变电站温度测量就地和远传显示不一致原因研究

电力研究院电力研究院 第 1 页 共 13 页 变变电电站站温温度度测测量量就就地地和和远远传传显显示示不不一一致致原原因因 分分析析 及及解解决决措措施施 电力研究院电力研究院 第 2 页 共 13 页 温控器外置变送器 后台显示器 数显表或数采通道 控制室 0 5VDC 或 4 20mADC 绕组温度指示控制器 变 压 器 感温元件 图 2 绕组温控器外置 变送器接线方式 变压器 CT 变电站温度测量就地和远传显示不一致原因分析及解决措变电站温度测量就地和远传显示不一致原因分析及解决措 施施 1 1 前言前言 变压器 高抗油温和绕温测量是变压器安全运行和数据分析的重要指标之 一 其温度测量和温度控制的准确性是非常重要的 云南计量技术监督评价要 求压力式温度计就地显示与主控室显示偏差应小于 5 以保证温度测量的准 确和数据分析的准确 但从计量技术监督评价和计量技术监督缺陷上报情况分 析 变压器 高抗油温和绕温测量系统普遍存在就地与控制室显示偏差大于 5 的现象 由于压力式温度计设备生产厂家众多 同厂家设备又有多种型号 测量原理和测量方式多有不同 给计量人员查找缺陷原因和消除缺陷带来比较 大的困难 2 2 压力式温度计远传监测常用连接方式压力式温度计远传监测常用连接方式 变电站变压器温度测量采用本体监控及远方监控的方式 变压器本体温度 监控用油温指示控制器和绕组温度指示控制器 远方温度监控由远方温度表或 后台机显示屏实现 目前云南电力系统在用的变压器温度指示控制器 表 有 多种型号 规格和连接方式 以下是几种常用的连接方式 控制室 图 1 绕组温控器内置变送器接线方式 温控器内置变送器 数显表或数采通道 0 5VDC 或 4 20mADC 绕组温度指示控制器 变 压 器 感温元件 补偿 变压器 CT 后台显示器 电力研究院电力研究院 第 3 页 共 13 页 图 5 远方测温装置外接热电阻方式 外置热电阻 后台显示器 数显表或数采通道 置 控制室 Pt100 或 Cu50 变 压 器 油面温度指示控制器 感温元件 控制室 图 3 油面温控器内置热电阻接线方式 温控器内置热电阻 后台显示器 数显表或数采通道 油面温度指示控制器 变 压 器 感温元件 温控器内置变送器 后台显示器 数显表或数采通道 控制室 0 5VDC 或 4 20mADC 油面温度指示控制器 变 压 器 感温元件 图 4 油面温控器内置变送器接线方式 Cu50 或 Pt100 对远方温度监控四种连接方式从优点 缺点 有效性几方面进行比较 比 较表见表 1 电力研究院电力研究院 第 4 页 共 13 页 方式 项目 温控器内置变送器温控器外置变送器温控器内置热电阻热电阻外置 作用测量绕组 油温度测量绕组 油温度测量油温测量油温 优点 1 与本体温度表同源测 量 2 可测量油 绕组温度 3 就地和远传显示一 致性高 1 可测量油 绕组温度 2 就地和远传显示一致 性较高 1 与本体温度表同源测量 2 热电阻测温准确 1 无须需整套更换 2 热电阻测温最准确 缺点 1 温控器需要补偿值 2 变送器较易坏要整套 更换 3 测温准确性低 1 与本体温度表不同源测 量 2 温控器需要补偿值 3 变送器易坏要整套更换 4 测温准确性低 1 热电阻坏要整套更换 2 不能测量绕组温度 3 就地和远传显示一致性低 1 与本体温度表不同 源测量 2 不能测量绕组温度 3 就地和远传显示一 致性低 有效性 变送器影响温控器使 用时间 变送器影响温控器使用 时间 热电阻影响温控器使用时 间 热电阻不影响温控 器使用时间 表 1 远方温度监控四种连接方式的比较 