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摘要：本文通过分析变压器运行中热效应以及传统绕组温控器在实际应用中存在的缺陷，阐明了新的绕组温控器设计理念，并简要介绍了新绕组温控器即电子绕组温控器的设计原理、结构及发展优势和前景。
关键词：变压器；绕组；模拟热特性；电子温控器
1 油浸式变压器传统温控器类型及原理
1.1 传统温控器类型
变压器温控器是适用于各种变压器温度测量与控制的电力仪表，根据测量部位可以分为绕组温控器和油面温控器。绕组温控器是反映变压器运行时绕组在绝缘油中的温度，事实上绕组温度是一个模拟值，由于绕组位置的关系和现有检测技术的局限，电力行业还未使用直接测量运行中变压器绕组温度的测量表。不过设计者也很巧妙的避开了这个困难，可根据变压器绕组发热特性及绕组在绝缘油中的降温系数经过计算对其进行模拟，目前行业对绕组温升与电流的关系对应如下图：
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图1 热模拟特性曲线
1.2 传统绕组温控器原理
有了上面的行业标准我们来看看目前大量使用的绕组温控器的原理，单单通过热模拟不能反映变压器绕组的温度，变压器绕组浸泡在变压器油中，变压器油充当绝缘、冷却等作用，在运行时变压器油会与变压器内部各个元件发生热交换，实现热传递的作用。因此绕组的温度也会与油温成正相关。由于绕组是承载电流的元件，所以绕组在运行时的温度理论上高于距绕组较远的变压器顶部油温。而我们现有的温控器也是根据这个理论设计等式：
T绕组 = T油面 + ∆t
式中∆t为热模拟温度，由热模拟特性图可知。为在绕组温控器中实现这个等式，现有温控器装配了电热元件来模拟这个热量，然后与油面温度相加。这个等式也是绕组温控器与油面温控器区别的直观表述：一个∆t的区别。现在来看一下这个∆t的设计方法：
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图2 热模拟电路原理
图中恒流源为变压器电流互感器二次电流，这个电流能够反映变压器的实时负荷。
2 传统绕组温控器的缺点
2.1 传统温控器常见故障简介
从绕组温控器的原理我们可以发现绕组温控器并不是直接检测绕组温度的元件，它是一种模拟检测控制的元件。在实际应用中常常会出现各种故障，如仪表指示值与后台监测值偏差较大、后台监测中断、现场指示不准、绕组表温度值低于油面表温度值。其中绕组表温度值低于油面表温度值的故障比较常见，相比其他故障出现频次高处理难度大，这给变电站运行人员和检修人员带来了极大的麻烦。
2.2 传统温控器故障分析
从前文中讲的原理我们可以知道绕组表与油面表的区别与联系，也可以确信的知道：理论上绕组表的温度值要高于油面表的温度值。简单画一个温控器安装示意图（如图3）来辅助分析一下故障原因。
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图3 变压器温控器安装位置示意图
由上图可以看出三块温度表温度检测探头都安装在变压器顶部，油面表1位于一侧，油面表2和绕组表位于一侧。从安装位置可以判断油面表2和绕组温度表所采集到的油面温度基本相同，与油面表1相比相差几度属于正常情况（外部日晒以及内部热源都会产生影响）。
当出现绕组温度表温度值低于油面表温度值时，首先需要判断是绕组温度表故障还是油面表故障，如果判断是绕组温度表故障，原因可能有以下这些：
a 绕组温度表探头所采集到的温度偏低（油槽缺油、温度探头或毛细管损坏等原因）
b温控器机械部分存在故障
c 温控器热敏电阻故障，温度补偿不够
d温控器正常，正常误差
f其他人为原因
这里说一下第4种原因：温控器正常，正常误差。绕组温控器在安装时需要对温控器的变流器进行选档，检修人员选档是根据变压器额定负荷时的电流值进行选档的，假如一台变压器电流互感器二次额定电流为3.5A，变流器需要选择A3档，则输入到温控器的电流为
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Ip为变压器电流互感器电流。然而，实际运行中各变电站变压器的负荷较小，便变压器电流互感器二次额定电流远低于额定值，比如一台变压器的负荷为额定负荷的30%，变压器电流互感器二次额定电流为0.35A，则输入到温控器的电流为
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对照热模拟特性曲线图可知此输入电流下的热模拟温度较小，实际应用中的热敏电阻在此电流下发热微小几乎产生不了影响。因此在热敏电阻补偿微小的情况下，绕组温度表可以看成油面表，而作为油面表三块表之间存在2~3摄氏度的偏差是被允许的。因此当一块绕组温度表比油面表温度值低2~3摄氏度不一定是故障， 但不熟悉温控器原理的变电站运行人员很容易把这种情况视为故障。然而确实损坏的绕组温控器也不少见，并且处理起来难度大成本高，这种温控器一旦出现某一个元部件损坏就需要整体更换，且由于温控器探头安装在变压器顶部也无法实现带电更换。
