiáng)度和電氣強(qiáng)度則喪失得越快，所以溫度是導(dǎo)致變壓器老化的決定性因素，對(duì)變壓器的溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、采集、分析及檢查處理，使溫度維持在一定的范圍內(nèi)，對(duì)保證變壓器正常運(yùn)行有重要的意義。

關(guān)鍵詞：變壓器；溫度；原理；檢查處理

中圖分類號(hào)：TM40 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-8937（2014）27-0107-01

1 變壓器的散熱原理

油浸式變壓器帶上負(fù)載后，在它的鐵芯、線圈中就產(chǎn)生損耗。這些損耗轉(zhuǎn)化為熱，發(fā)出熱量，溫度逐漸升高，熱量傳遞至其表面，由于線圈和鐵芯浸沒在溫度較低的變壓器油中，加熱后的線圈與作為冷卻介質(zhì)的變壓器油之間存在的溫差，使得一部分熱量得以傳遞給繞組周圍的冷卻介質(zhì)，從而使鄰近繞組的介質(zhì)溫度升高。而繞組底部的變壓器油仍然維持著較低溫度，使得變壓器油在熱虹吸效應(yīng)下，形成油流循環(huán)，將熱量源源不斷地傳送到變壓器外部的散熱器。當(dāng)油流循環(huán)趨于穩(wěn)定后，線圈和鐵芯等部件的溫度不再升高，其產(chǎn)生的熱量全部經(jīng)由作為冷卻介質(zhì)的油流傳遞到周圍環(huán)境中。至此，變壓器內(nèi)部產(chǎn)熱散熱達(dá)到平衡。

熱平衡狀態(tài)下，變壓器內(nèi)部熱流路徑可以分為以下幾個(gè)階段：

①從繞組或鐵芯的內(nèi)部流至其外表面，熱量主要靠導(dǎo)熱形式散發(fā)。

②從繞組或鐵芯表面流至變壓器油中，再到油箱壁，熱量主要靠對(duì)流的形式散發(fā)。

③當(dāng)線圈、鐵芯附件的油溫升高后，由于變壓器油的密度與溫度成反比，溫度較高時(shí)其密度較小，因此溫度較高的熱油在熱浮力的作用下向上流動(dòng)，遇到溫度較低的油箱壁面后，傳遞一部分熱量給油箱壁，溫度降低的油密度變大，在重力作用下，順著油箱壁面朝下流動(dòng)，重新流入繞組底部，至此，在變壓器內(nèi)部形成封閉的油流循環(huán)，油流循環(huán)的作用不僅僅使得變壓器內(nèi)部各部分溫度更均勻，同時(shí)也抬升了變壓器油箱內(nèi)的整體油溫。對(duì)于一般的自冷式變壓器，油箱的頂層油溫一般比平均油溫高出20%左右。

④油箱壁和散熱管壁的溫度在熱油的對(duì)流換熱作用下逐漸升高，同時(shí)由于油箱壁和散熱器管壁也是熱的良導(dǎo)體，內(nèi)壁的熱量經(jīng)熱傳導(dǎo)的方式傳遞到外壁，其與周圍空氣的溫差使得熱量又經(jīng)對(duì)流和輻射的形式散發(fā)到周圍環(huán)境中。變壓器的散熱量可由公式（1）確定：

qt=C1·t■■qt=Q/F（1）

式中，qt為單位熱負(fù)荷；Q為變壓器的損耗；F變壓器的總散熱面積；C1與變壓器性本身參數(shù)有關(guān)的常數(shù)；ty為變壓器的溫升。

由此可見，變壓器內(nèi)部由各種損耗所產(chǎn)生的熱量，通過熱傳導(dǎo)、對(duì)流以及輻射的形式從內(nèi)部傳遞到變壓器外部環(huán)境中，熱流路徑是由變壓器內(nèi)部各部分的溫差決定的，熱流經(jīng)過之處均會(huì)產(chǎn)生溫差，而溫差的大小與變壓器內(nèi)部損耗和變壓器油的密度、粘滯度等物理性質(zhì)密切相關(guān)。所以，溫度這一參量對(duì)于變壓器可靠運(yùn)行至關(guān)重要。

2 變壓器溫度的測(cè)量原理及校驗(yàn)