3 3 变压器温度测量不一致原因统计和分析变压器温度测量不一致原因统计和分析 经过变压器温度测量就地和远传显示不一致原因的调查 资料收集 现场 试验 现场检查和各供电局上报的变电站温度测量就地和远传显示不一致统计 表的统计分析 我们通过研究分析 总结归纳出一些造成变压器温度测量就地 与远传显示不一致的主要原因 主要有以下几个方面 1 温度测量系统的系统误差 变压器温度测量系统是由多个测温元件组成 每个测温元件按照准确度等 级都有相应的最大允许误差 如果多个测温元件都以最大允许误差叠加 就会 产生一个很大的误差 例如 一个油面温度控制器输出 Pt100 信号至温度变送 器 温度变送器输出 4 20 mA 至测控 测控通信到后台显示的温度测量系统 油面温度控制器的测量范围为 0 160 准确度为 1 5 级 示值的最大允许 误差为 2 4 温度变送器的测量范围为 0 160 准确度为 0 5 级 示 值的最大允许误差为 0 8 测控装置的非电量数据采集通道的测量范围为 0 160 准确度为 0 5 级 示值的最大允许误差为 0 8 则该测温系 统的最大误差可达到 4 0 2 测温元件损坏 变压器温度测量系统由于测量系统中的测温元件损坏 会导致就地和远传 显示偏差极大 例如 220kV 川江变 2 号主变上层油温 由于油面温度控制器 电力研究院电力研究院 第 5 页 共 13 页 的 Pt100 信号损坏 导致远传比就地显示高 67 110kV 恩乐变 1 主变油面 温度由于测控装置的内部温度插件异常 导致远传比就地温度高 8 3 测温元件输出信号未校验或超差 温度控制器的远传输出信号主要有 Pt100 热电阻 Cu50 热电阻 4 20 mA 电信号 0 5 V 电信号四种 部分单位在校验温度控制器时没有对远传输出 信号进行校验 或者是对远传输出信号进行了校验 但远传输出信号经校验误 差超差 但仍然使用该温度控制器 温度控制器的远传输出信号是保证变压器 温度测量就地和远传显示相一致重要保证 所以一定要保证它的输出值和本体 的指示值相一致 4 测温元件未校验 变压器温度测量系统是由多个测温元件组成 每个测温元件的误差都影响 着测量系统的准确性 大部分单位都对温度控制器进行了校验 但有一部分单 位对组成温度测量系统的温度数显表 温度变送器 测控装置的非电量数据采 集通道没有开展校验 这些测温元件误差过大都会造成整个测量系统的误差过 大 特别是对于测控装置 经过这几年我们对变压器温度测量系统的校验情况 看 如果计算机后台监视温度组态错误 将会产生极大的误差 严重影响变压 器温度测量系统的准确性 5 测温元件不匹配 对温度控制器配备 4 20 mA 或 0 5 V 的温度变送器 温度数显仪或 测控装置 如果绕组温度控制器和油面温度控制器的量程统一为 0 150 所有温度变送输出同一个线性常数 K 0 1067 mA 更重要的是温度变送器 温度数显仪或测控装置 通用 反之 如果绕组温度控制器的量程为 0 150 温度变送输出 16mA 150 0 1067mA 而油面温度控制器的量程 为 0 120 则温度变送输出 16mA 120 0 1333 mA 此时油面温度控 制器与绕组温度控制器所配套的温度变送器 温度数显仪或测控装置 无法通 用 如果温度测量系统上的这些测温元件没有按统一量程匹配 将导致测温系 统的各个仪表之间的温度显示值不一致 甚至远传显示本无法监测变压器本体 温度 还有就是变电站设计和基建调试时错误 造成就地与远传信号不对应 远传将无法正常监测变压器本体温度 如将 A 相油温的输出信号回路错误接入 电力研究院电力研究院 