（电工理论与新技术专业论文）用离散法进行变压器远方测温的研究与实践.pdf

用离散法进行变压器远方：；_ 【j 4 温的研究与实践 a b s t r a c t 1 kt r a n s f o n 2 l e ri si nt h ee l e c t r i c a lp o w e rs y s t e mm a i ne q u i p m e n t , p l a y i n gt h er o l ei nt h e e l e c t r i c a ip o w e rs y s t e mw h i c hl i n k st h e p r e c e d i n gw i t ht h ef o l l o w i n g o nt h eo n eh a n d ，w h e n c a r r i e so nt h e l o n g - d i s t a n c e r a n g e e l e c t r i c t r a n s m i s s i o n ，i no r d e r t or e d u c et h ee l e c t r i c t r a n s m i s s i o nt ol o s e ，n e e d sv o l t a g em a g n i f i c a t i o n ，t h i st i m e t h et r a n s f o r m e rt op l a yt h er o l e w i n c hr i s e st op r e s s o nt h eo t h e rh a n d i na 1 1l e v e l so f t r a n s f o r m e rs u b s t a t i o n s t h et r a n s f o r i t l e r n e e d sa c c o r d i n gt ot h ed i f f e r e n tb s e r 。sd i f i e r e n tn e e d , b yt os a t i s l ys t e p p i n gd o w no fv o l t a g et o t h ed i f f e r e n tv o l t a g er a n kt h ei n d u s t r ya n da g r i c u l t u r ep r o d u c t i o nt h en e e d t h e r e f o r et h e t r a n s f o f i n e r d a i l y m o v e m e n tm a i n t e n a n c ei s e x t r e m e l yi m p o r t a n t , b u t t h et r a n s f o r m e r t e m p e r a t u r em o n i t o r i n ga l s oi s at r a n s f o r m e ri nm o v e m e n tm a i n t e r r a n c ee x t r e m e l yi m p o r t a n t c o n t e m t o d a ye n h a n c e sd a yb yd a yw i n c hi nt h ee l e c t r i c a l1 9 0 w e rs y s t e r na u t o m a t i c i t y m a i n l yi s b yd i s p a t c h e st h ep e r s o n n e lt ot h et i a o s f o r l t l e rt e m p e r a t u r em o n i t o r i n g t ot o m p l e t et h r o u g ht h e d i s p a t c ha u t o m a t i o ns u p e r v i s o r ys y s t e m n l e t r a d i t i o n a lt r a n s f o r m e rf a rb i o g r a p h ym e a s u r e dt h e w a r mm e t h o di st h ea a n s f o r m e rt e m p e m t i l r ee l e m e n tm e a s u r e dt h ew a r ms i g r 脚c h a n g e s d e l i v e r i n gt h r o u g ht h et e m p e m t u r e ，t r a n s f o r m s f o rt h el i n e a rd c v o l t a g es i g n a l ，a g a i nt h r o u g h t h es c e n er t u s p e c i a l - p u r p o s ed i r e c t c u r r e n ts i