變壓器溫度測量及異常檢查處理方法分析

李毅

摘 要：電力變壓器是電力系統(tǒng)的重要設(shè)備之一，其運行狀況對電力系統(tǒng)安全可靠運行關(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，絕緣的機械強度和電氣強度則喪失得越快，所以溫度是導(dǎo)致變壓器老化的決定性因素，對變壓器的溫度進(jìn)行實時監(jiān)測、采集、分析及檢查處理，使溫度維持在一定的范圍內(nèi)，對保證變壓器正常運行有重要的意義。

關(guān)鍵詞：變壓器；溫度；原理；檢查處理

中圖分類號：TM40 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：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，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，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，同時也抬升了變壓器油箱內(nèi)的整體油溫。對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流換熱作用下逐漸升高，同時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，溫度這一參量對于變壓器可靠運行至關(guān)重要。

2 變壓器溫度的測量原理及校驗

2.1 油面溫度的測量原理

油面溫度表目前有幾種測溫方法，一種是使用壓力式表計，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，感溫物質(zhì)受溫度變化而產(chǎn)生壓力變化，使表計的彈性元件端部發(fā)生變化產(chǎn)生角位移來帶動指針指示被測溫度值，并換算為溫度信號輸出至遠(yuǎn)方。常用信號類型有0～5 V電壓信號，4～20 mA電流信號等，這種測溫方式的應(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，常用的熱電阻有PT100、PT1 000等，測量原理是把當(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 繞組溫度的測量原理

常見的繞組溫度表是一種采用熱模擬技術(shù)測量變壓器繞組最熱溫度的表計。所謂的熱模擬技術(shù)是在易測量的變壓器頂層油溫的基礎(chǔ)上再施加一個變壓器負(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溫度。這種表計是在油面溫度表的基礎(chǔ)上再配備一臺電流匹配器和一個電熱元件，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。此法原理簡單，不足之處是其在現(xiàn)實運用中誤差較大，獲得的數(shù)據(jù)與實際溫度不符。另一種方式是采用光纖內(nèi)埋測溫技術(shù)直接測量繞組溫度，即在繞組上直接埋設(shè)光纖傳感器，使用溫度測量儀測量繞組溫度，其傳感器的探頭可實現(xiàn)真實、準(zhǔn)確測量“熱點”的溫度，具有直接、實時、準(zhǔn)確的特點。不過，光纖光柵等溫度傳感器在變壓器內(nèi)測溫所遭受的復(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、信號的準(zhǔn)確采集轉(zhuǎn)換、傳輸，以及布置傳感器的經(jīng)濟成本，都是限制光纖溫度傳感器廣泛應(yīng)用于變壓器繞組熱點溫度測量的重要因素。

3 變壓器溫度測量異常檢查和處理

3.1 油面溫度測量異常的檢查和處理

①檢查變壓器上安裝表計溫包的感溫油槽是否油位過低，過低時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)及時進(jìn)行變壓器油的補充。

②整個溫度表是一個密閉系統(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就會產(chǎn)生誤差，甚至失效，需對整個表計進(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針方向撥動來判定是否接點粘連或者利用恒溫槽升溫檢測等方法處理。

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后臺測控裝置的溫度顯示是否發(fā)生問題，檢查后臺變送器是否與溫度表匹配，或者是變電站設(shè)計和基建調(diào)試時錯誤，造成就地與遠(yuǎn)傳信號不對應(yīng)，遠(yuǎn)傳將無法正常監(jiān)測準(zhǔn)確的溫度。

⑥計算機監(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 繞組溫度測量異常的檢查和處理

對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：

①匹配器的不適用導(dǎo)致不符合廠家的溫升試驗結(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 變壓器溫度異常時檢查處理的幾個方法

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

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

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

②檢查冷卻設(shè)備運行或變壓器室內(nèi)通風(fēng)情況是否正常，若運行不正常，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)及時向調(diào)度匯報并征得調(diào)度同意后，申請將變壓器退出運行，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)場指示均正常，則可能是發(fā)信有誤或測溫裝置本身有誤。

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。其在運行過程中易遭受熱性、電性和機械性應(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，對變壓器的溫度進(jìn)行實時監(jiān)測、采集，并對主變油溫、繞溫、油位以及在線監(jiān)測系統(tǒng)的數(shù)據(jù)進(jìn)行趨勢分析，同時對專業(yè)巡維檢查后的結(jié)果進(jìn)行縱向和橫向的分析，及時做好異常的檢查處理，使溫度維持在規(guī)定的范圍內(nèi)，對保障變壓器的使用壽命有著重要的意義。

參考文獻(xiàn)：

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