配電變壓器自動溫升試驗技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀探討

周忠杰，周躍剛，張煜烽

河南省高壓電器研究所有限公司，河南 平頂山 467000

0 引言

溫升試驗作為變壓器試驗中型式試驗的一種，對考驗變壓器使用時長與穩(wěn)定性起到重要作用，同時也可驗證變壓器設(shè)計結(jié)構(gòu)和冷卻系統(tǒng)的合理性，是驗證其安全性能的重要標準之一。截止到目前為止，對于溫升試驗自動控制技術(shù)區(qū)塊的研究較少，主要聚集在不確定性計算以及工藝設(shè)計層面之上。因此制定一種針對配電變壓器溫升試驗的自動控制技術(shù)。在整個溫升過程的各個環(huán)節(jié)中，都能實現(xiàn)自動控制變的尤為重要。本文中提出的試驗方法，論證了此技術(shù)能實現(xiàn)整個試驗只需一次接線，最大限度減低人為的干預(yù)與人力資源的投入，大大提高了試驗的準確性、試驗效率以及安全性。

1 配電變壓器溫升試驗自動控制的意義和設(shè)計應(yīng)用

1.1 溫升試驗自動控制的意義

自動溫升試驗系統(tǒng)在生產(chǎn)方面可以大幅度的提高生產(chǎn)效率，符合了企業(yè)發(fā)展的實際需要，能有效提升變壓器生產(chǎn)企業(yè)試驗設(shè)備的水準[1]。自動控制下的溫升試驗，利用繞組溫升計算程序設(shè)計，實現(xiàn)了高效的變壓器溫升試驗。試驗中均能完成空載與負載情況下的自動測試與控制。通過與傳統(tǒng)的人工試驗相對比，自動控制下的溫升試驗系統(tǒng)具有更高的精準性、便捷性和可靠性。

1.2 溫升試驗硬件電路設(shè)計與探究

溫升試驗自動控制系統(tǒng)區(qū)別于傳統(tǒng)人工操作系統(tǒng)，在處理效率、控制精準度方面展現(xiàn)出了明顯優(yōu)勢，能確保試驗結(jié)果的準確性，摒棄人為因素的干預(yù)。想要實現(xiàn)性價比較高的自動溫升試驗系統(tǒng)，單片機所選擇的地址鎖存與多路選擇器十分重要。同時選對暫存器和多路開關(guān)，也可大大提升變壓器的自動溫升試驗系統(tǒng)的性能。

1.3 溫升試驗軟件設(shè)計和實際論證

電腦的軟件部分，由上位機程序和下位機程序兩個部分構(gòu)成。上位機程序主要由高等級語言的開發(fā)與電源調(diào)整子程序等部門構(gòu)成。下位機程序主要由電流與溫度采樣間隔時間等數(shù)據(jù)構(gòu)成，更注重對其分析出的數(shù)據(jù)參數(shù)和結(jié)果進行判定。采集ADC轉(zhuǎn)換結(jié)果是由外部中斷服務(wù)器負責，通道計數(shù)器用來決定存儲地址，當數(shù)據(jù)進行存儲之后，就會返回到主程序之中。在實驗開發(fā)的初期階段，該系統(tǒng)研究為保證論證技術(shù)的穩(wěn)定性與精準性，在相關(guān)集團公司進行了現(xiàn)場試驗（圖1），試驗結(jié)果證實了溫升試驗的數(shù)據(jù)測量，相較于傳統(tǒng)人工的準確性并不遜色，對于變壓器的溫升試驗，自動控制的要求足以到達預(yù)期效果，可滿足企業(yè)日漸增長的市場需要。試驗表明溫升試驗的自動控制，雖填補了傳統(tǒng)試驗方法的諸多不足，可存在的問題仍有很多，專業(yè)的技術(shù)工作者需要進一步探究精確測量的方法，控制運行中的精準度。

圖1 溫升自動測量系統(tǒng)接線現(xiàn)場

2 配電變壓器溫升試驗概述

2.1 溫升試驗的兩個準則

基于GB 7251.1—2013的標準執(zhí)行，開展溫升試驗技術(shù)，通過“0.2溫升極限”明確了溫升試驗的兩大準則[2]。

（1）每種類型的電路，安裝在成套的設(shè)備內(nèi)，都應(yīng)可以承載其額定電流。為消除相近電路，承載電流時導(dǎo)致的所有熱效應(yīng)，應(yīng)在成套設(shè)備的電路連接方式中預(yù)先做好考量。

（2）在進線電路承載其額定電流時，成套設(shè)備作為一個整體，在進線時應(yīng)不會過熱。承載進線電路達到巔峰階段時，出線電路的任意組合，可以同時并持續(xù)承載其額定電流，與成套設(shè)備的額定分散系數(shù)做乘法。（分散系數(shù)的界說：）分散系數(shù)值通常由該設(shè)備的制造商提供，依照成套設(shè)備發(fā)熱過程中的互相影響，得出成套設(shè)備出線電路，能夠持續(xù)并同時承載的額定電流的PU，通常分散系數(shù)取0.8或者0.9。

2.2 干式配電變壓器溫升試驗

基于GB/T1094.11-2022的標準執(zhí)行，開展干式配電變壓器溫升試驗?？蛰d試驗中，為測量鐵芯與高低測壓繞組溫度，將額定電壓施加在變壓器低壓側(cè)。測量鐵芯和繞組的溫度變化，當變化率小于1K/H，同時最少能維持3H時，空載溫升試驗可以宣告成功，同時記錄并測量斷電時，瞬間的2個繞組的電阻值；負載試驗中，為測量鐵芯與高低壓繞組溫度，變壓器低壓側(cè)短路，將額定電壓施加在高壓側(cè)。測量鐵芯和繞組的溫度變化，當變化率小于1K/H，同時最少能維持3H時，負載的溫升試驗可以宣告成功[3]。