m u l a t i o nq u a n t i t yy u a nb i o g r a p h ym o d u l e ， p a s t so nt h et r a n s f o r l t l e rt e m p e r a t u r eb yi nt h er e m o t es u r v e yf o r m t h ep r e s e n tp a d e r i n t r o d u c e do n ek i n do fb r a n d - n e wt r a n s f o r m e rm e a s u r e dt h ew a r mf a rb i o g r a p h ym e t h o d s e p a r a t em e t h o d ，i th a sa b a n d o n e dt h et r a d i t i o nt h et r a n s f o r m e rt e m p e r a t u r es i g n a lb yi nt h e r e m o t es u r v e yw a yt h eb i o g r a p h y ，t h ed e m o n s t r a t i o nm e n t a l i t y ，b u ti sf u l l ye x c a v a t e st h e e ) ( i s t i n g ( 1 i s p a t c hm o n i t o r i n ga u t o m a t e ds y s t e mt h ef u n c t i o n , t h es c e n e t r a n s f o r m e rt e m p e r a t u r e s i g n a lt h r o u g h t h es e l f - m a d e t e m p e r a t u r ec o n v e r t e r ，t r a n s f o r m s w i t ht h et r a n s f o r m e r t e m p e r a t u r ec o r r e s p o n d e n c ed i s c r e t em a g n i t u d e f a rp a s s e st ot h r o u g ht h ei u u r e m o t el e t t e r s i g n a it h ed i s p a t c hm o n i t o r i n ge n d ，c a r r i e so nt h ed e m o n s t r a t i o na g a i ni nt h ed i s p a t c he n du s i n g t h e m o n i t o r i n g s o l f w a r e c o r r e s p o n d i n g f o r m u l ai n v e r s i o nf o rt h ew a l t r lm e a s r r e i nt h ea r t i c l e ，t h ea u t h o rt ot h ec o n v e n t i o n a la n a l o g u em e t h o da n d s e p m a t em e t h o d t h e s e t w ok i n d sd i f f e r e n tm e a s u r e dt h ew o mf a rb i o g r a p h ym e t h o dc a r r i e so nt h ea n a l y s i s ，t h e c o m p a r i s o n ，c o n t r a s t sr e s p e c t i v eg o o d a n db a d p o i n t s ，k e y t ot h es e p a r a t em e t h o dm e a s u r e dt h e w k r l t im e r i th a sc a r r i e do ns h o w i n g m e td o w ni nd e t a i ln a r r a t e st h e s e p a r a t e m e t h o d t r a n s f o r m e rd i s t a n tp l a c et om e a s u r et h ew a r l t lp r i n c i p l e ，t h er e a l i z a t i o nm e t h o da n ds oo nh a v e c a r r i e do n s h o w i n g t oi nt h i sm e a s u r e d i nt h ew a r m p l a nt h ee x t r e m e l y v i t a lr o l et e m p e r a t u r e c o n v e r t e