第 6 页 共 13 页 B 相油温测量装置中 在计算机组态时将 C 相绕温的点名错误组态为 A 相点名 等 6 测温元件示值漂移 变压器温度测量系统是由多个测温元件组成 这些测温元件有稳定性好的 也有稳定性差的 长期运行会产生示值漂移 从而使整个测量系统测量不准和 就地和远传显示不一致 特别是温度控制器其工作原理是将机械量和热电阻阻 值转变为电量进行测量 这种工作方式的仪表的稳定性相对较差 还有就是大 部分温度控制器 温度变送器 温度数显表都是安装于室外 长期运行于恶劣 的环境中 对测温元件的稳定性有很大的影响 测温元件老化速度要比安装于 室内的设备快 7 温度控制器开关接点影响 温度控制器的温度临近开关接点设定的温度值时 指示指针需要一个推力 才能接通开关接点 开关接点容量越大 推力也要求越大 所以采用外置变送 器输出和热电阻输出的温度控制器 温度在临近开关接点设定的温度值时 会 造成变压器温度测量就地比远传显示偏低的现场 经过试验接点对温度测量的 影响甚至能达到 4 5 因为温度控制器的开关接点一般有四对 一对开关 接点闭合和分开都要需要推力 所以温度控制器运行在开关接点的动作区域的 概率是比较高的 8 温度控制器温度响应速度影响 内置热电阻和外置热电阻的温度控制器 虽然热电阻和压力式温度计的感 温温包插在同一温度计座保护套管内测量变压器油温 但由于热电阻和压力式 温度计采用的测量方式和材质不同 热电阻的准确度和温度响应速度远远高于 压力式温度计 当变压器油温在上升和下降时 热电阻随周围油温变化响应快 而压力式温度计的机械指示随周围油温变化响应慢 这样就造成温度测量就地 和远传显示的不一致 只有当变压器油温平衡后 二者的测量才达到同步 9 温度信号远传的接线电阻影响 通过热电阻信号进行数据远传的变压器温度测量系统 由于温度远传时 热 电阻在变压器本体内 而温度变送器或温度数显仪在控制室内 距离较远 因此 其间的导线电阻影响就会很大 特别是对于热电阻测量回路接线处接头接触不 电力研究院电力研究院 第 7 页 共 13 页 良测温系统 会产生很大的接触电阻 导致远传比就地温度高出很多 对于部分采用三线制热电阻进行数据远传的变压器温度测量系统 测温元 件采用电桥法测量热电阻值转换为温度值 由于数显温度表 温度变送器 测 控装置的性能不好 其测量不能有效的消除线路电阻的影响 将会造成温度测量 系统的就地和远传显示不一致 另外 如果三线制热电阻的测量回路三根导线 的电阻值不一致 也会导致热电阻测量装置不能有效的消除线路电阻的影响 对采用三线制接法温度测量系统 其连接导线电阻也不宜过大 国家规定 值为 5 0 01 此外 热电阻与电源连接的导线上有电流流过 会产生一 定的压降 当导线电阻随环境温度变化时 实际电桥的总电流也会随被测温度 的变化而变化 使加于电桥两端的实际电压值变化 从而引起一定的测量附加 误差 为限制这种因素的影响 热电阻与电源之间的连接导线也为 5 0 01 另外 对于温度变送输出 0 5 V 的温度测量系统 由于测量线路较长会 产生线路压降 每 0 1V 线路压降产生的误差为 3 所以测量线路越长温度测 量就地和远传显示相差就越大 10 温度控制器温包插入深度影响 温度控制器主要由温包 毛细管和指示仪表三部分组成 温包 毛细管及 弹簧管内充满了感温液体介质 通常多数厂家的温度控制器的温包长度约为 100 mm 至 200mm 毛细管根据实际长度确定 一般不超过 6 米 温度控制器通 过将温包插入变压器的温度计座保护套管中测量变压器油温 温包要求全部插 入变压器油温中完全感受油温 这样才能测量准确 变压器的温度计座保护套 