李波 李宇飛

黑河電業(yè)局 黑龍江黑河 164300

如何減小變壓器測溫裝置兩表差

李波 李宇飛

黑河電業(yè)局 黑龍江黑河 164300

油浸式變壓器在運(yùn)行過程中會(huì)出現(xiàn)油溫升高的現(xiàn)象，測溫裝置可以警示運(yùn)行人員及早發(fā)現(xiàn)，及時(shí)排除故障，減小就地指針溫度計(jì)指示值和遠(yuǎn)方顯示值的差值對(duì)保障變壓器安全穩(wěn)定運(yùn)行至關(guān)重要。

變壓器；兩表差；誤差

前言

在日常運(yùn)行維護(hù)工作中，常常會(huì)出現(xiàn)指針溫度計(jì)與遠(yuǎn)方顯示裝置數(shù)值不一致的現(xiàn)象，存在較大偏差，容易給運(yùn)行人員造成誤判斷。隨著變電站自動(dòng)化改造，變電所“無人值守”或“少人值守”方式的推廣，變壓器測溫裝置的準(zhǔn)確可靠，減小就地指針溫度計(jì)指示值和遠(yuǎn)方顯示值的差值尤為重要。

1、測溫裝置的結(jié)構(gòu)及工作原理

油浸式變壓器測溫系統(tǒng)由就地指針溫度計(jì)和遠(yuǎn)方顯示裝置所組成，指針溫度計(jì)用于就地示值讀數(shù)，遠(yuǎn)方顯示裝置僅用于對(duì)指針指示值的遠(yuǎn)方讀數(shù)，下面分別對(duì)這兩部分的結(jié)構(gòu)原理進(jìn)行論述：

1.1 就地指針溫度計(jì)

就地指針溫度計(jì)為壓力式溫度計(jì)，是根據(jù)液體的膨脹定律設(shè)計(jì)的。主要由感溫元件（溫包）、壓力遠(yuǎn)傳管道（毛細(xì)管）和彈性元件三大部分組成，在這三個(gè)部分組成的密閉系統(tǒng)中，填充一定量的感溫介質(zhì)，這種感溫介質(zhì)的受熱溫度和它的飽和蒸汽壓力之間，存在著規(guī)律的對(duì)應(yīng)關(guān)系。一定質(zhì)量的液體，在體積不變的條件下，其壓力和溫度之間的關(guān)系為（1-1）：

其中式中：Pt—液體在溫度t時(shí)的壓力；Pt0—液體在溫度t0時(shí)的壓力；a—液體的體膨脹系數(shù)；γ—液體的壓縮系數(shù)。

由上式可以看出，當(dāng)封閉系統(tǒng)的容積不變時(shí)，液體的壓力與溫度之間呈一定的函數(shù)關(guān)系。測溫時(shí)，溫包置于被測介質(zhì)中，溫包內(nèi)的感溫物質(zhì)因溫度升高，其體積膨脹，壓力增大，從而使彈性元件變形，借助齒輪或杠桿傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，由指針指示出相應(yīng)的溫度值。

由此可見，溫包、毛細(xì)管和彈性元件是溫度計(jì)的三個(gè)主要部分，儀表的質(zhì)量和準(zhǔn)確性與這三個(gè)部分密切相關(guān)。溫包是通過直接與被測介質(zhì)相接觸來感受溫度變化的，要求它具有一定的強(qiáng)度，有較低的膨脹系數(shù)、較高的熱導(dǎo)率及一定的抗腐蝕性能。毛細(xì)管主要用來傳遞壓力變化的，如果毛細(xì)管細(xì)而長，傳遞壓力時(shí)的滯后現(xiàn)象嚴(yán)重，溫度計(jì)的響應(yīng)速度就變慢。但是，在長度相等的條件下，毛細(xì)管越細(xì)，儀表的準(zhǔn)確度越高。

我局變壓器現(xiàn)安裝的指針溫度計(jì)大多為WTZK-02型壓力式溫度指示控制器，其結(jié)構(gòu)圖如圖一所示，該型號(hào)儀表毛細(xì)管長度為12米。溫包尺寸為Φ14×150，公稱壓力為1.6MPa，最小插入深度為150毫米，最大插入深度為260毫米，安裝螺紋為M27×2。