综上，传统温控器具有故障率高、可靠性差、成本高、检修难度大、检修成本高、绕组模拟温升概念不直白等缺点。
3 电子绕组温控器设计方案
3.1设计思路
电子绕组温控器是以解决传统绕组温控器缺陷为出发点的新产品，从前文的介绍我们可以看出绕组温控器不是直接检测绕组的温度，而是通过油面温度与电流互感器二次侧电流模拟温升的叠加，而油面温度已经有两块油面表来检测，绕组表再次检测油面温度的工作是重复多余且增加故障率的存在，绕组表真正所做的工作是对变压器负荷电流（变压器电流互感器二次侧电流）的监测，从这个角度分析传统绕组温控器的设计复杂化。
从前文我们对传统绕组温控器的常见故障及缺点可知，导致传统绕组温控器成本高、故障率高、难检修的原因是传统绕组温控器机械结构和电子器件相结合的复杂构架造成的。而经过分析绕组温控器机械结构是多余的存在，去掉机械结构的温控器将大大降低成本和故障点。本文的电子绕组温控器正是符合这一特质的新型智能化产品。
3.2 设计原理
电子绕组温控器对变压器电流互感器二次电流进行采集分析处理，然后以温度的形式显示在人工智能界面，转换关系参考热模拟特性曲线图、热模拟特性—温升与电流对应表，设计图原理如下:
表 1热模拟特性——温升与电流对应表
图4 电子绕组温控器设计原理图
如图4，电子绕组温控器是一个纯电子元件，不需要PT100采集油面温度，不需要机械仪表盘，也不需要热敏电阻发热。电子绕组温控器采集变压器电流互感器二次电流根据模拟热特性图计算出对应温度，这个温度就是绕组温升；另外从油面表2读取油面温度，这个温度加上绕组温升就是绕组温度值。
4 电子绕组温控器主要组成部件及功能介绍
4.1 组成部件
a变流器 变流器的作用是把来自变压器电流互感器二次电流进行调整，变流器设置多个档位供安装在不同额定电流的变压器时选用。
b输入模块 输入模块采集输入的电流模拟量转换成数字量供处理器分析使用。
c处理器 处理器负责数据分析、显示、及控制各模块。
d显示模块 显示模块可以显示需要监测的信息也可触摸操作。
f输出模块 输出模块包括控制信号节点输出和向后台传输监测信息（光纤传输）。
4.2功能介绍
电子绕组温控器是数据接收、处理、发送为一体的现代电子产品，配备高性能处理器、光纤传输接口和高清触控屏，实现温控器和交换机的移动互联和人机互动功能；同时配备四对节点实现风冷的控制以及油温高报警信号输出。触控屏可以显示绕组温升、油面温度、绕组温度、报警信息、运行状态等各种信息，同时可以设置、查询所需要的信息。
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图5 电子绕组温控器安装示意图
5 电子绕组温控器的优势及推广意义
5.1电子绕组温控器的优势
电子绕组温控器相比传统绕组温控器在结构上比较简单，设计原理上更直白简单易懂，便于电力运行人员观测维护，也容易安装、检修、更换。电子绕组温控器还具有生产成本低，可靠性高，后期维护经济性好，体积小、轻便、易安装等优势。
可靠性高 电子绕组温控器在设计原理上简单，相比传统机械式温控器少了机械指针部分、毛细管、PT100、主变顶部油槽、热敏电阻发热原件、变流器等多个配件，这也对应少了多个故障点，大大降低了温控器的故障概率，提高了温控器的可靠性。
经济性好 电子绕组温控器生产成本低，生产一块电子绕组温控器价格预计在两千元左右，而市面一块机械绕组温控器价格在一万元左右。机械绕组温控器不能单独更换配件不能维修不能带电更换，电子绕组温控器可维修可带电更换大大降低了运行维护成本。
体积小、轻便、易安装 电子绕组温控器在体积上约为10立方厘米的小方盒，重量小于500克，在主变温控器位置安装从主变端子箱引出电缆即可。
输出稳定 电子绕组温控器对后台的信息传输采用光纤传输，传输功能强大，抗干扰性强，不存在传统温控器由于电流变送器损坏、传输路径分流、机械指针失准等原因造成的前后台温度不一致故障。
便于观测 电子绕组温控器配备触摸屏，可显示多种信息，绕组温升显示给观测人员多提供了一个观测和判断依据，这个值可单独监测变压器负荷变化情况，也可在由于油面温度表引起的绕组温度不准时通过绕组温升值辅助判断。
5.2电子绕组温控器的推广意义
随着我国日新月异的发展，国力日益强盛，国家提出了网络强国战略，在网络强国战略之中，建设泛在电力物联网，是一个很重要的举措。2019年国家电网公司，两会做出全面推进三型两网建设，加快打造具有全球竞争力的，世界一流能源互联网企业的战略部署，是网络强国战略在公司的具体实践，是落实中央部署，发挥央企带头作用的重要举措，是适应内外部形势和挑战的必然要求。
本文所设计的电子绕组温控器是充分应用移动互联，人工智能等现代信息技术，先进通信技术，实现电力系统各环节万物互联，人机交互，具有状态全面感知 信息高效处理，应用便捷灵活特征的智慧服务产品。
本文设计符合我国建设泛在电力物联网，三型两网、世界一流电力企业的战略目标。
参考文献
[1]《公司全面部署泛在电力物联网建设》.国家电网公司官网新闻[引用时间2019-03-15].
[2]《绕组温控器 BWR-04中文说明书》.[引用时间2019-05-25].
[3]《国家电网有限公司十八项电网重大反事故措施》.[引用时间2019-07-20].