管的深度一般只有 13cm 当温度控制器的温包长度大于温度计座保护套管长度 时 温包不能完全插入变压器油内 这时温度控制器的测量值就会受到周围环 境温度及温度变化的影响 当环境温度低于变压器油温时 温度控制器的测量 值偏低 当环境温度高于变压器油温时 温度控制器的测量值偏高 对于不同厂家的温包内置热电阻温度控制器 热电阻在温包中的位置也不 相同 有的安装于温包的中间 有的安装于温包的底部 有的安装于温包的顶 部 如图 6 所示 热电阻安装于温包顶部的温度控制器 由于变压器温度计座 保护套管插入深度只有 120mm 这样会导致热电阻探头有一部分暴露在变压器油 电力研究院电力研究院 第 8 页 共 13 页 温外 温度控制器本体指示与热电阻输出显示会随着变压器油温与周围环境的 温差的增大而增大 此处15测量环境温度 变压器箱盖 铂电阻探头 温包上塞丝 一次仪表温包 图 6 温度控制器安装示意图 温度控制器的温包安装于温度计座保护套管中 因两者之间有空隙 所以 要用变压器油注满保护套管 以便更好的对两者进行热传导 如果安装时两者 之间没有注满变压器油 温度控制器的测量值就会受到环境温度的影响产生误 差 另外 温度控制器感温部分因固有的结构和注油孔的密封性能不好 在温 度计座保护套管内注满油运行一段时间后 保护套管内又变成水或没油 也造 成温度测量就地和远传显示相差大 11 电量变送输出影响 外置 内置 4 20 mA 1 5 V 变送输出温度控制器 变送输出一般采 用滑线变阻器跟随压力式弹簧管的机械位置的变化而变化 该滑线变阻器存在 两个严重问题 一是其调节细度不够 二是滑线臂所使用的材质偏软 不能够紧密 贴合 这样就出现温度变化时远传输出发生跳变的情况 导致温度测量就地和远 传显示的不一致 12 环境温度附加误差 绕组温度控制器是用电热元件模拟变压器的铜油温差 目前有外热式和内 热式两种不同结构 即将电热元件设计在温度控制器的指针刻度附近 或将电 热元件预埋在温度控制器的温包内 内热式温度控制器的温包仅受变压器油温 电力研究院电力研究院 第 9 页 共 13 页 影响而与环境温度变化无关 而外热式温度控制器对环境温度变化非常敏感 必须采用温度补偿机构才能消除环境温度变化的影响 然而事实上有许多温度 计正是因为温度补偿单元失效而引发故障 造成温度测量就地和远传显示的不 一致 综上所述 影响变压器温度测量就地和远传显示不一致的因数很多 其中 一部分误差可通过对温度测量系统进行联调消除 系统联调就是对整个变压器 测温系统进行整体校验和调整 根据校验情况对单体测温元件的变送输出进行 调整 通过调整使整个测温系统能够准确测量变压器温度 并减小温度测量就 地和远传显示的误差 使之小于 5 测温系统联调主要对以下影响测量的因 数有作用 温度测量系统的系统误差 测温元件输出信号未校验或超差 测温 元件未校验 测温元件示值漂移 温度信号远传的接线电阻影响 当然 变压器温度测量系统联调不是对所有变压器温度测量系统有用 它 主要是针对在整个测量范围内 误差呈线性或者误差呈线性增加的变压器温度 测量系统 4 4 变压器温度测量不一致解决措施变压器温度测量不一致解决措施 作为电力系统运行的主设备变压器是否安全稳定运行至关重要 监测主变 温度是衡量其实时工况 安全运行的重要手段 变压器温度控制和故障分析 其核心问题就是变压器温度测量准确 所以变压器温度测量系统就地和远传显 示的准确和一致性是重要的 出现问题应及时消除和解决 针对变压器温度测 量系统就地和远传显示不一致提出以下解决措施 1 加强温度测量系统的设计审查 变电站设计时计量人员应参与温度测量系统的设计审查 