油浸變壓器繞組溫控器異常的檢查與處理

內蒙古華電蒙東能源有限公司 李強強 王德海 大唐四川物資有限公司 李貴強

電力變壓器如果長期運行在過熱狀態下則可導致繞組絕緣老化加快、使用壽命和安全系數降低，甚至導致惡性電力事故的發生。日常溫度監測可對油浸式大型電力變壓器安全運行起到保障作用，變壓器溫控器正常與否關系到變壓器正常運行的監控成效[1]，正確檢查、檢修、校驗油浸變壓器繞組溫控器的重要性顯而易見。

1 設備概述及繞組溫控器工作原理

根據某風電場現場運行數據反饋，220kV 油浸1#主變的繞組溫度和油面溫度基本持平，歷次查評專家均對此問題提出整改意見，但問題一直未能解決，變壓器的繞組溫度顯示不準確也使運行人員對變壓器的運行狀態造成誤判斷。本文結合日常檢修預試工作對變壓器繞組溫度與油溫一致的問題進行分析并提出解決措施。繞組溫控器為國產BWR-04A 型，測量精度±3℃，匹配相應變流器；專用CT 安裝在變壓器高壓側C 相，為LR-220型套管型電流互感器，電流比400/5A，額定二次負荷20VA，準確級為0.5測量級線圈。

變壓器繞組溫控器是根據油浸式變壓器的工作原理和機械結構而特殊設計和制造的專門測量變壓器繞組溫升的測量裝置[2]，由油面溫控器、熱模擬裝置和溫度變送器三部分組成，基于變壓器繞組發熱是由于變壓器負載損耗產生，而負載損耗與變壓器電流平方成正比的機理研發[3]，采用熱模擬方法間接測量變壓器繞組熱點溫度的專用儀表。其工作原理，是插入變壓器油箱頂層專用套管里的溫包感受油溫的變化，其內部的感溫介質因溫度發生體積變化，通過銅質毛細管將體積的變化傳遞至溫控器內的彈性波紋管產生對應的位移量，這個位移量可以理解為變壓器頂層油溫T2；溫控器專用電流互感器取出與負荷成正比的電流，經變流器調整后，輸入到繞組溫控器彈性元件內的電熱元件，電熱元件產生的熱量使感溫介質體積產生一個附加變化，進而使彈性元件產生一個附加位移量，這個附加位移量可以理解為變壓器繞組對油溫差ΔT，從而產生一個比油溫高一個溫差的溫度指示值，這個指示值就是變壓器的繞組溫度T1，即T1=T2+ΔT。

圖1 油浸變壓器某型號繞組溫控器工作原理圖

2 故障分析與排查

根據繞組溫控器工作原理可知，當變壓器負荷為零，繞組中無電流通過、繞組不發熱、ΔT趨近于零，變壓器的繞組溫度T1近似等于變壓器頂層油溫T2(T1≈T2)；風電行業中正常運行的變壓器負荷為零只是一個臨界點，絕大多數工況負荷不為零，可認為繞組中始終有電流通過，繞組發熱、ΔT大于零，變壓器的繞組溫度T1大于變壓器頂層油溫T2（T1＞T2），而溫差與負載電流成正比。如變壓器的繞組溫度T1常年近似等于變壓器頂層油溫T2，說明加熱元件沒有起到作用，附加位移量未被有效疊加，繞組溫控器失去了專門測量變壓器繞組溫升的作用。

導致繞組溫度出現異常的主要原因存在兩個方面，分別是電流互感器二次輸入電流Ip 和變流器加熱調節電阻R。檢修人員先檢查繞組溫控器匹配的CT 二次輸入電流是否正確，通過現場檢查與測試，回路接線正確、輸入電流符合負載實際電流，進而排除了二次CT 輸入電流對加熱元件的影響；進一步核查加熱調節電阻R 的影響，通過試驗發現正常運行的繞組溫控器調節電阻調校不準確。

圖2 油浸變壓器某型號繞組溫控器的變流器校驗原理圖

3 校準、安裝及運檢注意事項

3.1 校準

繞組溫控器的拆卸應用呆扳手，要輕拿輕放。繞組溫控器的溫包必須全部浸入恒溫校準油槽內，表頭必須垂直安裝，數顯溫控儀與繞組溫控器連接以便同步對其遠方顯示進行校準。連接好試驗線路，將恒溫槽溫度設定在60℃，溫度達標后等待10min，示值穩定進行讀數，此數為變壓器頂層油溫，進而判斷溫控器溫包是否正常。根據變壓器出廠資料查閱變壓器溫控器專用CT 的額定二次電流，溫控器的變流器根據專用CT 的額定二次電流(1A、2A、3A、5A)不同，檢查現場變流器接線類型是否正確。根據變壓器本體銘牌查閱變壓器高壓側的額定電流IN，依據公式Ip=IN/CT 變比計算電流互感器的輸出電流Ip。

