基于變電站一次設備振動量對壓力式溫度計影響的研究

唐標，李博，秦雄鵬，劉斯揚，陳亮州

（1. 云南電網有限責任公司電力科學研究院，昆明 650217；2. 云南電力技術有限責任公司，昆明 650217； 3. 南方電網綜合能源(云南)有限責任公司，昆明 650000）

0 前言

在電力系統，壓力式溫度計主要應用于測量變電站一次設備變壓器、電抗器的油溫，其溫度測量值是否準確直接影響變電站一次設備的正常運行。在2015年之前，國內的很多計量機構、工業生產單位和高校圍繞壓力式溫度計溫度測量不確定度、檢定方法及儀表結構等方面進行了大量的研究。然而，近年來由于新型的溫度傳感器和非接觸式紅外測溫技術在變電站的大量使用，對于壓力式溫度計的研究越來越少，對于現場環境因素對其運行可靠性的研究更是空白。2014年，云南電科院與昆明供電局在對500 kV草鋪變漫昆Ⅰ、Ⅱ回線路高壓電抗器振動數據開展現場采集時發現，振幅數據超過一定數值的高壓電抗器，安裝在該設備上的壓力式溫度計的指針擺動幅度大大超過測量控制儀表對被測體的振動要求（振動對影響指針偏轉不大于2 ℃）。2015年3月云南電科院對德宏供電局500 kV德宏變電站熱工儀表進行現場檢測，共檢測壓力式溫度計26臺，其中9臺不合格，合格率僅為65.4%。不合格的9臺壓力式溫度計均安裝在振動噪音較大的電抗器上。2015年至2019年，通過對云南地區5個供電局6個500 kV變電站的數據采集發現，部分變電站一次設備在運行過程中噪音較大，安裝在其上面的壓力式溫度計指針擺動明顯，不僅影響運行人員日常監控，甚至部分表計已損壞，出現前端和后臺溫度示值不一致的現象。針對這一情況，在國內電網企業首次研究變電站一次設備在運行過程中產生的振動量對壓力式溫度計正常運行的影響，能為后續壓力式溫度計正常運行提供技術保障[1-10]。

1 變電站一次設備振動產生的原因

變電站一次設備振動量的直接表現，就是該設備在運行過程中產生的噪音。變電站一次設備的噪聲是由本體結構設計、選型布局、安裝、使用過程中，變電站一次設備本體及冷卻系統產生的不規則、間歇、連續或隨機引起的機械噪聲及空氣噪聲總和。具體來說，變電站一次設備噪聲共有三個聲源，一是鐵心，二是繞組，三是冷卻器，即空載、負載和冷卻系統引起噪聲之和。鐵心產生噪聲原因是構成鐵心硅鋼片交變磁場作用下，會發生微小變化即磁致伸縮，磁致伸縮使鐵心隨勵磁頻率變化做周期性振動，鐵心磁致伸縮變形和繞組、油箱及磁屏蔽內電磁力所引起。繞組產生振動原因是電流繞組中產生電磁力，漏磁場也能使結構件產生振動。電磁噪聲產生原因是磁場誘發鐵心疊片沿縱向振動產生噪聲，該振動幅值與鐵心疊片中磁通密度及鐵心材質磁性能有關，而與負載電流關系不大。通過相關資料的查閱發現，聲壓（p）的平方=聲強（I）×介質密度（ρ）×聲速（C），分貝是聲強（I）的單位和振幅成正相關，分貝(I)=20 log（振幅）。因此，振幅越大變壓器或電抗器的發射聲功率就越大，直觀的反映就是變電站一次設備在運行過程中產生的噪音越明顯。

2 變電站一次設備振動數據采集

現場采集主要包括：主變和電抗器的振動頻率、振幅進行采集。通過振動頻率數采對設備的振動頻率進行采集，發現主變和電抗器的振動頻率與設備出廠額定頻率相符，主要頻率波段集中在（50～200） Hz，并無異常。由于變電站的振動量與設備運行過程中產生的噪音大小有關，根據這一規律，有針對性的對云南全省范圍內變電站一次設備振動噪音較大的5個供電局的6個500 kV變電站進行振動數據采集。利用手持式測振儀對一次設備振動振幅進行采集，得到運行異常的壓力式溫度計數據如表1所示。

