綜合自動化變電站變壓器測溫系統(tǒng)的研究

1 引言
    作為電力系統(tǒng)運行的主設(shè)備變壓器(簡稱：主變)是否安全穩(wěn)定運行至關(guān)重要。監(jiān)測主變溫度是衡量其實時工況，安全運行的重要手段，也是實現(xiàn)綜合自動化變電站(簡稱：綜自站)無人值守的重要條件之一。而實現(xiàn)綜自站無人值守，其核心問題就是綜自信息對點工作中主變溫度信息異常。因此。在綜自站主變測溫系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，詳細(xì)研究該測溫系統(tǒng)的異常現(xiàn)象，并給出相關(guān)解決方案。

2 綜自站主變測溫系統(tǒng)簡介
2．1 綜自站主變測溫系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和原理
    綜自站主變測溫系統(tǒng)是由本體溫包、毛細(xì)管、溫度表、溫度變送器、通道電纜、遠(yuǎn)方溫度測試儀、信號采集轉(zhuǎn)換模塊、信息傳輸裝置(遠(yuǎn)動機(jī))、通信裝置、光纜、監(jiān)控系統(tǒng)主機(jī)(變電站綜自后臺機(jī)、集控站集控主機(jī)、調(diào)度集控主機(jī))等組成，如網(wǎng)1所示。該系統(tǒng)采用復(fù)合溫度傳感器技術(shù)的BWY(WTYK)-803、(TH)802AXMT型壓力式溫度指示控制器(簡稱：溫控器)，能同時輸出Pt100鉑電阻信號。針對實現(xiàn)變電站無人值守，大多數(shù)現(xiàn)場要求溫度表具備O～5 V溫度信號遠(yuǎn)程傳輸功能。遠(yuǎn)程測溫的溫度變送器安裝在溫度表內(nèi)或保護(hù)控制屏后。而有的測溫系統(tǒng)則將4～20 mA輸出的溫度變送器和24 V DC電源模塊集成在一起安裝于變壓器端子箱。溫度表上傳的電阻信號經(jīng)溫度變送器，輸出一個0～5 V的電壓信號或4～20 mA電流信號，經(jīng)信號采集轉(zhuǎn)換模塊采集后計算，通過遠(yuǎn)動機(jī)傳輸?shù)胶笈_機(jī)、集控站、各級調(diào)度處。從而實現(xiàn)R-U轉(zhuǎn)換。

2．2 Pt100鉑電阻原理
    溫控器采用復(fù)合傳感器技術(shù)，在溫包內(nèi)嵌鉑電阻，其原理接線如圖2所示。引入第三根輸入線R2可有效消除因引入線內(nèi)阻而產(chǎn)生的固有誤差，R1是鉑電阻，R0 為戶外至主控室(或保護(hù)室)電纜芯線內(nèi)阻，其工作原理：由于引用第三根線R2形成等臂電橋，從而消除了R0的影響。因此，只有三根芯線內(nèi)阻R0完全相等時才能消除內(nèi)阻對測量結(jié)果的影響。

2．3 溫度數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)簡介
    目前綜自站溫度數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)主要有兩種：一種是主變溫度數(shù)據(jù)采集系統(tǒng) (DW&ZL)嵌在PST626A型主變高后備保護(hù)內(nèi),另一種是主變溫度數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)嵌在公用屏內(nèi)的CSD12A型數(shù)字式綜合采集裝置內(nèi)，如圖3 所示。其工作原理為：傳感器通過系統(tǒng)的5 V供電端僅經(jīng)一只3．92 kΩ的電阻連接到Pt100。這種接法通常會引起嚴(yán)重的非線性問題，但由于經(jīng)后級電路單片機(jī)的軟件進(jìn)行校正，這樣就簡化傳感器的接入方式。按照Pt100 的參數(shù)。其在0°C～150℃的區(qū)間內(nèi)，電阻值為100～157．33 Ω，按照其串聯(lián)分壓的原理，輸出電壓VOUT=VOC／(Pt100+3．92 kΩ)×Pt100，計算出其輸出電壓，如表1所示。

