基于变电站一次设备振动量对压力式温度计影响的研究

唐标，李博，秦雄鹏，刘斯扬，陈亮州

（1. 云南电网有限责任公司电力科学研究院，昆明 650217；2. 云南电力技术有限责任公司，昆明 650217； 3. 南方电网综合能源(云南)有限责任公司，昆明 650000）

0 前言

在电力系统，压力式温度计主要应用于测量变电站一次设备变压器、电抗器的油温，其温度测量值是否准确直接影响变电站一次设备的正常运行。在2015年之前，国内的很多计量机构、工业生产单位和高校围绕压力式温度计温度测量不确定度、检定方法及仪表结构等方面进行了大量的研究。然而，近年来由于新型的温度传感器和非接触式红外测温技术在变电站的大量使用，对于压力式温度计的研究越来越少，对于现场环境因素对其运行可靠性的研究更是空白。2014年，云南电科院与昆明供电局在对500 kV草铺变漫昆Ⅰ、Ⅱ回线路高压电抗器振动数据开展现场采集时发现，振幅数据超过一定数值的高压电抗器，安装在该设备上的压力式温度计的指针摆动幅度大大超过测量控制仪表对被测体的振动要求（振动对影响指针偏转不大于2 ℃）。2015年3月云南电科院对德宏供电局500 kV德宏变电站热工仪表进行现场检测，共检测压力式温度计26台，其中9台不合格，合格率仅为65.4%。不合格的9台压力式温度计均安装在振动噪音较大的电抗器上。2015年至2019年，通过对云南地区5个供电局6个500 kV变电站的数据采集发现，部分变电站一次设备在运行过程中噪音较大，安装在其上面的压力式温度计指针摆动明显，不仅影响运行人员日常监控，甚至部分表计已损坏，出现前端和后台温度示值不一致的现象。针对这一情况，在国内电网企业首次研究变电站一次设备在运行过程中产生的振动量对压力式温度计正常运行的影响，能为后续压力式温度计正常运行提供技术保障[1-10]。

1 变电站一次设备振动产生的原因

变电站一次设备振动量的直接表现，就是该设备在运行过程中产生的噪音。变电站一次设备的噪声是由本体结构设计、选型布局、安装、使用过程中，变电站一次设备本体及冷却系统产生的不规则、间歇、连续或随机引起的机械噪声及空气噪声总和。具体来说，变电站一次设备噪声共有三个声源，一是铁心，二是绕组，三是冷却器，即空载、负载和冷却系统引起噪声之和。铁心产生噪声原因是构成铁心硅钢片交变磁场作用下，会发生微小变化即磁致伸缩，磁致伸缩使铁心随励磁频率变化做周期性振动，铁心磁致伸缩变形和绕组、油箱及磁屏蔽内电磁力所引起。绕组产生振动原因是电流绕组中产生电磁力，漏磁场也能使结构件产生振动。电磁噪声产生原因是磁场诱发铁心叠片沿纵向振动产生噪声，该振动幅值与铁心叠片中磁通密度及铁心材质磁性能有关，而与负载电流关系不大。通过相关资料的查阅发现，声压（p）的平方=声强（I）×介质密度（ρ）×声速（C），分贝是声强（I）的单位和振幅成正相关，分贝(I)=20 log（振幅）。因此，振幅越大变压器或电抗器的发射声功率就越大，直观的反映就是变电站一次设备在运行过程中产生的噪音越明显。

2 变电站一次设备振动数据采集

现场采集主要包括：主变和电抗器的振动频率、振幅进行采集。通过振动频率数采对设备的振动频率进行采集，发现主变和电抗器的振动频率与设备出厂额定频率相符，主要频率波段集中在（50～200） Hz，并无异常。由于变电站的振动量与设备运行过程中产生的噪音大小有关，根据这一规律，有针对性的对云南全省范围内变电站一次设备振动噪音较大的5个供电局的6个500 kV变电站进行振动数据采集。利用手持式测振仪对一次设备振动振幅进行采集，得到运行异常的压力式温度计数据如表1所示。

