變壓器電阻式溫度計(jì)原理及故障處理

孫珂 姚曉君

摘? 要：文章以Pt100電阻溫度計(jì)為例，介紹了變壓器電阻式溫度計(jì)工作原理，并分析了電阻式溫度計(jì)的常見故障原因及處理方法。

關(guān)鍵詞：Pt100;電阻式溫度計(jì);故障處理

中圖分類號：TM772 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ? ?文章編號：2095-2945（2020）35-0091-02

Abstract： Taking Pt100 resistance thermometer as an example， this paper introduces the working principle of transformer resistance thermometer， and analyzes the common fault causes and treatment methods of resistance thermometer.

Keywords： Pt100; resistance thermometer; fault handling

1 概述

電力變壓器作為電力系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)電壓變換的關(guān)鍵設(shè)備，是電能輸配網(wǎng)絡(luò)的中樞節(jié)點(diǎn)，在電力系統(tǒng)中起著至關(guān)重要的作用。電力變壓器在運(yùn)行過程中，由于電流和交變磁通的作用，在繞組及鐵芯上產(chǎn)生損耗，這些損耗在變壓器內(nèi)積聚熱量使變壓器溫度升高。變壓器溫度過高會造成內(nèi)部絕緣老化速度加快，從而影響變壓器的使用壽命。為了保證變壓器的安全穩(wěn)定運(yùn)行，需安裝溫度計(jì)對變壓器內(nèi)部溫度進(jìn)行監(jiān)測。根據(jù)安裝位置的不同，變壓器溫度計(jì)可分為繞組溫度計(jì)及上層油溫溫度計(jì)。大型變壓器溫度計(jì)多使用壓力式溫度計(jì)，通過溫包、毛細(xì)管內(nèi)的壓力變化驅(qū)動溫度計(jì)表盤的指針轉(zhuǎn)動，實(shí)現(xiàn)變壓器溫度的指示。同時(shí)為了能夠遠(yuǎn)方監(jiān)測變壓器溫度，通常在溫度計(jì)內(nèi)配置電阻式溫度計(jì)。電阻式溫度計(jì)根據(jù)金屬電阻阻值隨溫度變化的特性來反映變壓器內(nèi)部溫度的變化，主要可分為銅電阻溫度計(jì)以及鉑（Pt）電阻溫度計(jì)。由于鉑（Pt）電阻溫度計(jì)具有精度高、穩(wěn)定性強(qiáng)、溫度適用范圍廣等優(yōu)點(diǎn)，大型電力變壓器多使用Pt100電阻溫度計(jì)。

2 Pt100電阻式溫度計(jì)工作原理

2.1 Pt100電阻原理

Pt100即標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻，100代表在0℃時(shí)阻值為100Ω。Pt100電阻值與溫度兩者計(jì)算公式如下：

式中，Rpt為Pt100在溫度T下的阻值，R0為0℃時(shí)的阻值，Pt100對應(yīng)溫度即為100Ω，A=3.9083×10-3，B=-5.775×10-7，C=-4.183×10-12。可以看出B、C數(shù)量級較A小很多，所以Pt電阻值與溫度呈現(xiàn)近似正比關(guān)系。在工程現(xiàn)場為了計(jì)算方便，通常查閱Pt100電阻溫度對照表快速得到指定溫度下對應(yīng)電阻值。

2.2 Pt100電阻接線方式

Pt100主要有兩線、三線、四線接線方式。

其中兩線式接線誤差最大，并且接線越長，線路阻值越大，測量偏差就越大。

四線式接線中內(nèi)側(cè)兩線接恒流源，外側(cè)兩線接測量儀表，由于測量儀表內(nèi)阻極大，外側(cè)兩線電流趨近于零，所以，外側(cè)兩線線路電阻對測量精度的影響可忽略不計(jì)。為提高Pt100電阻的測量精度，四線式接線外接恒流源電流不宜過小，電流通過Pt100產(chǎn)生熱量，如果不能及時(shí)傳導(dǎo)出去將會影響測量精度?，F(xiàn)場變壓器多為戶外變壓器，為了防止雨水滲漏變壓器溫度計(jì)座尺寸較小，不利于Pt100電阻熱量散發(fā)，如采用四線式接線將會在溫度計(jì)座內(nèi)制造一個(gè)比變壓器溫度高的熱點(diǎn)，使測量溫度不準(zhǔn)確。同時(shí)，恒流源電流通過主變端子箱端子排、溫度計(jì)表才能到達(dá)Pt100電阻，一旦出現(xiàn)接線斷線或接觸不良，將會造成接頭處發(fā)熱，不僅會導(dǎo)致溫度計(jì)無法正常工作，同時(shí)可能影響其他設(shè)備的運(yùn)行。綜上，四線式接線準(zhǔn)確度高，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜，對產(chǎn)品及施工質(zhì)量要求高，不利于現(xiàn)場復(fù)雜環(huán)境下的實(shí)現(xiàn)。

三線式接法不需要額外增加恒流源，能兼顧成本與測量精度的要求，因此在電力變壓器中應(yīng)用最廣泛。

2.3 Pt100溫度計(jì)接線原理

Pt100溫度測量系統(tǒng)主要有Pt100電阻以及溫度變送器組成，Pt100電阻與溫度變送器連接，經(jīng)過變送器轉(zhuǎn)換輸出電氣量信號。