表1 壓力式溫度計運行異常情況統計表

3 變電站一次設備振動數據分析

通過對云南地區5個供電局的6個500 kV變電站，共計96塊壓力式溫度計進行振動量的數據采集工作，由圖1可以看出，在6個變電站中17.7%的壓力式溫度計受變電站一次設備運行時產生的振動量影響而無法正常運行甚至損壞。

圖1 本專項所采集壓力式溫度計運行情況統計

通過對表1數據進行統計后發現，在所有17組運行異常的壓力式溫度計振幅數據中，運行設備振幅在16 um以上時，壓力式溫度計運行異常，安裝在該類設備上的壓力式溫度計無法正常工作。當一次設備運行時產生的振動振幅接近或超過20 um時，壓力式溫度計指針抖動越明顯。通過數據分析，安裝在變電站內振幅低于15 um以下的變壓器和電抗器上的壓力式溫度計運行正常。這一結果，與這6個500 kV變電站歷次預試定檢不合格壓力式溫度計的安裝地點基本吻合。因此，通過對變電站一次設備振動量的采集，有必要驗證振幅≥16 um這一條件是否是影響壓力式溫度計正常工作的因素之一，對后續壓力式溫度計采取減振措施以保證其正常運行提供理論依據。

4 實驗室振動型式試驗驗證

根據現場采集的數據，驗證壓力式溫度計是否在≥16 um這一振幅值條件下無法正常工作，我們在實驗室利用振動機對變電站出現問題最多的某型號壓力式溫度計其進行模擬試驗[1-3]。

根據GB/T17215.211-2006《交流電測量設備通用要求、試驗和試驗條件 第11部分:測量設備》的規定，在實驗室進行振動試驗時應分別進行不同頻率的振動試驗。具體如下：

當f＜60 Hz，恒定振幅75 um進行振動型式試驗；

當f＞60 Hz，恒定加速度9.8 m/s2進行振動型式試驗。

在振動型式試驗過程中，壓力式溫度計與振動臺采用剛性連接進行實驗。當振動頻率在（50～200） Hz，振幅超過16 um時，壓力式溫度計指針抖動明顯，振幅越大，振動越明顯。用熱工多功能校驗儀對壓力式溫度計配套溫度變送器進行溫度示值采集發現，由于壓力式溫度計的振動使得溫度變送器輸出的電信號波動較大，無法準確測出溫度值。如表2所示。

表2 壓力式溫度計型式試驗溫度值

通過對表2的分析可以看出，振幅值得不同，壓力式溫度計的運行情況也不同。當振幅超過16 um時，振幅越大，壓力式溫度計越無法正常工作。鑒于不同廠家的壓力式溫度計抗振動量影響的能力不同，因此，當現場運行的一次設備振幅超過16 um時，為確認安裝到該設備上的壓力式溫度計能夠正常工作，需要在實驗室對壓力式溫度計進行振動量仿真實驗。

5 結束語

以變電站一次設備運行時產生的振動量為分析參數，通過采集云南地區6個500 kV變電站噪音較大的一次設備和配套安裝的壓力式溫度計的振動數據，結合相關振動標準裝置和試驗設備進行研究，初步判斷產生影響壓力式溫度計正常工作的振幅值為≥16 um。目前國內校驗壓力式溫度表一般執行國家計量標準《JJG-2002壓力式溫度計檢定規程》，且國內外都沒有相關的加入振動幅值參量的校驗裝置，使得安裝在變電站一次設備上的壓力式溫度計只能在出廠或第三方檢定時判斷其示值誤差是否合格，而無法確保在振動條件下該類表計的工作性能，更無法評定該類表計能否滿足設備運行要求。因此，有必要根據GB/T17215.211-2006《交流電測量設備通用要求、試驗和試驗條件 第11部分：測量設備》、GB/T2423.10-2008《電工電子產品環境試驗第2部分試驗方法試驗FC:振動（正弦）》的規定，對電力系統使用的壓力式溫度計加入振動參量的實驗室模擬，以便發現由于振動量對壓力式溫度計帶來的影響，為電網的安全運行提供保障。