设计审查内容包 括 测温方式 接线方式 设备类型的确定 测温设备规格 准确度等级 功 能 二次回路及附件等的选择 安装条件的选择等 凡审查中发现不符合要求 的部分应在审查结论中明确列出 并应由原设计部门进行修改设计 2 加强测温系统安装 调试和验收 所有运行的变压器温度测量设备 包括温度控制器 温度数显表 温度变 送器 测控装置的非电量数据采集通道及其变送输出 投运前均须由法定或授 电力研究院电力研究院 第 10 页 共 13 页 权计量检定机构进行检定 校验 合格后方能投入运行 测温系统投运后 如果 温度测量就地和远传显示大于 5 应要求调试方进行测温系统的现场联调校 验和调整 测温系统联调校验和调整后不符合要求的应要求更换测温系统 变压器温度测量系统投运前应进行现场核查 对测温系统的接线正确性进 行检查 对其控制和保护回路进行传动试验 保证温度测量和控制的正确性 保证就地与远传信号的对应性 测温系统各测温元件的外观质量应无明显瑕疵 和受损 对测温元件的量程进行检查 保证各测温元件的量程相匹配 对测控 装置的非电量数据采集通道的计算机组态进行检查和校验 保证计算机组态的正 确 对带变送输出的温度测量元件应对变送输出回路的电阻值进行检查 保证 测量线路的电阻值相同 保证变送输出回路的电阻值在 5 0 01 范围内 对温度测量系统的测量回路的接头处进行检查 防止接头处松脱 对温度控制 器温包插入深度进行检查 保证温包全部插入变压器油中 保证温度计座保护 套管注满变压器油并保证有很好的密封性 对安装于室外的测温元件应安装防 雨罩 防止雨水侵入和日光照射 对验收不合格的变压器温度测量系统 应要求基建安装 调试方进行整改 直至整改合格验收 3 减小温度测量的系统误差 选用准确度高的温度控制器 温度数显表 温度变送器 测控装置以提高 变压器温度测量系统的准确性 建议温度控制器选用准确度高于 1 5 级 温度 数显表准确度高于 0 5 级 温度变送器准确度高于 0 2 级 测控装置准确度高 于 0 2 级的仪表 选用 4 20 mA 电流信号远传输出的测温元件 用热电阻信号输出进行 远方监测时 由于温度远传时 热电阻在变压器本体上 而温度变送器或温度 数显仪在控制室内 距离较远 因此其间的导线电阻影响就会很大 另外 由 于内置热电阻和外置热电阻的温度控制器 热电阻的准确度 温度响应速度和 温度控制器不一致 会导致温度测量就地和远传显示不一致 而 4 20 mA 电流信号测量是通过电流信号进行数据远传的测温 它具有受环境温度影响小 的优点 也不存在引线电阻之类的问题 电信号远方测量温度 也是通过电阻 来实现的 变压器端的温度控制器提供电阻 控制室内的数显仪或温度变送器 电力研究院电力研究院 第 11 页 共 13 页 提供 0 24 V 电源 以 4 20 mA 输出为例 变压器端的温度控制器内 部有两个可调电阻 利用电位器设定零位 使指针在刻度始端的输出电流为 4 mA 利用电位器设定全量程的最大输出电流为 20 mA 一般温度控制器出厂时 该两个电位器均已设定完毕 并加以火漆封止 防止误转动 温度变送输出 0 5 V 的温度测量系统 因受导线电阻影响很大 所以也不推荐采用这种方 式 减少测量中间环节 提高测量系统的准确性 变压器温度测量系统中的测 温元件越多 叠加的最大允许误差就越大 反之测温元件越少 叠加的最大允 许误差就越小 推荐采用温度控制器内置 4 20 mA 电信号输出 温控器输出 4 20 mA 信号至远方的温度数显表或测控装置的非电量数据采集通道测量后 显示 例如 一个油面温度控制器输出 4 20 mA 信号至测控 