干式變壓器溫度傳感器及控制器現場校驗裝置

中交機電工程局有限公司 劉 源

變壓器是電力系統中實現能量轉換的重要設備，其運行的安全與穩定性會影響電力系統的穩定性。由于當前的導體材料技術決定，變壓器在運行中會大量發熱，引發變壓器溫度升高。變壓器運行規程中有規定變壓器的溫升范圍，溫度過高會導致出現減少使用壽命，以及降低電氣性能、爆炸、起火風險，造成電網不穩定等諸多不安全影響。針對以上問題，良好的熱控管理設備是變壓器運行中必不可少的裝置。

當前，對于干式變壓器，其熱控管理設備包括：溫度控制器、測溫探頭、散熱風機等設備。其中，溫度控制器是由溫度傳感器（或外部電信號）、傳輸引線和電子顯示儀表等組成的，并通過傳感器物理參數（或外部信號變化）來控制變壓器某一部分溫度的電子裝置；此裝置用于檢測變壓器繞組溫度、控制散熱風機的啟停，高溫報警、超溫跳閘等功能，是干式變壓器運行中熱控管理和變壓器過熱保護的重要裝置[1]。

根據DL/T573和DL/T572規程的要求，溫度控制器需要定期進行檢驗。通過試驗，來確定溫度控制器能否正?？刂粕嵯到y，能否正常高溫報警及超溫跳閘等動作，以及回溫接點復位是否正常[2-3]。

當前，對于干變溫度計的試驗，通常采用標準電阻箱，用電阻箱調整不同阻值來代替測溫傳感器PT100在各種不同溫度下的阻值，來校對溫度計顯示是否正確。這種檢驗方法，實際上是用裝置來模擬溫度，檢查溫度控制器是否正常，只能校對顯示表計是否正常，無法確定測溫傳感器是否有異常，無法檢查傳感器信號傳輸線等外圍重要的測溫與信號組件是否正常，測試是不完全的。而且，溫控器在動作后需要一定溫差才能歸位，但是電阻箱很難實現任意溫度的設定輸出，因此其溫控器動作信號復歸的測試通常無法實現。

其他的溫度傳感器校驗設備有恒溫油槽、恒溫水槽，這類設備其體積大，功耗大，應用不方便。這類設備是用于油變油溫計的測試校驗，需要將溫度計拆下來測試。而干變溫度傳感器的安裝方式特殊，是將PT100探頭貼在線包上面檢測繞組溫度的，其引線下外殼線槽內敷設溫度計，無法將傳感器拿出，而且恒溫槽體積大，無法放置在干變近前實現測試操作[4]。以上設備，其針對的不是干式變壓器溫控器的校驗，在使用操作上與現場環境差距較大，應用不便；同時，其測試功能也與干變溫控器有較大差異，針對性較差。

基于以上原因，需要設計一套針對干式變壓器溫控器全面校驗的設備，以實現在干變應用環境，對干變溫度檢測控制組件實現全面測試。

1 新型便攜式干式變壓器溫度傳感器及控制器現場校驗裝置的設計

1.1 干式變壓器溫度傳感器及控制器現場校驗裝置應用環境分析

1.1.1 干變體積小，內部空間小

干式變壓器較同容量的油變，體積小、重量輕、占地面積小、維護方便費用低以及廢棄物污染小等諸多優勢，使得現階段干式變壓器應用越來越多。干式變壓器的參數監控管理，除了常規的電參數外，重要的參數就是變壓器本體的熱控管理組件，包括測溫探頭、溫控器、散熱風機等。干變由于體積小占地面積小，因此干變外殼也緊湊，其熱控等組件安裝排布非常緊湊，變壓器周圍沒有多余空間用于放置測試儀器操作。

1.1.2 溫控組件無法實現拆除進行檢測試驗

測溫探頭無法全部拆除，其信號引線全部敷設于線槽內，無法實現將傳感器拆除拿出來到實驗室測試，只能從線包取出一部分引線，最好的方式是將溫度發生器湊近傳感器實現測試。

1.2 干式變壓器溫度傳感器及控制器現場校驗裝置結構設計

基于以上干式變壓器溫控器校驗裝置的應用環境特點分析，新設計的便攜式干式變壓器溫度傳感器及控制器現場校驗裝置由以下結構組成：一是體積小巧的可移動式溫度發生器組件；二是裝置控制器主機；三是主機與溫度發生器的連接電纜。裝置整體結構示意圖如圖1所示。

圖1 裝置整體結構示意圖

裝置結構設計說明：一是整套裝置由主機和溫度發生器組成；二是主機內部由運算系統、控制系統組成，實現檢測過程的所有控制與數據記錄；三是溫度發生器也可稱為恒溫器，是可以獨立操作的部件，其體積小，設計了加強隔熱，可手持操作。

以上結構設計，體積較大的主機與恒溫結構設計為分體式結構，將恒溫器設計為小型手持式組件，該設計可以實現在狹小空間，對變壓器溫度傳感器實現升溫試驗，而體積較大的主機可以放在遠處空間開闊的地點，兩機之間采用專用控制電纜連接，實現恒溫控制與溫度數據記錄。溫控器的信號與接點通過另一條專用信號線與主機連接，其信號狀態在主機實現顯示與記錄。