3 測溫系統(tǒng)現(xiàn)有異?，F(xiàn)象
    針對某供電局，現(xiàn)有運行110 kV以上綜自站36座，正在綜自改造的變電站4座，實現(xiàn)遠(yuǎn)方測溫的主變78臺，其中330 kV變壓器10臺，110 kV變壓器68臺。330 kV主變采用2臺油溫溫度表和1臺繞組溫度表，110 kV主變采用2臺油溫溫度表。溫度表需輸出4～20 mA電流或Pt100電阻等信號，其中有的330 kV變壓器還配有遠(yuǎn)程數(shù)字溫顯儀。綜自站變壓器主變測溫系統(tǒng)現(xiàn)有異?，F(xiàn)象：第一類為遠(yuǎn)程數(shù)字溫顯儀(指針式遠(yuǎn)程測溫表)、綜自后臺機(jī)顯示的溫度數(shù)值與主變本體溫度計不一致，后臺機(jī)顯示的兩個溫度亦不一致，有的差別較大；第二類為綜自站后臺機(jī)無法監(jiān)測溫度；第三類為集控站或調(diào)度室無法監(jiān)測溫度或偏差較大，第四類是曾經(jīng)發(fā)生溫度正常而啟動備用冷卻器、溫度越限報警、“主變冷卻器全停”保護(hù)誤動作等現(xiàn)象。

