唐標(biāo)，李博，秦雄鵬，劉斯揚(yáng)，陳亮州

（1. 云南電網(wǎng)有限責(zé)任公司電力科學(xué)研究院，昆明 650217；2. 云南電力技術(shù)有限責(zé)任公司，昆明 650217； 3. 南方電網(wǎng)綜合能源(云南)有限責(zé)任公司，昆明 650000）

0 前言

在電力系統(tǒng)，壓力式溫度計(jì)主要應(yīng)用于測(cè)量變電站一次設(shè)備變壓器、電抗器的油溫，其溫度測(cè)量值是否準(zhǔn)確直接影響變電站一次設(shè)備的正常運(yùn)行。在2015年之前，國(guó)內(nèi)的很多計(jì)量機(jī)構(gòu)、工業(yè)生產(chǎn)單位和高校圍繞壓力式溫度計(jì)溫度測(cè)量不確定度、檢定方法及儀表結(jié)構(gòu)等方面進(jìn)行了大量的研究。然而，近年來(lái)由于新型的溫度傳感器和非接觸式紅外測(cè)溫技術(shù)在變電站的大量使用，對(duì)于壓力式溫度計(jì)的研究越來(lái)越少，對(duì)于現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境因素對(duì)其運(yùn)行可靠性的研究更是空白。2014年，云南電科院與昆明供電局在對(duì)500 kV草鋪?zhàn)兟ア?、Ⅱ回線路高壓電抗器振動(dòng)數(shù)據(jù)開(kāi)展現(xiàn)場(chǎng)采集時(shí)發(fā)現(xiàn)，振幅數(shù)據(jù)超過(guò)一定數(shù)值的高壓電抗器，安裝在該設(shè)備上的壓力式溫度計(jì)的指針擺動(dòng)幅度大大超過(guò)測(cè)量控制儀表對(duì)被測(cè)體的振動(dòng)要求（振動(dòng)對(duì)影響指針偏轉(zhuǎn)不大于2 ℃）。2015年3月云南電科院對(duì)德宏供電局500 kV德宏變電站熱工儀表進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)，共檢測(cè)壓力式溫度計(jì)26臺(tái)，其中9臺(tái)不合格，合格率僅為65.4%。不合格的9臺(tái)壓力式溫度計(jì)均安裝在振動(dòng)噪音較大的電抗器上。2015年至2019年，通過(guò)對(duì)云南地區(qū)5個(gè)供電局6個(gè)500 kV變電站的數(shù)據(jù)采集發(fā)現(xiàn)，部分變電站一次設(shè)備在運(yùn)行過(guò)程中噪音較大，安裝在其上面的壓力式溫度計(jì)指針擺動(dòng)明顯，不僅影響運(yùn)行人員日常監(jiān)控，甚至部分表計(jì)已損壞，出現(xiàn)前端和后臺(tái)溫度示值不一致的現(xiàn)象。針對(duì)這一情況，在國(guó)內(nèi)電網(wǎng)企業(yè)首次研究變電站一次設(shè)備在運(yùn)行過(guò)程中產(chǎn)生的振動(dòng)量對(duì)壓力式溫度計(jì)正常運(yùn)行的影響，能為后續(xù)壓力式溫度計(jì)正常運(yùn)行提供技術(shù)保障[1-10]。

1 變電站一次設(shè)備振動(dòng)產(chǎn)生的原因

變電站一次設(shè)備振動(dòng)量的直接表現(xiàn)，就是該設(shè)備在運(yùn)行過(guò)程中產(chǎn)生的噪音。變電站一次設(shè)備的噪聲是由本體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、選型布局、安裝、使用過(guò)程中，變電站一次設(shè)備本體及冷卻系統(tǒng)產(chǎn)生的不規(guī)則、間歇、連續(xù)或隨機(jī)引起的機(jī)械噪聲及空氣噪聲總和。具體來(lái)說(shuō)，變電站一次設(shè)備噪聲共有三個(gè)聲源，一是鐵心，二是繞組，三是冷卻器，即空載、負(fù)載和冷卻系統(tǒng)引起噪聲之和。鐵心產(chǎn)生噪聲原因是構(gòu)成鐵心硅鋼片交變磁場(chǎng)作用下，會(huì)發(fā)生微小變化即磁致伸縮，磁致伸縮使鐵心隨勵(lì)磁頻率變化做周期性振動(dòng)，鐵心磁致伸縮變形和繞組、油箱及磁屏蔽內(nèi)電磁力所引起。繞組產(chǎn)生振動(dòng)原因是電流繞組中產(chǎn)生電磁力，漏磁場(chǎng)也能使結(jié)構(gòu)件產(chǎn)生振動(dòng)。電磁噪聲產(chǎn)生原因是磁場(chǎng)誘發(fā)鐵心疊片沿縱向振動(dòng)產(chǎn)生噪聲，該振動(dòng)幅值與鐵心疊片中磁通密度及鐵心材質(zhì)磁性能有關(guān)，而與負(fù)載電流關(guān)系不大。通過(guò)相關(guān)資料的查閱發(fā)現(xiàn)，聲壓（p）的平方=聲強(qiáng)（I）×介質(zhì)密度（ρ）×聲速（C），分貝是聲強(qiáng)（I）的單位和振幅成正相關(guān)，分貝(I)=20 log（振幅）。因此，振幅越大變壓器或電抗器的發(fā)射聲功率就越大，直觀的反映就是變電站一次設(shè)備在運(yùn)行過(guò)程中產(chǎn)生的噪音越明顯。