1.2 遠(yuǎn)方顯示裝置

遠(yuǎn)方顯示裝置有測溫元件、連接電纜和顯示器等組成。

測溫元件又稱工業(yè)熱電阻，測溫?zé)崦綦娮?、引線和絕緣瓷管組成熱電阻，把熱電阻放進(jìn)金屬保護(hù)管中，配以接線盒，構(gòu)成工業(yè)熱電阻。工業(yè)熱電阻測量溫度的原理，是基于金屬導(dǎo)體的電阻值隨溫度變化而變化。工業(yè)熱電阻有鉑熱電阻和銅熱電阻，我國參照國際電工委員會(huì)標(biāo)準(zhǔn)采用了Pt10、Pt100、Cu50和Cu100四種分度號(hào)的熱電阻，變電站大多采用Pt100的鉑熱電阻，其0℃的標(biāo)稱電阻值為100Ω，測量范圍在0～850℃，其鉑熱電阻電阻值與溫度之間的函數(shù)關(guān)系為：

其中式中：WIt—熱電阻電阻比值；Rt—在溫度t時(shí)的電阻值；

R0—標(biāo)稱電阻值，Pt100的鉑熱電阻為100Ω；

根據(jù)上述函數(shù)關(guān)系形成的相應(yīng)的溫度/電阻表（以Pt100鉑熱電阻0到100℃為例）：

℃ 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 Ω 100 103.90 107.79 111.67 115.54 119.40 123.24 127.08 130.90 134.71 138.51

顯示器多為數(shù)顯溫度調(diào)節(jié)儀，其工作原理為當(dāng)采用熱電阻為傳感器時(shí)，熱電阻隨溫度變化，其電阻值變化量經(jīng)橋路變化成直流信號(hào)，再由非線性電路校正后放大經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換、計(jì)數(shù)、顯示，實(shí)現(xiàn)溫度的測量，工作原理圖見圖二。

圖二中Rt為測溫?zé)犭娮?，通常選用Pt100鉑熱電阻或Cu50銅熱電阻（我局選用Pt100鉑熱電阻），它們的溫度與電阻值分度關(guān)系是非線性的，因此，必須經(jīng)非線性校正，即經(jīng)線性化處理和A/D轉(zhuǎn)換后，才能完成數(shù)字式溫度測量。

工業(yè)熱電阻經(jīng)電纜(三芯)與數(shù)顯溫度調(diào)節(jié)儀連接，就構(gòu)成遠(yuǎn)方測溫裝置，其接線圖見上圖三。

2、問題存在的原因

2.1 指針溫度計(jì)、工業(yè)熱電阻和數(shù)顯溫度調(diào)節(jié)儀在檢定合格的情況下自身存在誤差，尤其是指針溫度計(jì)精度等級(jí)低（多為1.5級(jí)及以下），存在接點(diǎn)動(dòng)作誤差和切換差。

2.2 由于安裝工藝原因，熱電阻保護(hù)管腐蝕、進(jìn)水或存在其他雜質(zhì)，電阻值增大，測量不準(zhǔn)確；指針溫度計(jì)溫包等安裝位置不當(dāng)，毛細(xì)管不平整等產(chǎn)生的測量誤差。

2.3 接線回路存在誤差，電纜芯線阻值不同；電纜線與接線端子接觸不良，存在接觸電阻；均會(huì)造成測量不準(zhǔn)確。

2.4 指針溫度計(jì)的溫包與遠(yuǎn)方顯示裝置的熱電阻安裝的位置不同，會(huì)產(chǎn)生測量值的不同。

2.5 測溫裝置量程選擇不正確，產(chǎn)生的讀數(shù)誤差。

2.6 環(huán)境溫度的影響，盛夏陽光直射條件下指針溫度計(jì)表殼內(nèi)溫度會(huì)高達(dá)60℃，嚴(yán)冬時(shí)節(jié)溫度會(huì)在低至-30℃條件下運(yùn)行，這種由于環(huán)境溫度的變化引起的誤差，致使兩表偏差較大。

