变压器温控系统校验模拟装置的研究及应用

刘 贺 吴智影 陈子辉

（广东电网有限责任公司江门供电局，广东江门529000）

0 引言

电力变压器作为电力系统的重要设备之一，其内部温度异常上升能提示变压器内部故障的发生。因此对3路温度的监控能及时发现安全隐患，保证供电系统的安全可靠运行。同时变压器油箱能够起到及时散热的作用，因此对于变压器温控系统的检测成为设备维护及安全隐患发现的重要手段。

1 研究内容

1.1 目前存在的问题和风险

1.1.1 接线复杂

温度计温度探头的放置既要满足规程和说明书的要求，还要做到能在实验室或现场方便实现，这中间要求工作人员不断地摸索。此外，不同温度表的接线槽接线方法不一，有些还需要测量端和标准源的接入，这就导致整个接线可能复杂易错。

1.1.2 检定环节多

温度表的检定流程要先从外观绝缘开始，其后涉及指针读数、设定点开关报警、输出量测量、远端数显输出等一系列环节。这其中涉及的检定要求和操作细节繁多，不熟悉的话极易遗漏。

1.1.3 缺乏现场经验

变电站现场的温度表常安装于主变压器上，而且现场校验工作一般为在主变带电运行下进行，因此现场噪声大，有触电风险，且露天易受天气影响，所以难以进行现场教学研究。

1.1.4 绕组测温了解不足

为了保障变压器运行安全可靠，延长变压器使用寿命，测量变压器绕组的温度显得十分重要。因为大容量变压器顶层油温明显滞后于绕组油温，当变压器负荷快速增加时，由于热传递响应速度的原因，变压器顶层油温需经过数小时才能反映出绕组的工况变化。直接测量变压器绕组温度需要解决高电压隔离的世界级难题，目前，国内外绝大部分变电站均采用热模拟方法间接测量变压器绕组温度，因而学习和研究绕组测温的原理方式十分重要[1]。

1.2 解决思路

本项目提出研制一种变压器温控系统校验模拟装置，其用于作为变电站电测工作人员现场温度表和变送器校验工作的培训工具，便于电测工作人员对现场温度表、温度变送器外形结构及工作原理的学习，避免因操作失误导致无法获得准确的检测数据甚至导致设备损坏。

2 技术关键及技术方案

2.1 技术关键点

2.1.1 技术原理设计

变压器温控系统校验模拟装置模拟电力变压器油箱，配有油温表及变送器，安装方法依照现场变电站主变设备，在热量的产生、传递和检测上尽可能还原变电站主变设备。

本装置配备的交流电流源模拟经过调整后的加热电流在电热元件上产生的热量使弹性元件产生一个附加位移，从而产生一个比油温高一个温差的温度指示值，这个温差即模拟出来的变压器铜油温差，采用这种间接的方法可以得到绕组温度的平均指示值[2]。

2.1.2 模拟装置各部件的布置和连接

装置机身包括油温表（分体）、排油口、显示器、角座、加热装置、变压器油、油温表（一体）、进油口、绕组温度表、传感器、信号线。操作人员能够在一台机器上完成所有的校验操作。

2.1.3 电气系统设计及装置各部件选型

本装置配有两个油温表及其变送器，一个绕组温度表及其变送器，所有变送器配工作电源并共用一个电源。同时各部件也依照变电站主变设备选型，从而达到最佳的设计效果。

2.2 技术方案

本发明为一种变压器温控系统校验模拟装置，其用于作为电测工作人员现场温度表和变送器校验工作的培训工具，如图1所示，装置设置模拟电力变压器油箱，配有油温表及变送器，其安装方法极大地还原了现场变电站主变设备[3]。

如图1所示，机体由铁壳体构成，机身包括油温表（分体）、排油口、显示器、角座、加热装置、变压器油、油温表（一体）、进油口、绕组温度表、传感器、信号线。

模拟装置就是模拟电力变压器油箱，配有2个油温表及其变送器，分别是1个油温表及与其分开的变送器，1个油温表自带变送器；1个绕组温度表及其变送器，配可调0～1 A的交流电流源，以模拟铜油温差。所有变送器共用一个电源。3个温度表连接变送器后，再通过控制电缆接在显示器（一般数字显示器）上，分别显示在线数值。

该装置的3个温度表都可以把探头拔出来，3个温度表的接线端子也都可以拆开，这样可以对温度表进行校验；3个温度变送器（包括油温表自带的变送器）的接线可以拆开，这样可以对变送器进行校验；温度表连接变送器再通过控制电缆接在显示器（一般数字显示器）上，分别显示在线数值。该装置内部安装有可调温度的加热装置。

图1 装置设计图

2.3 使用方案

遵循计量规程JJG 310—2002《压力式温度计检定规程》，该装置在检定流程中的作用主要在于规程要求的除去外观和绝缘检查的检定部分，如图2所示。重复性检定只在首次检定要求且只是要求重复项目检定，因此不在图上标示。由此可以看出，该装置使用时主要是操作温控模块和电流源模块进行检定。

图2 装置使用流程图

回差是示值的升降差值，而切换差是设定点值的升降差值，因此4个检定项目示值误差、回差、设定点误差、切换差所要求的均是被测物体温度的改变，也即装置温度的控制。不同的是，示值误差和回差检定的是温度表的静态误差，设定点误差和切换差检定的是温度表的动态误差[4]。

温升特性也即铜油温差的检定，参考JB/T 8450—2016《变压器用绕组温控器》规程要求，温升特性需满足其要求。即在输入特定电流的情况下，示值温度需由顶层油温加上由此产生的铜油温差。而为产生准确的铜油温差，需要参考温度表说明书得出相对应的电流值，据此对输入电流进行分流来产生准确的温升。这部分的操作可在温控模块稳定的情况下控制电流源达到模拟额定输出，然后学习研究通过公式图标计算并操作分流模块来得到准确的温度示值。

3 主要技术经济指标

本发明能够为操作人员提供一种培训用的实体模拟装置，实现仿真性操作。通过装置的应用，使电测班操作人员充分掌握温度表、温度变送器的实体结构及工作原理，提高其技术能力及培训效果。在变电站电测班试用成功后，能推广至全局乃至全国电力系统，具有良好的推广性[5]。

4 结语

综上所述，变电站的检测与维护是电网能安全运行的必要保证。本成果实现了电测工作人员尤其是新员工在培训中便能够熟练相关技能，从而在实际操作中实现对在运设备精准的检测校验，使技能培训效果得到显著提升，进而保证设备设施的高效安全使用。本成果具有通用性，适用于电力、化工等行业，推广应用前景广阔。