繞組及油面溫度控制器在瀑布溝水電站的應(yīng)用

嚴(yán)映峰，陳 陽，董小強(qiáng)

（國電大渡河瀑布溝水力發(fā)電總廠，四川 漢源 625304）

繞組及油面溫度控制器在瀑布溝水電站的應(yīng)用

嚴(yán)映峰，陳 陽，董小強(qiáng)

（國電大渡河瀑布溝水力發(fā)電總廠，四川 漢源 625304）

介紹瀑布溝水電站主變壓器油面溫度控制器及繞組溫度控制器的測溫、控制原理及在實際運用中取得的效果，并簡要分析了溫度監(jiān)測對變壓器的安全穩(wěn)定運行具有的重要意義。

油面溫度；繞組溫度；原理；應(yīng)用

瀑布溝水電站位于大渡河中游，地處四川省西部漢源和甘洛兩縣交界處，裝設(shè)6臺600 MW的混流式水輪發(fā)電機(jī)組，在系統(tǒng)中擔(dān)負(fù)調(diào)峰、調(diào)頻及事故備用，枯期擔(dān)負(fù)峰腰荷，汛期主要擔(dān)負(fù)基荷，是四川電力系統(tǒng)中骨干電站之一。

瀑布溝水電站機(jī)組容量大，與機(jī)組容量配套的主變壓器的容量也較大。根據(jù)瀑布溝水電站的運輸條件，不可能采用常規(guī)三相變壓器。為限制主變壓器的運輸重量，減小變壓器布置場地，簡化發(fā)電機(jī)電壓大電流離相封閉母線的布置，采用西電變壓器有限公司生產(chǎn)的額定容量為667 MVA的油浸式、雙圈升壓、組合式三相主變壓器。變壓器冷卻方式為強(qiáng)迫油循環(huán)水冷，調(diào)壓方式為無載調(diào)壓，高、低壓側(cè)接線方式為“Y/△”。主變高壓側(cè)經(jīng)油／SF6套管與500 kV SF6GIS管道連接，低壓側(cè)經(jīng)油/空氣套管與20 kV離相封閉母線相連，高壓側(cè)中性點經(jīng)35 kV油/空氣純瓷套管引出并通過電纜直接接地。

1 溫度對變壓器壽命的影響

對于變壓器用的絕緣材料的經(jīng)濟(jì)使用壽命，一般確定為20年。老化了的絕緣，其電氣強(qiáng)度只略有降低，其機(jī)械性能卻明顯降低，絕緣是否老化，主要是以其機(jī)械性能的變化來判斷。從外觀判斷，老化了的絕緣，顏色變深；出現(xiàn)自然龜裂、脆化、脫落等現(xiàn)象。

變壓器絕緣的使用壽命和長期運行溫度的關(guān)系，根據(jù)經(jīng)驗，可用下式表示：

t-絕緣運行溫度（℃），不超過140℃

即溫度每升高（或降低）6℃，絕緣老化壽命降低一半（或提高一倍），這被稱為“6度定則”。以油浸式變壓器為例：環(huán)境空氣年平均溫度為+20℃，額定運行時繞組平均溫升不超過+65 K，繞組最熱點比繞組平均溫升高約+13 K（自然油循環(huán)），也就是繞組絕緣最熱點溫度不超過20+65+13=98℃可以保證長期在環(huán)境空氣為年平均溫度+20℃下，以額定負(fù)荷長期運行，繞組的絕緣使用壽命在20年以上。實際上大自然的氣溫并不都是+20℃，變壓器以額定負(fù)荷長期運行，夏日氣溫高，繞組絕緣的運行溫度高于98℃，實際壽命損失要大些；冬天氣溫低，繞組絕緣的運行溫度低于98℃，實際壽命損失要小些，二者是大致互相補(bǔ)償?shù)摹?/p>