r ( t r a n s f o r m st e m p e r a t u r e s i m u l a t i o n q u a n t i t ys i g n a l i n t o c o r r e s p o n d i n g d i s c r e t e m a g n i t u d e ) t 1 1 ep r i n c i p l e t h eh a r d w a r ee l e c t r i cc k c m t ；d i s p a t c h e st h et e m p e r a t u r er e t u mt o o r i g i n a ls t a t ef o r m u l aw i n c h t h em a s t e rs m t i o ne n du s e sa n ds oo nt oc a r r yo nt h em u l t i a n a l y s i s 1 h c p a d e ri nf i n a l l yt ou s e st h es e p a r a t em e t h o d t r a n s f o r n l e rd i s t a n tp l a c et om e a s u r et h ew a r m t e c h n o l o g yh a sc a r r i e do n t h ei n t r o d u c t i o ni nt h el v s h u ne l e c t r i c a ln e t w o r k a p p l i c a t i o n , a n dp u t f o r w a r dt h e p r o m o t e dp r o p o s a l k e yw o r d s ：t r a n s f o r m e r ；r m o t ed a t as w i t c h i n gd e v i c e s ；t h ed is t a n t t e m p e r a t u r em e a s u r e r ，a p p l i c a t i o n 。 独创性说明 作者郑重声明：本硕士学位论文是我个人在导师指导下进行的研究 工作及取得研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方 外，论文中不包含其他人已经发表或撰写的研究成果，也不包含为获得 大连理工大学或其他单位的学位或证书所使用过的材料。与我一同工作 的同志对本研究所做的贡献均已在论文中做了明确的说明并表示了谢 意。 大连理工大学硕士学位论文 1 绪论 1 1 课题研究背景 1 1 1 变压器概述 为了安全、经济地发供电，满足国民经济和人民生活用电的需要，国内外把许 多发电厂经过升、降压变压器( 变电所) 和高压输配电线路同用户( 电力用户和热 用户) 连接起来，组成一个统一的供用电系统，称为动力系统，动力系统中的一部 分一发电厂的电气部分、变电所、输电线路、电力用户，称为电力系统。电力系统 中的变电所和输电线路称之为电力网 1 。 电能生产最基本的特点就在于电能不能大量储存，电能的生产、输送、分配、 使用几乎是在同时进行的；而且，电能与国民经济的各部门及人民的日常生活有着 极为密切的关系，供电的突然中断会带来严重的后果，因此，要求发供电要有计划 性，要有较高的自动化水平和运行管理水平。因此，电能生产具有以下几个要求： ( 1 ) 保证安全、可靠、连续地对用户供电 ( 2 ) 保证电能质量 ( 3 ) 保证电力系统运行的经济性 变压器是一种把电压和电流转变成另一种( 或几种) 同频率的不同电压电流的 电气设备。发电机发出的电功率，需要升高电压才能送至远方用户，而用户则需把 电压再降成低压才能使用，这个任务是变压器才能完成的。随着输电距离，输送容 量的增长，对变压器要求也愈来愈高，不仅需要数量多，而且要性能好，技术经济 指标先进，还要保证运行安全、可靠、经济。 大型电力变压器是电网传输电能的枢纽，是电网运行的主设各，其安全可靠性 是保障电力系统可靠运行的必备条件，随着电力系统规模和变压器单机容量的不断 增大，其故障对国民经济造成的损失也愈来愈大，因而对变压器做可靠性分析与风 险评价是日益重要的课题。 用离散法进行变压器远方测温的研究与实践 变压器除应用于电力系统外，还应用于一些工业部门中，如：在电炉整流、电 焊设备中、在船舶、电机等设备中都应用特种变压器，此外，在高压试验，测量设 备和控制设备中也应用着各式的变压器。 电力变压器是发电厂和变电站的主要设备之一，它的用途是多方面的，不但可 用于升高电压把电能送到用电地区，还可以把电压降低为各级应用电压，以满足不 同用户用电的需求，因此目前电力系统中大部分的升压和降压都必须通过变压器来 完成。在电力系统传送电能的过程中，变压器起着不可替代的作用，它是电力系统 传输、分配网络中最重要的设备之一，是电力系统中名副其实的主设备，因此变压 器的安全稳定运行决定着电网的稳定，变压器的安全可靠对于电网来说至关重要。 