(）(）

以上多種原因形成的綜合誤差，使指針溫度計(jì)與遠(yuǎn)方顯示裝置數(shù)值得偏差嚴(yán)重。DL/T572《電力變壓器運(yùn)行規(guī)程》中要求“兩表偏差≤5℃”，為了滿足這項(xiàng)考核指標(biāo)，需要采取有效措施解決兩表偏差嚴(yán)重的問題。

3、采取的措施

3.1 采用現(xiàn)場校準(zhǔn)的方式。由于實(shí)驗(yàn)室與現(xiàn)場使用條件不一致，在實(shí)驗(yàn)室檢定合格的測溫裝置不表示此裝置在現(xiàn)場使用狀況合格，只有通過現(xiàn)場校準(zhǔn)，才能有效消除兩表偏差。

3.2 對(duì)三線制熱電阻，由于使用時(shí)被測電阻不包括內(nèi)引線電阻，因此在測定電阻值時(shí)，須采用兩次測量方法，以消除引線電阻的影響。

3.3 正確安裝測溫裝置各部分，消除由于安裝工藝原因造成的誤差：

3.3.1 指針溫度計(jì)的溫包與遠(yuǎn)方顯示裝置的熱電阻安放位置艙內(nèi)注油，消除空氣介質(zhì)隔絕，確保溫度同變壓器本體溫度一致；

3.3.2 溫包與熱電阻安裝應(yīng)全部浸入被測介質(zhì)中，以減小導(dǎo)熱誤差；

3.3.3 指針溫度計(jì)毛細(xì)管的敷設(shè)應(yīng)盡量減少彎曲，如需彎曲安裝時(shí)的彎曲半徑不應(yīng)小于50毫米，且每隔300毫米就有相應(yīng)的固定，避免毛細(xì)管折損、漏氣和壓力傳輸不暢引起的誤差；

3.3.4 指針溫度計(jì)的溫包與遠(yuǎn)方顯示裝置的熱電阻安裝時(shí)必須平整，均勻緊固螺絲，并應(yīng)做好密封；

3.3 .5 測溫裝置安裝應(yīng)在干燥天氣條件下快速進(jìn)行，以防潮濕空氣進(jìn)入儀表內(nèi)部。

3.4 電纜按規(guī)定型號(hào)配用（截面一般不小于1.0平方毫米），接線柱與電纜接觸完好，減小接觸電阻。

3.5 適當(dāng)選擇測溫裝置量程：

3.5.1 根據(jù)油浸變壓器A級(jí)絕緣耐溫上限為105℃的要求，當(dāng)變壓器運(yùn)行最高環(huán)境溫度為40℃時(shí)，變壓器油頂層最大溫升為55℃，變壓器繞組最熱點(diǎn)溫升不大于78℃的技術(shù)指標(biāo)，采用油溫計(jì)測量范圍為-20℃～140℃、繞組溫度計(jì)測量范圍為0℃～160℃比較合適。有三點(diǎn)好處：4mA～20mA模塊對(duì)應(yīng)160℃測量范圍，其對(duì)應(yīng)最小分辨率為0.mA/℃；統(tǒng)一160℃測量范圍有利于降低遠(yuǎn)方測溫裝置備品采購成本；提升指針溫度計(jì)校準(zhǔn)質(zhì)量。

3.5.2 指針溫度計(jì)工作區(qū)域應(yīng)選擇在量程的1/2～3/4處，有利于機(jī)械儀表延長使用壽命，減少指針溫度計(jì)故障率的發(fā)生。

小結(jié)

測溫裝置的讀數(shù)準(zhǔn)確，可以為分析、判斷變壓器狀態(tài)、性能提供依據(jù)，直接關(guān)系到變壓器的安全穩(wěn)定運(yùn)行，其周期檢驗(yàn)及檢修同與其連接的主要設(shè)備大修日期一致。所以，在高壓設(shè)備狀態(tài)檢修的背景下，測溫裝置完好可靠程度十分重要。

[1]安裝使用說明書.杭州溫度表廠

[2]黃力仁.溫度表.中國電力出版社，1993年

[3]Q/GDW 4401-2010，油浸式變壓器測溫裝置現(xiàn)場校準(zhǔn)規(guī)范.國家電網(wǎng)公司，2010年

李 波：女，1971年7月28日生，黑河電業(yè)局，工程師。

李宇飛：男，1969年7月24日生，黑河電業(yè)局，工程師。