變壓器過負(fù)荷運行，通常不應(yīng)超過標(biāo)準(zhǔn)關(guān)于變壓器過負(fù)荷能力的規(guī)定。變壓器在各種環(huán)境溫度和使用條件下，其所允許的過負(fù)荷，均應(yīng)在絕緣老化可以接受的限度內(nèi)，并且繞組最熱點溫度不超過140℃（當(dāng)溫度超過140～160℃時，會產(chǎn)生氣泡，有可能使變壓器的絕緣強(qiáng)度下降）。變壓器在運行中，由于事故，變壓器的出線端子（套管）附近或線路會發(fā)生突然短路（外部短路），在變壓器繞組中會流過超過正常工作電流數(shù)倍至數(shù)十倍的短路電流，短時內(nèi)繞組的損耗加大，溫度很快上升，既瞬間過熱。標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，變壓器繞組應(yīng)能承受住這種過電流所產(chǎn)生的瞬時高溫作用。并規(guī)定變壓器承受短路的耐熱能力應(yīng)通過計算進(jìn)行驗證。變壓器溫度控制器是用來測量變壓器油頂層溫度和變壓器繞組溫度的，因為變壓器的安全運行和實驗壽命和運行溫度密切相關(guān)的，在變壓器的標(biāo)準(zhǔn)中（或技術(shù)協(xié)議中）相應(yīng)的規(guī)定了變壓器運行時油頂層的溫度和繞組的平均溫度。并且，通過變壓器溫度控制器中設(shè)置的信號開關(guān)，向冷卻裝置控制柜發(fā)出信號，根據(jù)已設(shè)定的溫度限值來控制冷卻風(fēng)扇和油泵的投切；并根據(jù)設(shè)定的溫度限值發(fā)出報警或跳閘信號。

2 瀑布溝主變壓器溫度測量的配置及原理

瀑布溝水電站主變壓器每相采用2只油面溫度控制器和1只繞組溫度控制器。

2.1 油面溫度控制器

（1）油面溫度控制器型號及組成

油面溫度控制器型號為MT-ST160F+ZT-F2+PSL242；其主要由MT-ST160SF指針式溫度計、PSLC242電源、ZT-F2溫度發(fā)送器三部分組成。每相配備2只，直接測量油的溫度，見圖1。

圖1 油面溫控器

技術(shù)參數(shù)：測量范圍：0℃～160℃；開關(guān)切換差：測量范圍的3%；溫度偏差：相當(dāng)于DIN 16 203 的±2℃；絕緣等級 2.5 kV/AC，50/60 Hz，1 min ；環(huán)境溫度：-20℃～+80℃；接點容量：5 A，125/250 V/AC；防護(hù)等級：IP55；輸出信號：一路4～20 mA，一路PT100；電源電壓：10～36 V/DC（無電壓調(diào)整）。

（2）油面溫度控制器工作原理：

油面溫度控制器是由彈性波紋管、毛細(xì)管和溫包組成一個全密封系統(tǒng)，利用這密封系統(tǒng)內(nèi)部所充的感溫介質(zhì)受溫度變化而產(chǎn)生的壓力變化，使彈性波紋管端部產(chǎn)生角位移來帶動指針指示被測溫度值。帶有6個可調(diào)整的微動開關(guān)。溫度值由一個封閉的內(nèi)充高壓液體的管系流測量。由于油面溫度的不同，管系流中壓力將其變化量轉(zhuǎn)變成機(jī)械力驅(qū)動指針心軸轉(zhuǎn)動，溫度值即指示在刻度盤上，同時也帶動微動開關(guān)在變化量達(dá)到設(shè)計值時動作，發(fā)出相應(yīng)信號。其中ZT-F2溫度發(fā)送器里一個傳感器，可將溫度值轉(zhuǎn)換為4～20 mA電信號，但是此傳感器需要通電（12～30 VDC）,PSLC242為傳感器提供了電源。