11 2 变压器运行温度概述 变压器是- - , f f 按电磁感应原理工作的电气设备，变压器的两个相互绝缘着的绕组， 绕在一个铁芯上，通过电磁耦合达到改变电压，输送电能的目的。变压器在运行中会发 热，发热的主要原因在于两个方面：铜损( 短路损耗) ：指变压器一、二次电流流过一 次、二次绕组，在绕组电阻上所消耗的能量之和。由于绕组多用铜导线制成，故简称铜 损。铜损与、二次电流的平方成正比，铭牌上所标的铜损系指绕组在7 5 0 通过额定 电流时的铜损。另一个损耗为铁损：系指变压器在额定电压下( 二次开路) 铁芯中消耗 的功率，包括激磁损耗和涡流损耗。在实际运行中，变压器锯损是可变的，他和负荷的 大小有直接关系，而变压器铁损几乎是恒定不变的，只要变压器运行就存在一个定量的 损耗 2 】 3 。 变压器在运行中由于存在着铜损和铁损，因此运行中的变压器不可避免的存在着发 热问题。为了监视变压器的温度，变压器都设有温度指示仪表，目前变压器温度计指示 的是变压器顶层油温，一般不得超过9 5o c ，运行中的监视油温定为8 5 c 。运行中的变 压器在外温为4 0 度时，其温升不得超过5 5 0 ( 温升是指变压器的项层油温减去环境 温度) ，顶层油温如果超过了9 5 0 ，其内部绕组的温度就要超过绕作绝缘物的顶层油 温界限，长期过负荷运行时要适当降低监视温度，具体数值由试验确定。顶层油温一般 油温规定值见表1 1 2 ， 大连理工大学硕士学位论文 表1 1油浸式变压器顶层油温一般规定值 t a b l 1o i lb a t ht y p et r a n s f o r m e r t o pl a y e ro i lt e m p e r a t u r eg e n e r a lr a t i n g 冷却方式冷却介质最高温度( )最高顶层温度( ) 自然循环自冷、风冷 4 09 5 强迫油循环风冷 4 08 5 强迫油循环水冷 3 07 0 一般变压器的主绝缘( 绕组的绝缘) 是a 级绝缘( 纸绝缘) ，最高使用温度为1 0 5 ，一般绕组温度比油面温度高1 0 - - 1 5 c 。我国变压器的温升标准，均以环境温度4 0 为准，同时确定平均温度为1 5 。c ，故变压器顶层油温不得超过9 5 c ，温度过高，绝 缘老化严重，绝缘油劣化快，影响使用寿命，变压器的各部分温升极限值见表1 2 表1 2 变压器各部分温升的极限傻 t a b l 2t r a n s f o r m e re a c h p a r to f t e m p e r a t u r e r i s e sl i m i t v a l u e 变压器部位最高温升( ) 绕组6 5 铁芯7 0 油( 顶部)5 5 ( 1 ) 变压器正常运行时负载及温度限值 根据g b1 0 9 4 2 - 1 9 9 6 电力变压器第2 部分温升、g b t1 5 1 6 4 1 9 9 4 油 浸式电力变压器负载导则和d l t5 7 2 1 9 9 5 电力变压器运行规程中的相关规 定，大型油浸式变压器不同情况下负载和温度的限值见表1 3 表i 3 大型油浸式变压器正常运行时的负载及温度限值 t a b l 3t i m e l a r g e - s c a l e o i lb a t ht y p et r a n s f o r m e rn o r m a l o p e r a t i o n l o a da n d t e m p e r a t u r el i m i t i n gv a l u e 负载限值热点温度顶层油温 对变压器影 负载类型 相对老化率运行时间 ( 标么值)限值，限值 响 正常周期性 10 9 88 5 1 长期 保证变压器 3 用离散法进行变压器远方测温的研究与实践 负载 正常使用寿 命 短时加速变 正常周期性压器的老 1 ，31 2 0 1 0 5 平均， l长期 负载化不威胁 绝缘的安全 导致变压器 的老化加 长期急救周大于甚至远 几周至几个 i31 3 01 0 5 速，不直接 期型负载大于i月 危及绝缘的 安全 绝缘强度暂 短期急救负时下降，可 l51 6 01 0 5远大于l05 h 载能立即导致 故障 变压器超额定负载运行时，储油柜中的油因膨胀可能会溢出，套管内部压力升 高可能会漏油；而且，在热点温度突然升高超过临界温度时，绝缘纸中出现气泡， 使其绝缘强度降低，引起故障。对于具有正常含水量的变压器，此临界温度约在 1 4 0 1 6 0 之间，当水分含量增加时，此临界温度还要降低。随着变压器容量增 大，漏磁磁密、短路应力以及受高场强作用的绝缘体积都会增加，大型变压器超额 定负载时，比小型变压器更易受损，故障的后果也更加严重。为使变压器在预期负 载条件下运行，把运行危险控制在适当程度中，在现场运行中，综合考虑交压器容 量、冷却方式、环境条件、负荷大小、负荷性质等因素，可在负载大小、运行时间 和顶层油温限值等方面留有一定的裕度。 针对变压器在短期急救负载下运行情况，d l t5 7 2 - 1 9 9 5 中规定：应投入包括 备用在内的全部冷却器( 制造厂另有规定的除外) ，并尽量压缩负载、减少时间，一 般不超过0 5h 。