孙加磊
淄博市临淄区人民医院 山东省淄博市 255000
摘要：随着经济和电力行业的快速发展，变压器是电力系统中核心设备，对电力系统的安全、可靠运行起着关键的作用。变压器经常发生热故障，严重威胁变压器的安全运行。油温和绕组温度是监测变压器运行状态的重要参数，其中变压器油充满整个变压器内部，起到绝缘和冷却的作用。油温每升高10℃时，其劣化速度就增加2倍，及时掌握变压器的油温，是运维人员重要任务。在测量油温的定位上，变压器行业一直采用油温度计的方法来监测油顶部温度，并设定报警和跳闸信号，确保变压器油不会因为温度过高导致过速氧化。目前大多文献资料和学者都只停留在预测阶段，并没有在实际变压器产品上进行实验论证，缺乏解决油温升真实反映的具体办法。
关键词：变压器；温升试验；影响因素
引言
电力变压器是电力系统中的重要设备，变压器的油温和绕组温度直接决定变压器的使用寿命。由于传统的压力式温度计受环境温度的影响及机械结构的老化和磨损，经常出现视值温度异常、现场指针卡粘等故障，造成现场和远方两表温差数值超标。因此设计研发一款能适应环境温度变化、现场和远方两表温差＜1℃，可实时监测记录的数字式智能油温/线温测量表，为变压器的状态检修提供可靠的技术数据。
1变油温异常升高的原因分析
变压器的热量向外传递的路径非常复杂，在油浸自冷式变压器中，传递过程如下:(1)热量由线圈或铁心的内部以热传导方式传到表面;(2)热量由线圈或铁心的表面传到变压器油中;(3)线圈或铁心表面附近的热油以对流散热的方式把热量传到油箱或散热器的内表面;(4)油箱或散热器内表面的热量经传导方式散到其外表面;(5)所有热量均以对流和辐射的方式散到周围空气中。目前我国变压器线圈的绝缘属于A级纸绝缘，最高使用温度为105℃。线圈作为一个重要的发热源，其温度通常会比油面温度高出约10～15℃，如油面温度为95℃，则线圈温度将达到105～110℃。如果变压器内部绝缘油温度过高，线圈的温度就会超过线圈间绝缘物的耐热强度，会加速绝缘油的劣化速度，以及主绝缘的老化，最终影响变压器的使用寿命。为防止变压器绝缘油过速劣化，在实际运行过程中我们把变压器绝缘油上层油温控制在不超过85℃。
2变压器油温分布及解析
2.1油温分布
传统的油温度计安装在变压器油箱顶部，温度计测量的是油箱顶部油的温度，被绕组内部加热的油从绕组流出后，与绕组外部顺着油箱壁未被加热的油路混合，并一同流入冷却设备，由于这种混合的存在，安装在油箱盖上的温度计并不能测出从绕组流出的变压器油的温度，即温度计测量的油温低于变压器油温的最大值。变压器内部发热体为铁心和绕组，其中绕组的损耗值大于铁心的损耗，变压器油在绕组内部经过热传递，将绕组热量带走，并从上部出油口流出，此时，绕组的出油口温度大于油箱顶部温度。
2.2温度传感器的选择
温度测量是本项目开展的基础内容，在选择温度传感器时，需要考虑极端温度情况，且还需确保测量精度。本项目综合考虑各种因素，最终选择标准A级铂电阻，该传感器体积小巧，仅有3*3*20mm大小，测量温度范围（–50℃-300℃）。
长期稳定性：R0漂移小于等于0.04％（500℃，1000小时后）；抗振动等级：至少40g加速度（10-2000Hz）；绝缘电阻：＞100MΩ，20℃时；抗冲击等级：至少100g加速度（波动8.5mS后）自热系数：0.4K／mW（0℃时）。在实际使用中，引脚部分作额外防水处理，防止极端情况下凝露的产生对测量电路产生干扰。
2.3温升试验结果
