油浸变压器测温装置的环境适应性研究(1)

1 前言

目前， 上海超高压输变电公司运行管理中的103 个220kV 及以上变电站的大型电力变压器配套的超过2000 台(套)测温装置中，逾50%存有因环境温度变化而引发就地与远方之间两表偏差超过国家电网规定5℃以内要求的缺陷。为从事故源头杜绝非电量保护误报警或误跳闸，笔者结合日常检验工作对测温装置两表偏差缺陷机理进行了系统的试验分析。

2 朝夕巡视法

2011 年8 月4 日，500kV 上海远东变电站巡视中发现三号主变压器A 相1 号德国产油温计(12m长度毛细管)在凌晨6 点时的就地指针示值与后台网络数据之间偏差为1.0℃;中午12 点时，上述两表偏差升至6.0℃。也就是说环境温度从凌晨6 点的30℃变化到中午12 点的37℃时，同一台温度计远方与就地之间的偏差变化了5℃，记录数据如表1。

大型油浸电力变压器是变电站的重要设备，继电保护规范要求采用独立通道采集和传输重要设备的运行数据如图1 所示，远方(或就地)系统中任一元件故障只可能造成某一独立通道失效， 而不会影响另一独立通道继续完成监控任务。

图1 测温装置图

指针式温度计一般由感温部件(温包)、传导部件(毛细管)及弹性元件(铜管压扁后盘圆制成)三部分组成(如图2)。密闭腔体内填充感温介质(气体或液体)后，温包内感温介质热胀冷缩产生的压力变化通过毛细管传递给弹性元件并推动指针偏转实现指示温度。

图2 指针装置图

图1 所示测温装置包括就地方式的指针温度计和远方数字显示系统两个独立通道，其中远方显示系统采用诸如三线制补偿等许多微电子技术， 基本消除了环境温度变化影响(例如环境温度变化±40K时温度变送器的附加误差仅仅±0.4℃)。虽然指针温度计因为不受电磁场干扰和不需要工作电源以及可以适应IP55 等级的户外条件等特点而被世界各国变电站广泛选作非电量保护执行组件，但当环境温度变化±40K 时其附加误差上限均在±3℃以上(即便是发达国家标准也仅如此，即0.5℃%FS/10℃)。综上所述，表1 所示两表偏差变化量多数情况下就是指针温度计的环境温度变化影响量。

3 校验装置的研制

虽然按照国家电网Q/GDW 440-2010 《油浸式变压器测温装置现场校准规范》附录E 规定的环境温度影响试验方法(如表2)能够鉴别出指针温度计中的不合格品，但是仅仅完成一台试品就至少需要一个人工作两天时间。巨大的时间成本导致各个基层供电公司在指针温度计进货检验时无法进一步关注试品的环境温度变化影响量水平是否符合要求。

为此，笔者开发了一台专用试验装置(如图3)。KH-2010 型全自动环境温度变化试验装置共有三个工作室，每个工作室的环境温度都能够产生-20℃的低温环境(模拟冬天气候)或+60℃高温环境(模拟阳光直射条件下的夏季极端工况)。

表2 环境温度影响试验方法

图3 全自动环境温度变化试验装置

指针温度计的温包基本上不存在环境温度变化影响;指针刻度盘部分(表计部分)在温度计制造环节已经通过环境温度补偿机构对可能出现的极端工况实施了修正;KH-2010 中部工作室用于毛细管传导部分承受环境温度变化时试验研究。

KH-2010 同时配置了工控计算机和摄像头以及打印机等， 按照预设的恒温槽工作温度(20℃或100℃)和工作室试验温度以及必要的保温时间等程序要素自动完成全部试验项目，并通过对温度计表盘示值进行拍照作为记录数据依据，如表4-1 所示。为了确定远东站用温度计的缺陷机理， 按照Q/GDW 440-2010 进行如下试验：

依据国家电网Q/GDW440-2010 附录E，按照上海地区气候条件模拟0℃的冬天环境(比较20℃与0℃环境温度条件下的20℃刻度线上的示值变化， 合格上限应不大于1.6℃/20K); 模拟上海地区夏季阳光直射条件下的60℃环境(比较20℃与60℃环境温度条件下的100℃刻度线上的示值变化，合格上限应不大于3.2℃/40K)。

4 检测数据

我们将上海地区常用的4种品牌18m 尾长的指针温度计作为试品。将温度计表盘和毛细管分别放入上述环境温度模拟箱中， 依次改变两个环境温度模拟箱温度在0℃或20℃或60℃(此时标准恒温油槽温度分别稳定在20℃或100℃)，环境模拟温度稳定后读取温度计示值， 从而获得夏季或冬季环境温度变化对该被检温度计示值造成的偏差，测试数据见表4-1、表4-2、表4-3、表4-4。

表4-1 测试数据

#104照片是在表计和毛细管都处在20℃条件下，获得的温度示值数据是99℃.

#105照片是表计在20℃环境下，毛细管在60℃(模拟高温走线槽环境)条件下，获得温度示值数据是108℃，说明毛细管在环境温度变化40K时，造成偏差9℃。

#106照片是表计和毛细管在60℃(模拟夏天阳光直射高温环境)条件下，获得温度示值数据是111℃，说明表计和毛细管在阳光直射高温环境时，造成偏差12℃。

从表4-1 数据可以发现：环境温度从春天的20℃变化到上海地区夏天阳光直射条件下的60℃时，该温度计出现12℃的误差，其中表计部分影响量为3℃(尚在合格上限范围以内); 而毛细管的影响量却高达9℃。

表4-2 测试数据