并且给出了0 5h 短期急救负载的负载系数k 2 ，如表1 4 所示 4 大连理工大学硕士学位论文 表1 40 5 h 短期急救负载的负载系数k 2 t a b1 4 0 5h o u rs h o r t t e r mf i r s ta i dl o a dl o a df a c t o rk 2 短期急 变压器救负载 环境温度。c 类型前负载 系数k l 4 03 02 0i 00一l o一2 02 5 大型变 0 71 5151 5l51 51 51 5 15 压器 0 8l51 51 5l51 51 51 51 5 o f a f 或0 ，9l 蜩 1 51 5l51 5 1 51 51 5 o f w f 冷1 01 4 21 51 51 5151 515 1 5 却 1 1l3 81 4 81 ，5l51 51 51 515 1 i2i ，3 4l4 4l5l51 51 5l5l5 o 71 4 51 51 51 51 51 51 51 5 大型变 0 8i 4 21 4 81 51 51 51 51 51 5 压器 o 91 3 81 4 51 5l51 5l ，5l51 5 o d a f 或 1 o1 3 41 4 21 4 81 51 5l _ 5l j5l5 o d w f 冷 1 11 31 3 814 21 51 51 51 5 1 5 却 12l2 61 3 21 3 8 1 4 51 5l51 ，5l5 ( 2 ) 变压器存在缺陷情况下的负载和温度限值 d l t5 7 2 1 9 9 5 只是指出当变压器有严重缺陷或绝缘有弱点时，不宜超额定电 流运行。对严重缺陷或绝缘有弱点并没有做出具体解释，因此，变压器能否继续运 行，带多少负荷运行，应根据现场实际情况而定。 对于油浸风冷变压器，当冷却系统故障停风扇后，d l t5 7 2 1 9 9 5 规定：项层 油温不超过6 5 。c 时，允许带额定负载运行。对于强油循环风冷和强油循环水冷变压 器，当冷却系统故障切除全部冷却器时，d l t5 7 2 1 9 9 5 规定：允许带额定负载运 行2 0m i n ：如2 0m i n 后顶层油温尚未达到7 5 ，则允许上升到7 5 ，但在这种 状态下运行的最长时间不得超过1 0h 。 d l t5 7 2 1 9 9 5 只对变压器额定负载运行做了说明，但是，对于同台变压 5 用离散法进行变压器远方测温的研究与实践 器，在不同的冷却方式下，允许的额走页载值趸不向的，并亘在主变铭牌上都有规 定，几种常见的变压器冷却方式对应的额定容量见表1 5 所示 表1 5 常见变压器的冷却方式与额定容量 t a b1 5c o m m o nt r a n s f o r m e rc o o l a n tc o n d i t i o n sa n dr a t e dc a p a c i t y i额定容量m v a冷却方式对应的额定容量 1 1 8 0 o n a n o n a f o d a f6 3 8 0 1 0 0 i1 2 0骶燃7 锄a f6 3 1 0 0 3 1 5 o n a n o n a f6 5 1 0 0 或7 0 i 0 0 据此，可以实现另一方案：当变压器冷却系统故障对，其冷却方式发生变化， 负载控制在相应冷却方式下的额定容量以内，主变可长期安全运行。依据d l t 5 7 2 - 1 9 9 5 ，综合考虑冷却系统故障时变压器顶层油温限值规定，此温度限值应不超 过6 5 。依此方案运行，可以不切除变压器，保证重要负荷连续供电。 1 1 3 变压器测温方法概述 工业上温度测试的方法越来越多，目前使用最多的产品有水银温度计、红外测 温仪、热电偶、热敏电阻、温敏变色测温。变压器的温度测量，无外乎以上的几种 方法的单独使用或结合使用。下面对变压器的温度测量方法做简单介绍。 ( 1 ) 利用水银温度计、煤油温度计对变压器温度直接进行测量 这种方法多用在小型的1 0 k v 变压器或6 k v 的变压器温度测量。这种测温方法 的优点在于测温直接、方便。不用另购测温设备，成本较低。但是此种铡温方法只 限用于低压变压器。由于运行人员在观察变压器温度时，需要将浸在变压器油中的 温度计取出读数，容易误碰带电设备，发生危险。因此，此种变压器测温方法的应 用范围十分有限。 ( 2 ) 利用热电耦或热敏电阻对变压器温度进行测量 6 大连理工大学硕士学位论文 这种方法目前是变压器测温中被普遍采用的方法。这种方法的原理是利用具有 电阻随温度变化的热耦、c u s o p t l 0 0 热敏电阻做探头，将探头伸入到变压器油箱 中，再通过一定长度的电缆，把探头和温度变送器连接起来，通过探头感受温度的 变化，通过温度变送器将温度显示出来。目前这种变压器测温方法被广泛采用，成 为中小型变压器测温方案中的主流。 ( 3 ) 利用变色测温贴片对变压器温度进行测量 这种测温方法是近几年才兴起的变压器测温方法，变色测温贴片是一种能够随 物体温度的变化而改变颜色并由此可掌握物体的温度变化的产品这种产品的优点 是：特别适合于普通温度计无法或难以测量的部件、外表面以及危及生命的环境中 的物体。如晶体管、集成电路、化工反应罐、发动机轴承、导电母线、开关、接 头、变压器等的温度测量。