4 測溫系統(tǒng)結(jié)構(gòu)異常現(xiàn)象分析
4．1 第一類異?，F(xiàn)象分析
    (1)產(chǎn)生接觸電阻從Pt100原理可知，若芯線內(nèi)阻R0不相同，就可能產(chǎn)生誤差。而變電站現(xiàn)場接線，其引入線從溫控表到本體端子箱，又從主變端子箱(有的變電站無)到主控室內(nèi)保護(hù)屏(或綜自公用屏)端子排，從端子排引入數(shù)據(jù)采集裝置，環(huán)節(jié)多，導(dǎo)致接觸電阻不一致，加之運行時間長，緊固螺絲銹蝕，產(chǎn)生更大接觸電阻。
    (2)定值整定錯誤或系數(shù)設(shè)置錯誤 在實際調(diào)查中，多次發(fā)現(xiàn)定值整定與實際不符，存在溫度／電阻曲線的斜率計算錯誤，或選擇熱敏電阻質(zhì)材錯誤(銅或鉑)等。
    (3)溫包安裝工藝差遠(yuǎn)程測溫的鉑電阻都安裝在溫包內(nèi)，靠螺紋處安裝。由于未按溫控器安裝丁序、標(biāo)準(zhǔn)要求安裝，導(dǎo)致測量誤差。
    (4)繞組溫度與油溫、兩油溫顯示不一致330 kV大型電力變壓器都配有繞組溫度表，根據(jù)變壓器繞組溫度表的工作原理可知，繞組溫度表的溫包應(yīng)安裝在變壓器油溫較高的部位(如B相套管引出線附近)。實際情況是大型變壓器兩端油溫存在溫差，這就可能造成變壓器在沒帶負(fù)荷時出現(xiàn)油溫表示值高于繞組溫度示值。
4．2 第二類異?，F(xiàn)象分析
    (1)溫度表、溫度變送器和遠(yuǎn)程數(shù)顯儀不匹配每臺溫度表都配備4～20 mA(或O～5 V)的溫度變送器或遠(yuǎn)程數(shù)顯儀，如果繞組溫度表和油溫表量程統(tǒng)一為0°C～150°C，所有溫度變送器輸出同一個線性常數(shù)K=0．106 7 mA／°C，更重要的是數(shù)顯儀和溫度變送器通用，反之，如果BWR繞組溫度表的量程為O°C～150°C，溫度變送器輸出16 mA／150°C=0．106 7 mA／°C：而BWR油溫表的量程為O℃～120°C，則溫度變送器輸出16 mA／120°C=0．133 3 mA／°C，此時BWR與BWY所配套的數(shù)顯儀及溫度變送器無法通用，這給檢驗維護(hù)及安裝調(diào)試人員的交接工作帶來困難，因此導(dǎo)致測溫系統(tǒng)的各個儀表之間的溫度顯值不一致，甚至遠(yuǎn)程數(shù)顯儀和計算機(jī)根本無法監(jiān)測變壓器本體溫度。
    (2)整定值錯誤或設(shè)置系數(shù)錯誤 由于整定值錯誤或設(shè)置系數(shù)錯誤，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)軟件無法正常運行，從而出現(xiàn)不測量現(xiàn)象。
    (3)鉑電阻損壞或接線錯誤 測量鉑電阻值無數(shù)據(jù)或超出范圍；引入到室內(nèi)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的二次線R1、R2、R3相互接反，導(dǎo)致測量數(shù)據(jù)顯示為負(fù)值、0值或最大。
    (4)插件損壞統(tǒng)計實際異?，F(xiàn)象可知，大多數(shù)是由于溫度插件損壞所致。引入到室內(nèi)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的二次線R1、R2、R3所帶信號為弱電，一直接到室外強(qiáng)電開關(guān)場，所受電磁場干擾非常大，這是溫度插件損壞的主要原因，經(jīng)檢查是屏蔽層接地不可靠或只有一側(cè)接地。其次，廠家制造的個別插件質(zhì)量太差。
4．3 第三類異?，F(xiàn)象分析
    (1)遠(yuǎn)程裝置通信插件損壞或通道中斷目前綜自站遠(yuǎn)程通訊是以以太網(wǎng)為主。實際工作中由于通訊插件或模擬通道的調(diào)制解調(diào)器損壞，導(dǎo)致通訊中斷。通道網(wǎng)線接觸不良是通道中斷的主要原因，其次還有通信機(jī)房設(shè)備損壞現(xiàn)象發(fā)生。
    (2)兩側(cè)綜自信息庫未設(shè)置溫度信息接收側(cè)的數(shù)據(jù)庫未設(shè)置的溫度信息。
    (3)信號傳輸有丟幀現(xiàn)象綜自后臺機(jī)溫度顯示正常而遠(yuǎn)程溫度顯示異常，若其他信息正常，大多是產(chǎn)生丟幀現(xiàn)象。
4．4 第四類異?，F(xiàn)象分析
    測溫系統(tǒng)除了測溫外，還存在高溫報警、自動投切冷卻器及高溫跳閘，溫度表開關(guān)接點或溫度插件的開關(guān)接點的正確動作率等現(xiàn)象直接影響變壓器的安全穩(wěn)定運行。
    (1)外部原因雷雨天氣強(qiáng)降雨時，由于溫度表密封圈沒有密封好或已老化斷裂，加上溫度表上方的透氣孔將會有輕微進(jìn)水，造成內(nèi)部零件銹蝕，將可能導(dǎo)致觸點開關(guān)振動；另外，溫度表內(nèi)進(jìn)水可能造成二次回路直流接地和短路。
    (2)二次回路的固有缺陷按《繼電保護(hù)和安全自動裝置技術(shù)規(guī)程》主變配有“冷卻器全?！北Ｗo(hù)，在高溫下20 min跳閘，在常溫下60 min跳閘。XX 330 kV變電站站用變發(fā)生故障，1#主變發(fā)生冷卻器失電全停，而主變未達(dá)到高溫報警下20 min跳閘非電量保護(hù)誤動作事故。經(jīng)檢查是南于室內(nèi)的溫度表跳閘觸點誤動(溫度表工作電源為交流，在交流電源失去后輸出觸點自動閉合)，導(dǎo)致主變非電量保護(hù)動作主變跳閘。