依照上述兩種試驗接線方法下，各自測試結(jié)果的高低側(cè)繞組溫升，利用修正公式的計算方法得到干式配電變壓器的最終溫升數(shù)據(jù)。

2.3 油浸式配電變壓器溫升試驗

開展油浸式配電變壓器溫升試驗。第一階段——施加總損耗，要檢測頂層液體溫升與液體平均溫升，需要施加對應(yīng)于變壓器最大總損耗的試驗電流。試驗進行到液體的溫升穩(wěn)定時，可以檢測頂層液體與冷卻介質(zhì)的溫度。測量兩者的溫度變化，當變化率小于1K/H，同時最少能維持3K時，第一階段試驗可以結(jié)束。不同的記錄裝置需要讀取的試驗結(jié)果也有不同，相隔30min記錄離散的溫度值，需要采用最后1h內(nèi)讀數(shù)的平均值，如若使用自動連續(xù)記錄裝置，需要采用最后1h內(nèi)的平均值；第二階段施加額定電流[4]。當?shù)谝浑A段試驗溫升測定后，需要即刻將試驗電流降至額定電流繼續(xù)進行第二部分試驗。在此階段的1h內(nèi)，應(yīng)至少每5min記錄一次頂層液體、繞組熱點、外部冷卻介質(zhì)的溫度。第二階段一小時試驗結(jié)束時，需要以最快的速度切斷電源、斷開短路接線，記錄2個繞組的熱態(tài)電阻。

3 溫升自動控制技術(shù)誤差分析與應(yīng)用

與溫升試驗實際情況相結(jié)合，將硬件儀器自身導(dǎo)致的測量誤差排除，冷電阻和熱電阻所帶來的誤差，是配變溫升自動測量系統(tǒng)的主要因素。表1所示為 溫升測量系統(tǒng)與傳統(tǒng)溫升試驗的高壓低壓繞組值對比。表2所示為溫升自動測量系統(tǒng)與傳統(tǒng)溫升試驗項目參數(shù)對比。

表1 溫升測量系統(tǒng)與傳統(tǒng)溫升試驗的高壓低壓繞組值對比

表2 溫升自動測量系統(tǒng)與傳統(tǒng)溫升試驗項目參數(shù)對比

直流電阻測試儀的測試線夾端子是否可靠接觸了變壓器端子，是熱電阻測量誤差的主要來源，如果試驗中端子虛接或者誤觸將會導(dǎo)致直阻儀不能充電測量以及測試出的電阻值數(shù)據(jù)存在誤差。[5]另一個影響試驗成功率的因素是，直阻儀的通信接口與工控機是否可靠連接，如依然存在虛接或者誤觸的情況，即試驗結(jié)果也易出現(xiàn)誤差。

冷態(tài)環(huán)境下的油頂層溫度的正確與否，是冷電阻測量誤差的主要因素，已有繞組電阻和溫度計算公式表明（如公式1所示）。

公式內(nèi)：K是電阻溫度常數(shù)，銅線時取234，R1是冷態(tài)電阻，T1是冷態(tài)溫度；R2是熱態(tài)電阻，T2是熱態(tài)溫度。

利用公式（2）中的T2'-T2，計算出熱態(tài)溫度誤差（如公式3所示）

出于對企業(yè)配電變壓器制造成本的節(jié)約，在配電變壓器溫升階段，繞組平均溫升將稍微小于常規(guī)臨界值65K。本實驗中將繞組平均溫升定為60K，熱態(tài)溫度t2為t1+60℃，將公式（1）以及公式（3）帶入其中，計算出熱態(tài)溫度誤差和冷態(tài)溫度誤差，之比為(T1+294)/(T1+234)。經(jīng)上述公式論證分析得出，熱態(tài)溫度誤差的大小，取決于冷態(tài)溫度是否處于低溫狀態(tài)。例如T1處于20℃，冷態(tài)溫度測量誤差為1℃的情況下，計算得出熱態(tài)溫度誤差為1.23℃。由此可證，冷態(tài)環(huán)境下油頂層溫度的測量精準度，是影響冷電阻測量過程結(jié)果的重要因素之一，導(dǎo)致原本使用正常的溫升結(jié)果變?yōu)椴徽！?/p>

由此可證，想要實現(xiàn)配電變壓器溫升試驗的自動控制、測量和計算，能充分應(yīng)用到實際工作中。引進先進設(shè)備的同時，需要制定具有準確性高的溫升試驗技術(shù)方案同樣重要。

4 結(jié)語

綜上所述，從配電變壓器的整體發(fā)展角度出發(fā)，試驗技術(shù)水平越高，對變壓器行業(yè)的發(fā)展越有利。將先進的計算機控制技術(shù)融入配電變壓器溫升試驗，與傳統(tǒng)溫升試驗流程相結(jié)合，就可以實現(xiàn)集檢測、運算以及自動控制的溫升試驗系統(tǒng)。與傳統(tǒng)人工模式進行對比，采用自動控制技術(shù)的溫升試驗系統(tǒng)，可以大大減少人為因素的干擾，在提升工作效率以及試驗準確性的同時，還節(jié)約了大量的人工成本，為以后的實際應(yīng)用奠定了堅實的基礎(chǔ)。