查閱變壓器的使用說明書得出變壓器繞組對油溫差ΔT，再根據繞組溫控器電熱元件溫升特性曲線查出ΔT 值相對應的Is 值。計算Is/Ip 求K 值，查變流器技術參數表，根據電流互感器最大輸出電流（即額定二次電流）確定的接線類型、輸入電流IP、輸出電流Is/輸入電流Ip 的值，得到調整導線K 的接線端子位置。按圖3接線，其中X1接圖2的R 口、X2接圖2的18口、X3接圖2的1口、X4接圖2的2口。

圖3 油浸變壓器某型號繞組溫控器的變流器校驗接線圖

接通電源，選擇CT 電流模擬器檔位或調整調壓器輸出恒定的電流Ip(電流表A1的指示值)，用來設定和調整模擬輸入繞組溫度器的CT 電流。調整變流器中的變阻器W，整定對應的Is 值。檢查溫度控制器本體讀數及遠方溫度顯示數據，不一致時可通過調節溫度控制器內的Pt100電阻使其一致，也可通過溫度值和輸出無源電流值的對比進行顯示校準，即0℃對應4mA，150℃對應20mA。恒溫槽設定所需溫度值，以滿足主變非電量（溫度）保護定值的整組傳動試驗，對風扇啟停、高溫報警、跳閘信號等對應的觸點開關是否正常、正確動作依次檢查。

3.2 安裝

繞組溫控器的安裝也應用呆扳手，要輕拿輕放，合蓋時四點均勻對稱擰緊。檢查變壓器溫包套管的密封件良好，套管中須注滿變壓器油，油中無水混入。溫包必須全部插入有油的套管內，深度不小于150mm，安裝做好密封以防雨水進入。溫控器多余毛細管應盤為直徑150mm 以上環圓狀，每隔300mm 應對護套毛細管用細銅絲扎結固定。變壓器正常運行30min 后，觀察繞組溫控器溫升是否正確。

3.3 運檢注意事項

主變本體端子箱內繞組溫度專用CT 二次進行一點接地且應良好、無松動，確保人身安全，防止損壞設備。一方面防止一次絕緣擊穿，二次竄入高壓；二方面工作時相當于短路，二次側意外開路，會產生高電壓；三方面檢修時如果二次側沒有被短路，會產生很高的電動勢。在變壓器的運行狀態下，涉及拆裝繞組溫控器時要做好CT 開路的風險防范，同時落實溫度異常變壓器跳閘停運的風險防范。繞組溫控器的日常檢查要考慮負載情況的影響，應與歷史數據對比，涉及接觸檢查必須在變壓器停用的狀態下進行。每2或3年檢查溫控器內有無潮氣冷凝，并檢查、校準溫度指示，溫度計和熱電偶的指示差別應在指示精確度±3℃以內。

遠方溫度顯示誤差等于遠方監控機顯示溫度與繞組溫控器指示值的差值，其值不應超過±5℃，超標應檢查校準；如果變壓器繞組溫度升高超限時，應分別檢查變壓器的負荷、核對溫控器、檢查變壓器的冷卻系統運行是否正常。如若發現溫度較平時同樣負荷和冷卻狀況下高出10℃以上，或負荷未變、油溫不停上升、而檢查結果證明冷卻裝置和溫度計正常、通風情況良好，則認為變壓器已發生內部故障，此時應立即將變壓器退出運行；繞組溫控器的檢定方法分內場檢定和現場檢定兩種方式[4]。無論采取哪種檢定方式，安裝的繞組溫控器必須是剛檢定合格的，如需對之前檢定合格的繞組溫控器替換安裝，也應在安裝之前再次組織檢定合格才可使用，安裝后還須對主變非電量(溫度)保護進行整組傳動試驗。

拆接回路接線時，使用絕緣工器具并用絕緣膠布將相關端子分別包好，嚴禁回路短路或直流二次接地。檢查儀表的表筆要與檢查和被檢查回路保持足夠的距離，防止誤碰造成儀表或待檢儀器損壞；做散熱風扇啟停傳動試驗前，應檢查確認變壓器風機上和周圍無人員工作，附近其它工作人員做好提示、提醒，防止人員受傷或受到驚嚇；檢查繞組溫控器各觸點開關前，熟悉各觸點開關的用途、明確各觸點開關的相應位置、確認各觸點開關的帶電情況，重點檢查觸點開關接線是否正確、可靠，各固定點無松動現象，各觸點動作靈敏無卡滯；為確保校驗準確性，恒溫槽必須使用變壓器油，而且與主變壓器使用同廠家、同品牌、同型號、同規格的油品，嚴禁注水。

綜上，根據工作實際，從繞組溫控器的工作原理分析，對運行中的變壓器繞組溫度與油溫基本一致的問題進行探討，作為變壓器繞組溫度保護，要想真實反映繞組溫度必須測量負荷電流的大小，還需對加熱調節電阻進行調校，根據分析結果利用主變壓器停電檢修機會對繞組溫控器進行調校和維護，校正后的變壓器繞組溫度普便比油溫高10℃左右，此值與變壓器出廠短路法溫升試驗測得的10.30K 值完全相符（高壓繞組溫升相對于油頂層溫升）。