2.1 油面溫度的測(cè)量原理

油面溫度表目前有幾種測(cè)溫方法，一種是使用壓力式表計(jì)，其結(jié)構(gòu)是由彈性元件、毛細(xì)管和溫包組成。溫包內(nèi)有感溫物質(zhì)，根據(jù)溫度不同，液體膨脹程度不一。當(dāng)溫度變化時(shí)，感溫物質(zhì)受溫度變化而產(chǎn)生壓力變化，使表計(jì)的彈性元件端部發(fā)生變化產(chǎn)生角位移來帶動(dòng)指針指示被測(cè)溫度值，并換算為溫度信號(hào)輸出至遠(yuǎn)方。常用信號(hào)類型有0～5 V電壓信號(hào)，4～20 mA電流信號(hào)等，這種測(cè)溫方式的應(yīng)用較多。另一種是利用熱電阻傳感器，熱電阻具有高溫度系數(shù)、高電阻率、化學(xué)、物理性能穩(wěn)定、良好的線性輸出等優(yōu)點(diǎn)，常用的熱電阻有PT100、PT1 000等，測(cè)量原理是把當(dāng)前熱電阻傳感器的電阻值轉(zhuǎn)換為容易測(cè)量的電壓值，再經(jīng)過后續(xù)A/D轉(zhuǎn)換電路和顯示而得到相應(yīng)的溫度值。

2.2 繞組溫度的測(cè)量原理

常見的繞組溫度表是一種采用熱模擬技術(shù)測(cè)量變壓器繞組最熱溫度的表計(jì)。所謂的熱模擬技術(shù)是在易測(cè)量的變壓器頂層油溫的基礎(chǔ)上再施加一個(gè)變壓器負(fù)荷電流變化的的附加溫升，由二者之和可得變壓器繞組的最熱點(diǎn)溫度。這種表計(jì)是在油面溫度表的基礎(chǔ)上再配備一臺(tái)電流匹配器和一個(gè)電熱元件，通過變壓器的電流互感器取出與負(fù)荷成正比的電流，經(jīng)電流匹配器調(diào)整后，通過安裝在彈性元件中的電熱元件，電熱元件產(chǎn)生熱量，使彈性元件的位移發(fā)生變化。此法原理簡(jiǎn)單，不足之處是其在現(xiàn)實(shí)運(yùn)用中誤差較大，獲得的數(shù)據(jù)與實(shí)際溫度不符。另一種方式是采用光纖內(nèi)埋測(cè)溫技術(shù)直接測(cè)量繞組溫度，即在繞組上直接埋設(shè)光纖傳感器，使用溫度測(cè)量?jī)x測(cè)量繞組溫度，其傳感器的探頭可實(shí)現(xiàn)真實(shí)、準(zhǔn)確測(cè)量“熱點(diǎn)”的溫度，具有直接、實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確的特點(diǎn)。不過，光纖光柵等溫度傳感器在變壓器內(nèi)測(cè)溫所遭受的復(fù)雜電磁環(huán)境，以及傳感器封裝以及安裝過程的特殊要求，傳感器的失效概率、信號(hào)的準(zhǔn)確采集轉(zhuǎn)換、傳輸，以及布置傳感器的經(jīng)濟(jì)成本，都是限制光纖溫度傳感器廣泛應(yīng)用于變壓器繞組熱點(diǎn)溫度測(cè)量的重要因素。

3 變壓器溫度測(cè)量異常檢查和處理

3.1 油面溫度測(cè)量異常的檢查和處理

①檢查變壓器上安裝表計(jì)溫包的感溫油槽是否油位過低，過低時(shí)則無法保證其熱傳導(dǎo)良好，溫度表無法正常指示溫度，如過低應(yīng)及時(shí)進(jìn)行變壓器油的補(bǔ)充。

②整個(gè)溫度表是一個(gè)密閉系統(tǒng)，若其中存有微小氣囊（即沒有完全充滿感溫液體），如毛細(xì)管損壞，則采用這種壓力式原理制造的油面溫度計(jì)就會(huì)產(chǎn)生誤差，甚至失效，需對(duì)整個(gè)表計(jì)進(jìn)行更換。

③檢查溫度表指針是否卡滯或跳躍的現(xiàn)象，若出現(xiàn)該現(xiàn)象可使用手指將指針輕微往順時(shí)針方向撥動(dòng)來判定是否接點(diǎn)粘連或者利用恒溫槽升溫檢測(cè)等方法處理。