2.2 繞組溫度控制器

（1）繞組溫度控制器型號

繞組溫度控制器型號為MT-STW160F2+ZT-F2+Va+PSL242；其主要由MT-STW160F2繞組溫度計、PSLC242直流電源裝置（安裝在控制柜內(nèi)）、V1a匹配器、ZT-F2溫度發(fā)送器4部分組成。每相配置一套繞組溫控器，共3套（詳見圖2）。

圖2 繞組溫控器

（2）繞組溫度溫控器的原理

繞組溫度是變壓器油面溫度使儀表內(nèi)的彈性波紋管產(chǎn)生的角位移，疊加儀表內(nèi)的發(fā)熱元件產(chǎn)生角位移，來帶動指針指示變壓器繞組的溫度值。發(fā)熱元件是通過匹配器和變壓器CT測得負(fù)荷情況變化而補(bǔ)償不同的銅油溫差（不同的角位移量）。繞組溫度的測量是使用間接方法：繞組和油之間的溫差決定于繞組電流，而電流互感器二次電流與變壓器繞組電流成正比。將互感器二次電流經(jīng)匹配器Va接至溫控器的傳送器，從而產(chǎn)生的指示值比實測油溫高一個溫度即為繞組溫度。即繞組溫度就是油面溫度加上CT二次電流轉(zhuǎn)換后的溫度。

（3）ZT-F2的工作原理

ZT-F2變壓器溫度發(fā)送器只有和TRASY2系列指針溫度計相配合，才能用于模擬變壓器中的熱像（繞組溫度）。繞組溫度只能間接測量。繞組和冷卻介質(zhì)之間的溫差決定于繞組電流，而電流互感器二次電流與變壓器繞組電流成正比。將互感器二次電流送至溫度發(fā)送器ZT-F2中的加熱電阻，從而產(chǎn)生的指示值比實測油溫高一個溫差，該溫差和變壓器負(fù)載相對應(yīng)。繞組溫度是由ZT-F2模擬的，而油和繞組之間的溫差先設(shè)定好的。繞組溫度在指針式溫度計上指示，指針式溫度計的溫包也裝在ZT-F2之內(nèi)。測得數(shù)據(jù)也可以通過Pt100電阻器供動圈式指針表指示或通過模擬輸出作數(shù)碼顯示，見圖3。

圖3 測溫原理方框圖

3 實際效果

為了解該溫度計測量準(zhǔn)確度，采用了以下溫升法校驗溫度計，模擬試驗條件：

（1）準(zhǔn)備一個油槽，控制好油槽中油的流動，速度 ＜ 0.5 m/s。

（2）將該溫度計座安放到油槽中。

（3）溫度計座內(nèi)充油到高度的2/3。

（4）將ZT-F2插入溫度計座。

（5）將Pt100連接到端子3+4（或者選5+6）也可以連接4～20 mA輸出。插入指針式溫度計，直到止檔（約175 mm）。

（6）油槽溫度不得超過30℃，否則通過雙螺母散發(fā)的熱量將破壞變壓器的條件。

（7）傳感器感受油槽溫度至少持續(xù)30 s。

（8）達(dá)到躍升溫度的一個測量循環(huán)至少需時45s。

在實際投入運行中，帶一定負(fù)荷時一段時間后，運行人員通過用FLUKE紅外測溫儀實測溫度，以及冷卻器油溫對比油面溫度控制器，其溫度相差不大，考慮部位誤差，以及模擬溫升試驗數(shù)據(jù)，我們可以斷定該溫度計用于變壓器非常合適。

4 結(jié)束語

鑒于500 kV電壓等級變壓器在電力系統(tǒng)中的重要性，溫度的變化對變壓器產(chǎn)生的影響很大。故溫度的監(jiān)測對變壓器的安全穩(wěn)定運行具有重要的影響。瀑布溝水電站自投運以來，繞組及油面溫度計運行良好，未發(fā)生誤報警現(xiàn)象，對變壓器的穩(wěn)定運行起到了重要作用。

TP212.11

B

1672-5387（2010）06-0033-03

2010-10-08

嚴(yán)映峰（1968-），男，副廠長，從事水電廠生產(chǎn)管理工作。