5 解決方案
    根據(jù)以上分析及對變壓器測溫系統(tǒng)的日常檢修維護(hù)實踐，有針對地采取以下解決方案：
5．1 管理措施
    (1)定值管理測溫諸多異?，F(xiàn)象是因定值整定錯誤或參數(shù)未設(shè)置所引起。有的綜自站溫度插件嵌在保護(hù)裝置內(nèi)，有的綜自站溫度插件嵌在公用遠(yuǎn)動屏內(nèi)，保護(hù)由修施工區(qū)管理，遠(yuǎn)動由調(diào)度所管理，而溫度表由計量中心管理，定值又是現(xiàn)場自行整定。因此管理存在漏洞，需重新劃分管理范圍，落實責(zé)任，定值統(tǒng)一核算和整定。
    (2)采購管理對新購表計和溫度插件嚴(yán)把質(zhì)量關(guān)，提出技術(shù)要求：新購繞組溫度表、油溫表和溫度變送器及遠(yuǎn)程數(shù)顯儀均要求附設(shè)調(diào)零機(jī)構(gòu)；新購繞組溫度表、油溫表和溫度變送器及遠(yuǎn)程數(shù)顯儀統(tǒng)一選用0℃～150℃測量范圍：加強(qiáng)新購溫度表的首檢，防止不合格的產(chǎn)品投入使用。溫度插件應(yīng)有調(diào)整功能，以便調(diào)整因外回路引入線內(nèi)阻不一致引起的測量誤差。
    (3)維護(hù)管理所有110 kV及以上變壓器的溫度表必須加裝防雨罩，防止雷雨天氣時雨水進(jìn)人表內(nèi)；加強(qiáng)對新投運的變壓器非電量保護(hù)的整組驗收試驗，消除基建施工遺留缺陷；檢查鉑電阻引入線所在控制電纜屏蔽層兩側(cè)應(yīng)可靠接地；周期檢驗測溫系統(tǒng)。
5．2 異常處理
    (1)第一類異常處理嚴(yán)格按作業(yè)指導(dǎo)書更換已損壞的溫包，更換安裝溫包：溫包安裝前應(yīng)在安裝孔內(nèi)注滿變壓器油，然后慢慢插人溫包并擰緊M27×2接頭，調(diào)整好溫包的插入深度(盡可能選最大的插入深度)并擰緊螺絲。保證溫包被油完全浸沒。標(biāo)準(zhǔn)恒溫槽的插人深度不應(yīng)少于150 mm，確保現(xiàn)場檢驗溫度表時溫包有足夠的插人深度。在運行過程中出現(xiàn)的測溫差異：分段測量R1、R2、R3之間的阻值，比較接觸電阻突然增大的原因，更換已銹蝕的端子和螺絲，緊固螺絲，減小接觸電阻；或按表1調(diào)整溫度插件的電位器；綜自后臺機(jī)出現(xiàn)負(fù)值則引入數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的R1和R2相互倒換。
    (2)第二類異常處理重新核算和整定定值；更換已損壞的溫度插件。
    (3)第三類異常處理采用自環(huán)形式檢查分析出現(xiàn)問題的具體一側(cè)；更換易損壞的遠(yuǎn)程插件、模擬通道使用的調(diào)制解調(diào)器，以及更新綜自站數(shù)據(jù)庫；而丟幀現(xiàn)象的處理則采用提高波特率或?qū)⒃瓉淼哪M更換為數(shù)字通道等措施。
    (4)第四類異常處理加強(qiáng)管理，將測溫系統(tǒng)納入考核；變壓器的繞組溫度只用于信號，本體油溫度保護(hù)一段作用于信號，二段作用于跳閘，且一段輸出閉鎖二段輸出(即一段溫度的一副輸出接點串接在二段溫度輸出回路中)；更換不合格的表計。

6 結(jié)束語
    在無人值守變電站改造和建設(shè)中，“四遙”信息對點工作繁瑣而重要，而主變溫度信息成為阻礙，幾乎每個綜自站都存在問題。通過上述異常分析并提出相關(guān)解決方案，已解決這一難題，加快變電站改造進(jìn)程，同時更能準(zhǔn)確反映變壓器實際運行工況，為監(jiān)控站和調(diào)度提供真實可靠的現(xiàn)場運行信息。