2 變電站一次設(shè)備振動(dòng)數(shù)據(jù)采集

現(xiàn)場(chǎng)采集主要包括：主變和電抗器的振動(dòng)頻率、振幅進(jìn)行采集。通過(guò)振動(dòng)頻率數(shù)采對(duì)設(shè)備的振動(dòng)頻率進(jìn)行采集，發(fā)現(xiàn)主變和電抗器的振動(dòng)頻率與設(shè)備出廠額定頻率相符，主要頻率波段集中在（50～200） Hz，并無(wú)異常。由于變電站的振動(dòng)量與設(shè)備運(yùn)行過(guò)程中產(chǎn)生的噪音大小有關(guān)，根據(jù)這一規(guī)律，有針對(duì)性的對(duì)云南全省范圍內(nèi)變電站一次設(shè)備振動(dòng)噪音較大的5個(gè)供電局的6個(gè)500 kV變電站進(jìn)行振動(dòng)數(shù)據(jù)采集。利用手持式測(cè)振儀對(duì)一次設(shè)備振動(dòng)振幅進(jìn)行采集，得到運(yùn)行異常的壓力式溫度計(jì)數(shù)據(jù)如表1所示。

表1 壓力式溫度計(jì)運(yùn)行異常情況統(tǒng)計(jì)表

3 變電站一次設(shè)備振動(dòng)數(shù)據(jù)分析

通過(guò)對(duì)云南地區(qū)5個(gè)供電局的6個(gè)500 kV變電站，共計(jì)96塊壓力式溫度計(jì)進(jìn)行振動(dòng)量的數(shù)據(jù)采集工作，由圖1可以看出，在6個(gè)變電站中17.7%的壓力式溫度計(jì)受變電站一次設(shè)備運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生的振動(dòng)量影響而無(wú)法正常運(yùn)行甚至損壞。

圖1 本專項(xiàng)所采集壓力式溫度計(jì)運(yùn)行情況統(tǒng)計(jì)

通過(guò)對(duì)表1數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)后發(fā)現(xiàn)，在所有17組運(yùn)行異常的壓力式溫度計(jì)振幅數(shù)據(jù)中，運(yùn)行設(shè)備振幅在16 um以上時(shí)，壓力式溫度計(jì)運(yùn)行異常，安裝在該類設(shè)備上的壓力式溫度計(jì)無(wú)法正常工作。當(dāng)一次設(shè)備運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生的振動(dòng)振幅接近或超過(guò)20 um時(shí)，壓力式溫度計(jì)指針抖動(dòng)越明顯。通過(guò)數(shù)據(jù)分析，安裝在變電站內(nèi)振幅低于15 um以下的變壓器和電抗器上的壓力式溫度計(jì)運(yùn)行正常。這一結(jié)果，與這6個(gè)500 kV變電站歷次預(yù)試定檢不合格壓力式溫度計(jì)的安裝地點(diǎn)基本吻合。因此，通過(guò)對(duì)變電站一次設(shè)備振動(dòng)量的采集，有必要驗(yàn)證振幅≥16 um這一條件是否是影響壓力式溫度計(jì)正常工作的因素之一，對(duì)后續(xù)壓力式溫度計(jì)采取減振措施以保證其正常運(yùn)行提供理論依據(jù)。