④檢查溫度表輸出模塊（包括電壓、電流或電阻）是否損壞，若損壞則進(jìn)行修理更換。

⑤后臺(tái)測(cè)控裝置的溫度顯示是否發(fā)生問題，檢查后臺(tái)變送器是否與溫度表匹配，或者是變電站設(shè)計(jì)和基建調(diào)試時(shí)錯(cuò)誤，造成就地與遠(yuǎn)傳信號(hào)不對(duì)應(yīng)，遠(yuǎn)傳將無法正常監(jiān)測(cè)準(zhǔn)確的溫度。

⑥計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)是否顯示有誤，應(yīng)通知相關(guān)部門前往維護(hù)。

3.2 繞組溫度測(cè)量異常的檢查和處理

對(duì)于繞組溫度異常的檢查和處理，除了上述油面溫度異常的檢查處理內(nèi)容之外，還有以下幾點(diǎn)：

①匹配器的不適用導(dǎo)致不符合廠家的溫升試驗(yàn)結(jié)果，應(yīng)更換與溫度表匹配的匹配器。

②檢查內(nèi)部加熱元件是否損壞，若損壞應(yīng)進(jìn)行更換。

3.3 變壓器溫度異常時(shí)檢查處理的幾個(gè)方法

在排除了上述因表計(jì)測(cè)量問題導(dǎo)致的溫度指示異常前提下，再來說說如何針對(duì)變壓器溫度異常時(shí)的檢查和處理方法。

①檢查主變壓器是否過負(fù)荷。油溫升高是因長(zhǎng)期過負(fù)荷引起的，因此應(yīng)向調(diào)度部門匯報(bào)，要求減輕負(fù)荷。

檢查主變壓器運(yùn)行時(shí)的聲音是否正常，油溫是否在正常范圍內(nèi)，有無故障跡象。

②檢查冷卻設(shè)備運(yùn)行或變壓器室內(nèi)通風(fēng)情況是否正常，若運(yùn)行不正常，則應(yīng)采取相應(yīng)的處理措施。

③若在正常負(fù)荷、環(huán)境和冷卻器正常運(yùn)行方式下主變壓器油溫仍不斷升高，則可能是變壓器內(nèi)部有故障，應(yīng)及時(shí)向調(diào)度匯報(bào)并征得調(diào)度同意后，申請(qǐng)將變壓器退出運(yùn)行，并做好異常問題的記錄。

④判斷變壓器溫度升高，應(yīng)以現(xiàn)場(chǎng)指示、遠(yuǎn)方打印和模擬量告警為依據(jù)，并根據(jù)溫度、負(fù)荷曲線進(jìn)行綜合分析。若僅有告警，而打印和現(xiàn)場(chǎng)指示均正常，則可能是發(fā)信有誤或測(cè)溫裝置本身有誤。

4 結(jié) 語

大型油浸式電力變壓器，是輸配電網(wǎng)絡(luò)中的最昂貴設(shè)備之一。其在運(yùn)行過程中易遭受熱性、電性和機(jī)械性應(yīng)力以及其他應(yīng)力的共同作用，從而導(dǎo)致變壓器失效或故障，這些應(yīng)力使得變壓器的絕緣系統(tǒng)不斷漸進(jìn)老化。同時(shí)繞組線圈中的直流損耗和其它損耗，將在變壓器內(nèi)部積聚大量熱量，由于繞組自身結(jié)構(gòu)屬于非線性系統(tǒng)，各種損耗積聚的熱量以及散熱結(jié)構(gòu)上的可能缺陷，決定了其溫度分布并不均勻，繞組的局部過熱，將直接影響變壓器的壽命與安全運(yùn)行。因此，必須確保這些積聚的熱量能夠有效地傳遞到變壓器油中，并經(jīng)由變壓器油帶走。所以，對(duì)變壓器的溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、采集，并對(duì)主變油溫、繞溫、油位以及在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)進(jìn)行趨勢(shì)分析，同時(shí)對(duì)專業(yè)巡維檢查后的結(jié)果進(jìn)行縱向和橫向的分析，及時(shí)做好異常的檢查處理，使溫度維持在規(guī)定的范圍內(nèi)，對(duì)保障變壓器的使用壽命有著重要的意義。

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