它具有如下优点：便于巡视检查，温度发生变化，就引 起颜色变化，人t f i i p 可采取措施，避免事故发生，防患于未然：产品轻巧，便于携 带，安装简便。如带有不于胶的测湿变色贴片，用时很方便，揭下来一贴就可以 了；较经济，在测量相同数目的测温点时，比其它测温工具节省费用。 产品的分类 根据颜色变化分为单变色或多变色，可逆或不可逆。例如液晶变色产品，可在 规定的一个较小温度区间内发生红、绿、蓝等颜色变化，不同的颜色对应不同的温 度随着温度的复原，颜色也复原，属于可逆多变色系列。而只发生一种颜色变化 的是单变色系列。颜色不可复原是不可逆系列，在大多数的工业生产中，测温部位 不可能有入总在场，要靠人们巡视来观测，这样的部位则需要不可逆的变色测温产 品。它的颜色起温后不复原，即把已经超温的颜色保留下来由于它能记载超温的 事故发生过程和隐患，受到了用户的青睐。在某些场合，人们希望可逆与不可逆的 优点都兼而有之，于是，即可逆且有记录功能的产品也应运而生。 此种测温贴片一般产品规格有5 0 。c 、5 5 c 、6 0 。c 、6 5 c 、7 0 c 、7 5 。c 、8 0 。c 、 8 5 c 、1 0 0 c 、1 2 0 c 各温度等级的测温贴片，还有更高或更低温度的贴片。在检测 温度标准已经明确的部位，为了经济单一温温点白变红色的测温贴片，检测时比较 直观，明显。如果观测距离不远且光线好，可选1 5 c m x i 5 m 的测温贴片；如观测距 7 用离散法进行变压器远方测温的研究与实践 离远且光线不好，可选大些尺寸的3 c m x 3 c i i ) 的测温片。也可选圆形测温片。可供选 择的颜色不仅有白变红，还有自变黄、绿、黑等；如希望测温范围宽一些，或一时 没有确定测温标准，可同时选用几种温度的测温贴片为了相互区别不同温度，可 采用大小不同的尺寸或不同颜色或不同的位置粘贴排列来表示变色温度的差异。例 如：采用y d x 6 7 8 型或采用6 0 。c 白变黑、7 0 。c 白变绿、8 0 。c 自变红三种型式的贴片 在同部位，超温后，不同颜色表示不同的温度；也可以用7 0 2 c m x 2 c m ，小片白变 红测温片，8 0 。c 3 c m x 3 c m 大片自变红组合表示两种温度：也可以选用随意剪切型白 变红型贴片，不同温度用剪刀剪成自己能识的不同型式，来表示温度的区别。 在使用测温贴片时要特别注意保存中要避免接刮、划、折或高温，揭取不熟 练，可用小刀铲一下，不要乱抠，避损琢。所贴的测温部位应比较清洁，最好用汽 油或其它溶剂清洗，或拭一遍，这样才能粘贴牢固。贴在能沾到油、水的部位时， 应在测温贴片上覆盖一块大些的透明胶带，起保护作用，或选用带保护膜的测温贴 片，它具有较强的防油，防水、防污功能( 测湿贴片的白色药膜部分如无保护层保 护，直接接触某些液体后，可能会导致变色) 。 变色测温贴片在生户制造时已严格检测。温度点误差1 2 为了便于有的用 户自己测试，这里介绍一个既筒便又准确的测试方法找一个大的易拉罐，如盛八 宝粥的易拉罐。在其外壁上依次贴上各种温度的测温贴片，倒入少量冷水，插人一 根温度计，准备好壶开水，即可开始测试。先徐徐倒入少量开水。为了水的温度 均匀要用温度计搅拌，随着水温升高，温度计值上升羁交色温度时。静可看到对 应温度的测温贴片变色。 从理论上讲，测温贴片贴到测温部位后，只要不超温，能用2 3 年，甚至更 长。考虑到工业现场比较复杂，觌定只要该测温贴片在常温状态正常环境下使用， 保持白色未超温，可用2 年。为准确测温每年需要换贴一次。已超温变色的贴片应 随检修及时更 ( 4 ) 干式变压器温度测量 干式变压器温控系统由温度控制器和安装在产品最热点即低压绕组上端部的p t c 测 温元件构成，此种涣4 温元件不用接触到干式变压器本题就可以实现对变压器的温度测量 8 大连理工大学硕士学位论文 与控制，这是一种全新的变压器温度测量方法，目前仅仅应用在干式变压器的测温上。 若由于过载运行或故障引起变压器绕组温度过高，温度控制器发出报警信号，温度超过 安全值能自动跳闸，采用强迫风冷时则由温度控制器根据绕组温度高低控制冷却风机的 运行。 ( 5 ) 红外变压器温度测量 红外温度连续监控系统是将一种非接触无源高精度红外温度传感器m t c 安装在接 电设备内部加变电站开关柜，配电柜和变压器等，通过完善的硬件系统和软件系统可以 完成在线连续的实时温升检测，达到温度连续监控通过趋势分析，超前发现隐隋，可 以及早发现异常，提前采取必要的措施，将电气故障扼杀在萌芽状态。红外温度测量是 一种非接触式测量，它具有故障率低，精确可靠的特点，这种变压器温度测量方式也是 一个趋势。 尽管目前变压器温度测量的方法有很多种，每种测温方法又不尽相同，各有优势， 但是目前在电力系统中，特别是6 6 k v 中压变电所仍然大部分采用第二种测温方法即： 利用热电耦或热敏电阻对变压器温度进行测量，这种方法目前仍然是电力系统中中小型 低压变电所中变压器温度测量方法的主流。 