電氣量信號可分為電流信號和電壓信號，溫度變送器電流信號的輸出量程主要分為0～20mA和4～20mA等，電壓信號輸出量程主要分為1～5V、0～10V、2～10V等。因?yàn)樽儔浩鞫俗酉湟话憔啾Ｗo(hù)室主變測控屏較遠(yuǎn)，線路電阻較大，如果采用電壓信號，線路分壓嚴(yán)重，測量精度大大降低，而電流信號不受傳送距離和線路電阻的影響，且電流信號抗干擾能力優(yōu)于電壓信號，因此往往選擇采用電流信號輸出。現(xiàn)場輸出電流信號量程一般選用4～20mA，如果采用0～20mA，則變送器靜態(tài)工作電流為零，變送器結(jié)構(gòu)將更加復(fù)雜，且不利于斷電斷線故障的判斷識別。4～20mA電流信號的傳送距離不得超過100m，否則精度將無法保證。如果溫度變送器距離主變測控屏距離超過100m，應(yīng)采用RS485通信信號進(jìn)行傳輸。

溫度變送器的溫度量程有-40～120℃、0～160℃等，溫度T與輸出電流I的關(guān)系如下：

以-40～120℃量程為例，I、T對應(yīng)于（4mA，-40℃）、（20mA，

120℃），可計(jì)算出α=10，β=-80。

3 電阻式溫度計(jì)故障處理

大型變壓器一般需要配置兩個(gè)上層油溫溫度計(jì)和一個(gè)繞組溫度計(jì)，檢查時(shí)兩個(gè)油溫溫度計(jì)指示應(yīng)一致，繞組溫度計(jì)指示應(yīng)不低于油溫溫度計(jì)。根據(jù)規(guī)定，變壓器溫度計(jì)遠(yuǎn)方與就地指示應(yīng)該基本一致，兩者偏差應(yīng)在5℃以內(nèi)。如發(fā)現(xiàn)變壓器溫度計(jì)指示不正確，應(yīng)該對該溫度計(jì)進(jìn)行檢修處理。根據(jù)故障的類型可以分為三種情況。

3.1 溫度計(jì)就地指示正常、遠(yuǎn)方指示錯(cuò)誤

變壓器溫度計(jì)遠(yuǎn)方指示錯(cuò)誤，可能的原因主要有后臺參數(shù)設(shè)置錯(cuò)誤、Pt100電阻或變送器故障、二次接線斷線或絕緣破損等。檢查時(shí)應(yīng)首先用鉗形電流表測量溫度變送器輸出電流值，判斷電流值與遠(yuǎn)方溫度顯示是否一致，如不一致應(yīng)根據(jù)式（2）進(jìn)行重新計(jì)算參數(shù)α、β，并在后臺機(jī)進(jìn)行修改，使溫度計(jì)就地遠(yuǎn)方指示達(dá)到一致。

如果輸出電流值與遠(yuǎn)方溫度顯示一致，則應(yīng)斷開溫度變送器電源，測量Pt100電阻，通過查閱電阻溫度對照表判斷Pt100電阻值與變送器輸出電流是否一致，如不一致，說明溫度變送器故障或設(shè)置不正確，應(yīng)更換變送器或根據(jù)說明書正確設(shè)置。部分溫度變送器輸出量程具有0～20mA、4～20mA兩個(gè)檔位，設(shè)置前觀察溫度變送器檔位是否與設(shè)計(jì)圖紙、后臺機(jī)參數(shù)相符合，如果不符合應(yīng)調(diào)整檔位。當(dāng)變送器輸出電流值有偏差時(shí)，應(yīng)對變送器進(jìn)行重新調(diào)零，根據(jù)電流偏差大小，按增大、減小鍵對輸出電流進(jìn)行微調(diào)，當(dāng)調(diào)零超出補(bǔ)償范圍時(shí)應(yīng)對變送器進(jìn)行更換。

最后判斷Pt100電阻值是否與當(dāng)前變壓器溫度一致，如果不一致，則Pt100電阻存在故障或二次接線斷線，應(yīng)更換Pt100電阻或重新接線。

3.2 溫度計(jì)就地指示錯(cuò)誤、遠(yuǎn)方指示正常

變壓器溫度計(jì)就地指示錯(cuò)誤，說明變壓器壓力式溫度計(jì)存在故障，應(yīng)檢查溫包有無破損，毛細(xì)管有無破損、死彎，毛細(xì)管彎曲半徑是否過小以及溫度計(jì)指針有無松動、損壞等。

3.3 溫度計(jì)就地、遠(yuǎn)方指示一致但與實(shí)際不符

變壓器溫度計(jì)油溫指示不符合實(shí)際溫度，但就地、遠(yuǎn)方指示一致。這種情況，溫度計(jì)一般沒有損壞，應(yīng)重點(diǎn)檢查溫度計(jì)座，溫度計(jì)座應(yīng)密封良好，座內(nèi)變壓器油位正常，無進(jìn)水。

為避免以上問題，在安裝、檢修過程中，應(yīng)加強(qiáng)對施工工藝的重視，溫度計(jì)探頭與溫度計(jì)座之間密封墊材質(zhì)、尺寸應(yīng)選用合理、密封墊壓縮量應(yīng)符合要求，密封處應(yīng)涂防水膠密封，溫度計(jì)座上方應(yīng)安裝防雨擋板。

4 結(jié)束語

基于Pt100的電阻式溫度計(jì)具有結(jié)構(gòu)簡單、精確度高、穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)，在大型電力變壓器中得到了廣泛應(yīng)用。在運(yùn)行過程中，應(yīng)注意加強(qiáng)變壓器溫度計(jì)的檢查巡視，及時(shí)發(fā)現(xiàn)并消除存在的缺陷，保障變壓器的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

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