表1 压力式温度计运行异常情况统计表

3 变电站一次设备振动数据分析

通过对云南地区5个供电局的6个500 kV变电站，共计96块压力式温度计进行振动量的数据采集工作，由图1可以看出，在6个变电站中17.7%的压力式温度计受变电站一次设备运行时产生的振动量影响而无法正常运行甚至损坏。

图1 本专项所采集压力式温度计运行情况统计

通过对表1数据进行统计后发现，在所有17组运行异常的压力式温度计振幅数据中，运行设备振幅在16 um以上时，压力式温度计运行异常，安装在该类设备上的压力式温度计无法正常工作。当一次设备运行时产生的振动振幅接近或超过20 um时，压力式温度计指针抖动越明显。通过数据分析，安装在变电站内振幅低于15 um以下的变压器和电抗器上的压力式温度计运行正常。这一结果，与这6个500 kV变电站历次预试定检不合格压力式温度计的安装地点基本吻合。因此，通过对变电站一次设备振动量的采集，有必要验证振幅≥16 um这一条件是否是影响压力式温度计正常工作的因素之一，对后续压力式温度计采取减振措施以保证其正常运行提供理论依据。

4 实验室振动型式试验验证

根据现场采集的数据，验证压力式温度计是否在≥16 um这一振幅值条件下无法正常工作，我们在实验室利用振动机对变电站出现问题最多的某型号压力式温度计其进行模拟试验[1-3]。

根据GB/T17215.211-2006《交流电测量设备通用要求、试验和试验条件 第11部分:测量设备》的规定，在实验室进行振动试验时应分别进行不同频率的振动试验。具体如下：

当f＜60 Hz，恒定振幅75 um进行振动型式试验；

当f＞60 Hz，恒定加速度9.8 m/s2进行振动型式试验。

在振动型式试验过程中，压力式温度计与振动台采用刚性连接进行实验。当振动频率在（50～200） Hz，振幅超过16 um时，压力式温度计指针抖动明显，振幅越大，振动越明显。用热工多功能校验仪对压力式温度计配套温度变送器进行温度示值采集发现，由于压力式温度计的振动使得温度变送器输出的电信号波动较大，无法准确测出温度值。如表2所示。

表2 压力式温度计型式试验温度值

通过对表2的分析可以看出，振幅值得不同，压力式温度计的运行情况也不同。当振幅超过16 um时，振幅越大，压力式温度计越无法正常工作。鉴于不同厂家的压力式温度计抗振动量影响的能力不同，因此，当现场运行的一次设备振幅超过16 um时，为确认安装到该设备上的压力式温度计能够正常工作，需要在实验室对压力式温度计进行振动量仿真实验。

5 结束语

以变电站一次设备运行时产生的振动量为分析参数，通过采集云南地区6个500 kV变电站噪音较大的一次设备和配套安装的压力式温度计的振动数据，结合相关振动标准装置和试验设备进行研究，初步判断产生影响压力式温度计正常工作的振幅值为≥16 um。目前国内校验压力式温度表一般执行国家计量标准《JJG-2002压力式温度计检定规程》，且国内外都没有相关的加入振动幅值参量的校验装置，使得安装在变电站一次设备上的压力式温度计只能在出厂或第三方检定时判断其示值误差是否合格，而无法确保在振动条件下该类表计的工作性能，更无法评定该类表计能否满足设备运行要求。因此，有必要根据GB/T17215.211-2006《交流电测量设备通用要求、试验和试验条件 第11部分：测量设备》、GB/T2423.10-2008《电工电子产品环境试验第2部分试验方法试验FC:振动（正弦）》的规定，对电力系统使用的压力式温度计加入振动参量的实验室模拟，以便发现由于振动量对压力式温度计带来的影响，为电网的安全运行提供保障。