1 2 变压器测温远传方法概述 随着科技的发展，电力科技的发展也月新日异，电力系统自动化的程度越来越高， 变压器温度的监控都是由集控站或调度中心的值班人员来完成，为了加强对变电所变压 器运行温度的监控，就需要将变电所内变压器的运行温度通过一定的方式远传到调度 端，目前变压器测温远传上有以下几种方法： 1 2 1 模拟法变压器测温远传方法概述 传统的变压器测温远传方法是将测温探头的引出线直接接在温度变送器的输入端子 上，通过温度变送器将采集到的现场变压器的温度信号转换成对应的0 - - 5 v 直流电压 输出信号，再利用现场r t u 上的遥测测温模块，将变压器温度以遥测值的形式上传到 调度，最后在调度端将变压器温度以遥测模拟值的方式显示出来。传统远传测温方法如 图2 1 所示： 9 用离散法进行变压器远方测温的研究与实践 图2 1 模拟法远传测温示意图 f i 9 2 1 t h e a n a l o g u em e t h o d f a r b i o g r a p h y m e a s u r e st h e t e m p e r a t u r e s c h e m a t i c d r a w i n g 匪野一型砸 这种远传测温方法具有如下优点 ( 1 ) 变压器温度监控的实时f 生程度高，在调度端可以显示主变温度的细微变化。 ( 2 ) 技术成熟，在没有变压器温度远传功能的变电站如果进行改造的话，改造难 度小，施工简单，容易实现。 这种远传测温方法的缺点是 ( 1 ) 施工技术难度低，但是施工费用过赢。温度遥测装置需要加装占用空间特别 大，同时现场r t u 的软件需要调整，厂家不予配合，改造费用非常高 ( 2 ) 由于遥测量是实时数据，因此数据量大，由于受到调度监控系统硬盘容量的 限制，存储时间短，对变压器运行温度区间不能进行有效统计，为变压器的日常维护提 供依据。 ( 3 ) 由于调度端监控软件的限制，对于变电所r t u 所传上来的数据，只能对遥信 量进行储存，而对于遥测量，由于数量巨大，无法进行全部保存。所以变压器遥测温度 越限的报警不能储存。如果需要分析变压器长时间运行的区域温度，变压器在各温度段 的运行时间的统计就很困难，甚至无法进行。根据1 2 所论述的情况，变压器运行温度 1 0 习型 上掣 一带一 一讽 大连理工大学硕士学位论文 对于变压器安全运行来讲非常重要，所以传统的变压器测温远传方案有很大的缺陷。变 压器是变电所中最重要的设备，价格昂贲，对于变电所来说，变压器的运行清况的好 坏，直接影响到变电所的安全运行。因此对变压器运行温度区段的统计、分析十分必要 而且重要，所以采用传统的变压器测温远传方法已经不能满足电力系统日益增长的需 要。 在变压器测温信号远传的媒介上，目前有以下几种方法： ( 1 ) 采用串口线直接连接 在测温点与监控地点距离不是很远的条件下( 5 0 0 m 范围) ，为了实现变压器温度 实时监控，通常将温度变送器信号通过2 3 2 串口直接送到监控系统中，监控系统通过 2 3 2 串口直接读取温度数值。 这种远传方法的优点是简单方便，节省电缆，不用增加其他费用。但是这种远传方 法收到传输距离的限值，当传输距离过长对由于衰耗过大会出现丢信号、误发信号等问 题，同时由于每一台测温装置都需要使用个串口，现场布线复杂。串口容量也有限 值。 ( 2 ) 通过电话线及调制解调器连接 这种方法在目前应用很广。在现场采用r t u 的四遥变电所，r t u 与调度监控自动 化系统的联系一般都是通过调制解调器将信号传到调度主站。目前比较流行的规约有如 下几种： 部颁c d t 规约 p o l l i n g 规约 c a e 规约 s c l 8 0 1 规约 u 4 f 规约 d n p 规约 这种方法的优点在于不受地理位置限值，只要有电话连接，现场r t u 采集到的信 号就可以通过电话线远传至0 调度主站。它的缺点在于受电话通道影响较大，在实际运行 中容易出现丢信号现象。 ( 3 ) 无线组网连接 用离散法进行变压器远方测温的研究与实践 这种方法是近几年才兴起的一种传输方式，利用g p r s 技术进行组网，将r i - l j 采 集到的信息进行打包，通过一定的规约方式进行发送，这种连接方法在某些有线电话、 网络不便的地方将具有很大市场。 1 2 2 离散法变压器测温远传方法概述 为了解决传统的模拟法变压器测温远传中调度端无法对变压器运行温度区段分别进 行统计的问题，需要设计一种新的测温远传方法，能够将现场温度进行离散化，将温度 信号转化为遥信信号进行上传，这种方法就是离散法。 离散法的主要思路是对变压器运行温度区间进行合理分段，研制一种温度变换器， 根据变压器温度实际所处的温度区段，自动进行模拟数字转换，将现场变压器的温度 各个温度区间自动转换成相应的代表该温度区间的离散量，再由r z - u j 进行采集，以遥 信的方式远传到调度端，由调度端利用监控软件的相应公式，将不同的温度挡位信号还 原成变压器温度，实现变压器远方测温。 蔓i 亘吲竺竺兰竺竺卜疆匹 k 擅 芦叫溉阻 |堪倩乜型辄磊稠匾夏函u 1 祉 l 一 离散法远传优点 ( 1 ) 可以对变压器的运行温度区间进行统计、累加，反映变压器在温度过高区间 运行的时间，为合理经济的安排变压器的运行、检修提供依据，确保变压器的运行可 靠、安全。 1 2 大连理工大学硕士学位论文 ( 2 ) 改造费用低，投资少，可以节省大量的改造资金，同时原理简单，易于实 现。 ( 3 ) 可以利用现场r t u 预留的遥信端子，不用对r t u 进行改造，也不必要求厂 家更改r t u 程序，节省时间。 离散法进行变压器远方测温是种全新的方法，这种方法克服了传统的模拟法变压 器远方测温的不足，但同时还如下几个问题 ( 1 ) 用离散法进行变压器远方钡4 温需要购买温度变送器，制作温度变换器。 ( 2 ) 用离散法进行变压器远方测温需要现场调试，并且现场r t u 设备要预留足够 的遥信点量。 ( 3 ) 需要设置一个调度端越限报警软件，对调度监控自动化系统中检查到的越限时 间进行统计，累计出变压器的各个温度运行期间的时间。 1 3 论文的主要工作和工作重点 1 3 1 论文的主要工作 目前旅顺电网中有2 2 0 k v 变电所1 座( 白玉变电所) ，6 6 k v 变电所9 座( 蒯顶变 电所、大坞变电所、双岛变电所、铁山变电所、方家变电所、长城变电所、土城变电 所、龙王塘变电所、水师营变电所) ，变压器的总容量为3 6 7 m v a ，其中2 2 0 k v 主变 压器l 台，容量为1 2 0 m v a ，6 6 k v 主变压器1 2 台，主变容量为2 4 7 m 、，a 。在这9 座 6 6 k v 变电所中除了双岛、大坞、旅顺、水师营变电所为采用南京南瑞继电保护有限公 司r c s 9 0 0 0 系列综合自动化设备的综自所外，其余5 座变电所都是安装普通电磁型保 护的普通四遥变电所，现场的四遥功能都是通过河北电力自动化研究所t h - 8 0 9 8 型 r t u 来实现的。蒯顷调度操作系统采用的是上海交通大学开发的y e , z 型调度系统，已 经全部实现了对所有管辖变电所的四遥功能。 旅顺电网中6 6 k v 变电所除了以上4 个综合自动化变电所有变压器远方测温装置以 外，其余变电所都没有安装变压器远方测温装置，现场变压器的温度信号不能传到调 度，因此调度值班员无法对现场变压器温度进行监控，对变压器的运行温度不能掌握， 对变压器运行温度区间的统计更是无从谈起。 1 3 用离散法进行变压器远方测温的研究与实践 旅顺电网的这几年发展速度非常快，负荷逐年增加，售电量持续增长，负荷增长率 每年都在2 0 以上。特另是随着大大连建设的进步深入，旅顺作为大连的主城区， 大连医科大学、大连外国语学院陆续迁入正在建设中的大学城，旅顺南路软件带的建设 也加快了招商引资的步伐，旅顺地区负荷增长异常迅猛。2 0 0 4 年底，旅顺电网售电量 突破了4 亿大关，达到了4 2 亿度。由于负荷的快速增长，变压器的运行条件越来越恶 劣，变压器的运行温度也越来越高，因此加强对变压器温度的远方监控，及时调整变压 器负荷，避免变压器长时间满负荷甚至过负荷运行，切实提高变压器安全运行的条件， 同时对变压器的运行温度区间进行统计，结合变压器本体的油色谱分析，结合变压器运 行规程，合理安排变压器的小修、大修，尽早发现缺陷，提高变压器的使用寿命，确保 运行安全已经迫在眉睫。 本论文就是要用离散法完成对目前蒯暖电网中没有实现变压器远方测温的变电所 ( 长城、方家、龙王塘、土城子、铁山变电所) ，通过对现场设备进行性能进行分析， 尽旱实现各个变电所变压器的远方测温。 l t 3 - 2 论文的工作重点 为了用离散法进行变压器的远方测温，需要着重解决如下3 个问题： ( 1 ) 温度变换器( 温度模数转换器) 的研制 ( 2 ) 调度端调度监控自动化系统温度反演算法的设计 ( 3 ) 调度端调度监控自动化系统温度越限时间的统计 以上的几个问题是本论文的主要研制重点，也是整个研制工作的难点，解决j g j 窿_ - _ 问题将为系统的可靠运行奠定坚实的基础。方便调度值班人员对交压器温度的监控，确 保变压器的安全稳定运行。 - 1 4 大连理工大学硕士学位论文 2 现场r t u 和调度监控系统功能概述 为了完成用离散法实现对变电所变压器测温远传的改造，需要对目前变电所的自动 化设各进行性能、运行状况、端子预留情况等迸行现场核实，确定改造方案，完成离散 法变压器远方测温的改造任务。 现面就对蒯l 哽电网中目前正在运行的t h 8 0 9 8 r t u 、耶z 一3 型调度监控自动化系 统的特性进行分析。 2 1t h - 8 0 9 8 型砌u 功能溉述 旅顺供电局目前6 6 k v 变电所现场r t u 采用的是河北电力自动化研究所9 0 年代初 的典型产品- t i - i - 8 0 9 8 。t h s 0 9 8 r t u 系列产品对交流电压、电流直接采样，再由软件计 算出功率等运行参数。电压1 0 0 v 和电流5 a 再转换成弱信号时过程中，若采用感性元 件会产生较大的相位差，不利于精度的保证。用阻性器件则有利于保证相位的一致性， 电压经过电阻分压，电流经过电阻取样后，同样转换为5 0 m v 的交流电压信号，可达到 二个目的，一个目的是电压、电流的取样后对二次的负载小于0 2 5 w ，满足电力部的指 标要求。另一个目的是使电压电流的后级放大，采样部分选用相同的器件，以保证相移 的一致性。 ( 1 ) 电流的交流采样 c t 输出的5 a 交流信号，经串接的o 0 1 欧姆高精度取样电阻以后，取出5 0