4 實(shí)驗(yàn)室振動(dòng)型式試驗(yàn)驗(yàn)證

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)采集的數(shù)據(jù)，驗(yàn)證壓力式溫度計(jì)是否在≥16 um這一振幅值條件下無(wú)法正常工作，我們?cè)趯?shí)驗(yàn)室利用振動(dòng)機(jī)對(duì)變電站出現(xiàn)問(wèn)題最多的某型號(hào)壓力式溫度計(jì)其進(jìn)行模擬試驗(yàn)[1-3]。

根據(jù)GB/T17215.211-2006《交流電測(cè)量設(shè)備通用要求、試驗(yàn)和試驗(yàn)條件 第11部分:測(cè)量設(shè)備》的規(guī)定，在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行振動(dòng)試驗(yàn)時(shí)應(yīng)分別進(jìn)行不同頻率的振動(dòng)試驗(yàn)。具體如下：

當(dāng)f＜60 Hz，恒定振幅75 um進(jìn)行振動(dòng)型式試驗(yàn)；

當(dāng)f＞60 Hz，恒定加速度9.8 m/s2進(jìn)行振動(dòng)型式試驗(yàn)。

在振動(dòng)型式試驗(yàn)過(guò)程中，壓力式溫度計(jì)與振動(dòng)臺(tái)采用剛性連接進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。當(dāng)振動(dòng)頻率在（50～200） Hz，振幅超過(guò)16 um時(shí)，壓力式溫度計(jì)指針抖動(dòng)明顯，振幅越大，振動(dòng)越明顯。用熱工多功能校驗(yàn)儀對(duì)壓力式溫度計(jì)配套溫度變送器進(jìn)行溫度示值采集發(fā)現(xiàn)，由于壓力式溫度計(jì)的振動(dòng)使得溫度變送器輸出的電信號(hào)波動(dòng)較大，無(wú)法準(zhǔn)確測(cè)出溫度值。如表2所示。

表2 壓力式溫度計(jì)型式試驗(yàn)溫度值

通過(guò)對(duì)表2的分析可以看出，振幅值得不同，壓力式溫度計(jì)的運(yùn)行情況也不同。當(dāng)振幅超過(guò)16 um時(shí)，振幅越大，壓力式溫度計(jì)越無(wú)法正常工作。鑒于不同廠家的壓力式溫度計(jì)抗振動(dòng)量影響的能力不同，因此，當(dāng)現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行的一次設(shè)備振幅超過(guò)16 um時(shí)，為確認(rèn)安裝到該設(shè)備上的壓力式溫度計(jì)能夠正常工作，需要在實(shí)驗(yàn)室對(duì)壓力式溫度計(jì)進(jìn)行振動(dòng)量仿真實(shí)驗(yàn)。

5 結(jié)束語(yǔ)

以變電站一次設(shè)備運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生的振動(dòng)量為分析參數(shù)，通過(guò)采集云南地區(qū)6個(gè)500 kV變電站噪音較大的一次設(shè)備和配套安裝的壓力式溫度計(jì)的振動(dòng)數(shù)據(jù)，結(jié)合相關(guān)振動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)裝置和試驗(yàn)設(shè)備進(jìn)行研究，初步判斷產(chǎn)生影響壓力式溫度計(jì)正常工作的振幅值為≥16 um。目前國(guó)內(nèi)校驗(yàn)壓力式溫度表一般執(zhí)行國(guó)家計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)《JJG-2002壓力式溫度計(jì)檢定規(guī)程》，且國(guó)內(nèi)外都沒(méi)有相關(guān)的加入振動(dòng)幅值參量的校驗(yàn)裝置，使得安裝在變電站一次設(shè)備上的壓力式溫度計(jì)只能在出廠或第三方檢定時(shí)判斷其示值誤差是否合格，而無(wú)法確保在振動(dòng)條件下該類表計(jì)的工作性能，更無(wú)法評(píng)定該類表計(jì)能否滿足設(shè)備運(yùn)行要求。因此，有必要根據(jù)GB/T17215.211-2006《交流電測(cè)量設(shè)備通用要求、試驗(yàn)和試驗(yàn)條件 第11部分：測(cè)量設(shè)備》、GB/T2423.10-2008《電工電子產(chǎn)品環(huán)境試驗(yàn)第2部分試驗(yàn)方法試驗(yàn)FC:振動(dòng)（正弦）》的規(guī)定，對(duì)電力系統(tǒng)使用的壓力式溫度計(jì)加入振動(dòng)參量的實(shí)驗(yàn)室模擬，以便發(fā)現(xiàn)由于振動(dòng)量對(duì)壓力式溫度計(jì)帶來(lái)的影響，為電網(wǎng)的安全運(yùn)行提供保障。