1.3 干式變壓器溫度傳感器及控制器現場校驗裝置功能設計

干式變壓器溫度傳感器及控制器現場校驗裝置的功能設計，需要對應溫度控制器的測試項目。參照《JBT 7631-2016變壓器用電子溫控器》標準規定，常規的干式變壓器溫度控制器需要實現以下功能。

一是檢測并定時巡回顯示三相線包繞組溫度。二是故障聲光報警：傳感器故障時相應的A、B、C 相指示燈亮，同時風機啟動，機器內發出嘀嘀聲并接通報警觸點。三是風機啟動和關閉功能：當三相線包繞組中有一相或多相溫度到設定的風機啟動溫度值時風機自動啟動，風機啟動時風機指示燈亮。當三相線包線組中溫度均低于設定溫度一定數值時，風機停止運轉。四是超溫報警功能：當三相線包線組中有一相或多相溫度達到設定的超溫報警溫度時溫控器發出聲、光報警，并接通報警輸出端子，給遠方的控制柜發出聲光報警。五是自動跳閘功能：當三組線包繞組中有一相或多相達到設定的跳閘溫度值時，溫控器接通跳閘輸出端子，以提供一個開關信號給遠方的控制柜，啟動跳閘電路。六是電源電壓降低到一定數值，其測量與動作不受影響[5]。

以上為干式變壓器溫控器的常規具備的功能，本項目設計的裝置，需要對應上述功能，設計對應的檢測程序。本裝置采用真實溫度來實現溫度變化相關檢測。

一是溫度巡顯：主機控制溫度發生器，輸出設定的溫度或者溫度變化序列，將測溫探頭插入溫度發生器，查看溫控器顯示與輸出實際溫度之間誤差是否合格。

二是故障聲光報警：主機可以模擬任意相溫度傳感器故障，由計算機檢測其報警信號是否發出，檢測人員觀察控制器是否實現了聲光報警。

三是風機啟動和關閉功能：主機可以設定任意相溫度超過設定值或達到返回值，或者生成溫度變化序列，由計算機檢測其風機控制電源是否啟動或關閉，檢測人員觀察風機是否正常運行。

四是超溫報警功能：主機可以設定任意相溫度超過設定值，由計算機檢測其報警信號是否發出，檢測人員觀察控制器是否實現了聲光報警。

五是自動跳閘功能：主機可以設定任意相溫度超過設定值，由計算機檢測其跳閘信號是否發出。

六是電源電壓變化：主機可以實現電源電壓由下限到上限調整，同時保持輸出溫度信號不變，檢測溫控器溫度與報警動作是否受到電源電壓影響。

1.4 干式變壓器溫度傳感器及控制器現場校驗裝置檢測流程

校驗裝置由計算機、信號采集器、恒溫器等部分組成。系統控制部分和信號采集部分采用專用信號傳輸。信號采集器完成開關量信號采集以及恒溫器的測量工作。恒溫器采用智能控溫組件自動控溫，采用專用通訊信號與計算機聯機控制，在計算機的控制下，完成不同溫度范圍各溫度點的連續檢定工作。其檢測流程圖如圖2所示。

圖2 裝置現場檢測流程圖

1.5 干式變壓器溫度傳感器及控制器現場校驗裝置特點與可檢測項目

裝置特點：一是體積小，便攜裝置。二是分體式結構，恒溫器與主機分離，可以在小空間操作。三是采用專用的升降溫算法，解決傳統油槽降溫效率問題，全面提升工作效率。四是設計專用測試結構，集被測儀表懸掛、接線、測試、通訊、狀態顯示等多功能于一體，外觀緊湊，接線方便，使用靈活。五是采用復合校準方式，一次升降溫過程完成示值校準、接點信號采集、遠傳信號測量等多個項目，亦可分別獨立測量。六是記錄自動處理與輸出，自動完成數據處理，形成校準記錄表。

可檢測項目：一是示值誤差檢測；二是模擬輸出信號誤差檢測；三是示值回差檢測；四是模擬輸出信號回差檢測；五是示值重復性檢測；六是模擬輸出信號重復性檢測；七是接點動作誤差檢測；八是接點切換差檢測。

1.6 干式變壓器溫度傳感器及控制器現場校驗裝置控制系統設計

根據干式變壓器溫控器的現場校驗需求，控制系統軟件設計了直觀的圖形界面，操作方便。根據需要功能選擇相應的圖標按鈕進入程序，包括：記錄查詢、系統設置、恒溫槽檢測、溫控器檢測、用戶管理、退出系統等，其數據測試界面項目滿足干式變壓器現場校驗的需求。其主要測試數據界面如圖3所示。

圖3 系統主要測試數據界面

2 項目總結

本項目采用了計算機技術、高速采集技術、恒溫控制技術，其成果是一套專門用于干式變壓器溫度傳感器及控制器現場校驗的成套裝置。其實現了恒溫器微型化，手持操作，專門適用于狹小空間的干式變壓器溫控傳感器測試；實現了以實際溫度輸出來校驗干式變壓器溫控器的測量數據與接點動作特性，實現了干式變壓器校驗設備的技術升級，以新技術手段實現了對干式變壓器熱控系統的精確測試管理，極大的提高了設備管理的精細程度，更好的保障設備運行的穩定性，具有推廣價值。