测控通信到后 台显示的温度测量系统 油面温度控制器的测量范围为 0 160 准确度为 1 5 级 示值的最大允许误差为 2 4 测控装置的非电量数据采集通道的测 量范围为 0 160 准确度为 0 2 级 示值的最大允许误差为 0 3 则 该测温系统的最大误差为 2 7 而且测量系统的中间测量元件越少 由测温 元件问题造成整个测温系统故障的概率也就越少 对整个测温系统的现场联调 校验和调整也就越容易 对于内置和外置 4 20 mA 电信号的温度控制器 由于电流信号变送器 容易损坏或发生质量问题输出跳变 所以建议采用质量好的带电流信号变送输 出的温度控制器 并应能在不停运变压器的情况下 就能对温度控制器的电流 变送器进行现场跟换 当温度测量系统在测量范围内的误差呈线性或者误差呈线性增加时 可通 过对温度测量系统进行联调减小温度测量的系统误差 系统联调是对整个变压 器测温系统进行整体校验和调整 根据校验情况对单体测温元件的变送输出进 行调整 通过调整使整个测温系统能够准确测量变压器温度 并减小温度测量 就地和远传显示的误差 4 加强设备选型 温度控制器比较突出的问题是不可靠 具体表现为指示 远传输出超差和 指示失效 指示失效属于仪表可靠性存在重大缺陷 温度控制器由弹性元件 毛 电力研究院电力研究院 第 12 页 共 13 页 细管和温包三部分通过焊接组成一个密封系统 利用这密封系统内部所充的感温 介质受温度变化而产生的压力变化 使弹性波纹管端部产生角位移来带动指针指 示被测温度值 并驱动微动开关 输出开 关控制信号以驱动冷却器系统和发油 温高信号 达到控制变压器温升的目的 如果压力密封系统因为慢性渗漏而存有 微小气囊 则温度控制器就会呈负误差或出现指针挂零现象 从而使其指示失效 并可能产生拒动作隐患 JB T 6302 2005 变压器用油面温控器 和 JB T 8450 2005 变压器用绕组温控器 规定温度控制器必须通过 1000h 的稳定性试 验 稳定性试验可将压力式温度表的潜在焊接缺陷有效暴露出来 通过这种稳定 性试验的温度控制器具有较长的工作寿命 对不可靠的产品进行规范化周期检 定所获得的结果也可能是不可靠的 温度控制器的可靠性指标不容忽视 因此在 温度表选型时应选取稳定性好 温度补偿机构好 质量信得过的产品 温度控制 器的质量保证期应不低于五年 油面温控器温包的尺寸为 14mm 150mm 温 控器温包的插人深度不应小于 150mm 绕组温控器温包的尺寸为 14mm 150mm 或 23mm 150mm 温控器温包的插人深度不应小于 150mm 选用内 置 外置热电阻的温度控制器时 应选用热电阻安装于温包底部或中部的温度 控制器 因温度控制器开关接点闭合和分开时会影响就地指示值和远传示值 所以应选用开关接点容量小的温度控制器 开关接点对就地指示值和远传示值 的影响应不超过 1 不要用温度控制器的接点直接控制冷却系统 可采用中 间继电器的方法 温度控制器控制中间继电器的分合 中间继电器再控制变压 器的冷却系统 温度数显表 温度变送器 测控装置选型时应选取稳定性好 质量信得过 的产品 其质量保证期应不低于五年 测量热电阻信号应选用能有效消除线路电 阻影响的测量仪表 必要时可做模拟试验来确定该性能的好坏 热电阻测量时 因两线制测量方式不能消除线路电阻的影响 所以建议采用三线制或四线制测 量方式 5 加强人员培训 从这次调查统计中可以看出 部分单位的工作人员对变压器温度测量方面 的知识掌握不够 致使发生温度测量系统故障和缺陷时不会解决 对校验方法 掌握不够 致使出现校验时选用的标准设备和试验设备不符合要求 没有对变 电力研究