对于变压器高、低压绕组温升来说，验证了以下几点：（1）变压器温升试验在测量热电阻时一旦失败，直接采取施加1h额定电流的做法是不恰当的，这会引起大约6%～7%的大误差，应该将变压器重新投入总损耗阶段，待其稳定后再调整到额定电流状态。（2）温升试验前后采用不同仪器测量热电阻，也会在一定程度上引起测量误差，但只要各仪器均符合检定标准，此方面的误差不会很大，本次试验中用的两台仪器引起的误差不超过2%。（3）从切断电源到电阻仪复位的时间对试验结果的影响是比较大的，此时间如果为1min，就会引起约8%的误差，所以变压器温升试验时的电源应采取速断模式，且在断电的一瞬间同时按下电阻仪的复位按钮才不至引起较大的误差。（4）如果按下电阻仪复位按钮后，试验人员拆线拖沓等原因造成3～4min才得到第一个热电阻值时，也会对试验结果造成影响，但其影响并不是很大，大约1%～2%。（5）如试验人员并非全程值守也会对试验结果造成一定的影响，其影响大约为2%。
3智能控制解决方案
变压器油最热点往往位于绕组的出油口，而传统油温计测量的油箱顶部温度并非变压器油最热温度，不利于反映变压器内部的真实温度，具有极大的限制。为解决真实油温测量问题，可以采用光纤配置油温计的智能控制方法进行最热点油温测量。其中在变压器内部将光纤探头预埋在绕组出油口处，并固定在附近的垫块上，内部光纤将信号通过油箱顶部的贯通器与外部光纤相连，采用光电转换器将光纤测量结果转成需要的电信号，最终通过串口通信连接到主IED，实现智能控制。传统的光纤测温技术大多利用于绕组热点温度测量，外部需要后台处理信号，整套设备价格昂贵，而改进之后的油热点测量只需探头、贯通器和光电转换器即可，与传统的油温计价格相近。该解决方案的关键点在于内部光纤在油箱顶部的出线，传统的光纤配置贯通盘，但是贯通盘通道多、价格昂贵，且体积庞大，不利于推广使用。采用CT盖板安装贯通器的方法，可以有利于变压器的密封，简化整个安装方案以及降低成本。该智能控制解决方案的优势在于：（1）可靠、经济、有效地监测变压器油真实温度：该方法克服了传统温度计只能安装在油箱顶部的劣势，可将测温探头布置于绕组油流出口处，实现对油最热温度进行监测。（2）不漏油的光纤安装方式：与传统光纤测温相比，该方法配合端子板，而不是传统光纤贯通板，而且不需要采用后台处理系统，大大降低了成本。（3）安装和操作模式简单：将测得的油温通过内部电缆引出后，可实时观测油温的变化情况，安装与操作均较为简单。（4）光电数据传送利于智能化控制：光纤测得的油温度实时转换为运维所需要的各种信号，为智能监测变压器性能提供了便利。该智能解决方案可实现油温的测量、控制、监测和保护功能，满足电网运行的安全性、可靠性和资源优化配置的要求。通过WIFI传送数据，方便变压器运维人员巡检设备。大数据库可自动生成曲线，分析变压器寿命期内的运行状态。
结语
温升是变压器的一项重要参数，关系到变压器过负荷、绝缘寿命等运行性能。温升试验的标准方法是短路法。对于大型电力变压器来说，短路法可以满足绝大多数产品的试验需求。但对于双低压变压器，若存在三系统联合运行的负载状态，就需要考虑如何在温升试验第一阶段施加联合运行总损耗。可实现变压器冷却器的启/停控制，使变压器的运行温度更趋于平稳；辅助冷却系统更节能。
参考文献
[1]元孝武.变压器内部温升计算与运行方式优化[D].山东大学,2017.
[2]李显鹏,刘杰,顾用地,等.一起高压电抗器绕组温度异常的处理及临时监视方法[J].电工电气,2017(4):43-45.