變壓器電阻式溫度計原理及故障處理

孫珂 姚曉君

摘? 要：文章以Pt100電阻溫度計為例，介紹了變壓器電阻式溫度計工作原理，并分析了電阻式溫度計的常見故障原因及處理方法。

關鍵詞：Pt100;電阻式溫度計;故障處理

中圖分類號：TM772 文獻標志碼：A? ? ? ?文章編號：2095-2945（2020）35-0091-02

Abstract： Taking Pt100 resistance thermometer as an example， this paper introduces the working principle of transformer resistance thermometer， and analyzes the common fault causes and treatment methods of resistance thermometer.

Keywords： Pt100; resistance thermometer; fault handling

1 概述

電力變壓器作為電力系統中實現電壓變換的關鍵設備，是電能輸配網絡的中樞節點，在電力系統中起著至關重要的作用。電力變壓器在運行過程中，由于電流和交變磁通的作用，在繞組及鐵芯上產生損耗，這些損耗在變壓器內積聚熱量使變壓器溫度升高。變壓器溫度過高會造成內部絕緣老化速度加快，從而影響變壓器的使用壽命。為了保證變壓器的安全穩定運行，需安裝溫度計對變壓器內部溫度進行監測。根據安裝位置的不同，變壓器溫度計可分為繞組溫度計及上層油溫溫度計。大型變壓器溫度計多使用壓力式溫度計，通過溫包、毛細管內的壓力變化驅動溫度計表盤的指針轉動，實現變壓器溫度的指示。同時為了能夠遠方監測變壓器溫度，通常在溫度計內配置電阻式溫度計。電阻式溫度計根據金屬電阻阻值隨溫度變化的特性來反映變壓器內部溫度的變化，主要可分為銅電阻溫度計以及鉑（Pt）電阻溫度計。由于鉑（Pt）電阻溫度計具有精度高、穩定性強、溫度適用范圍廣等優點，大型電力變壓器多使用Pt100電阻溫度計。

2 Pt100電阻式溫度計工作原理

2.1 Pt100電阻原理

Pt100即標準鉑電阻，100代表在0℃時阻值為100Ω。Pt100電阻值與溫度兩者計算公式如下：

式中，Rpt為Pt100在溫度T下的阻值，R0為0℃時的阻值，Pt100對應溫度即為100Ω，A=3.9083×10-3，B=-5.775×10-7，C=-4.183×10-12。可以看出B、C數量級較A小很多，所以Pt電阻值與溫度呈現近似正比關系。在工程現場為了計算方便，通常查閱Pt100電阻溫度對照表快速得到指定溫度下對應電阻值。

2.2 Pt100電阻接線方式

Pt100主要有兩線、三線、四線接線方式。

其中兩線式接線誤差最大，并且接線越長，線路阻值越大，測量偏差就越大。

四線式接線中內側兩線接恒流源，外側兩線接測量儀表，由于測量儀表內阻極大，外側兩線電流趨近于零，所以，外側兩線線路電阻對測量精度的影響可忽略不計。為提高Pt100電阻的測量精度，四線式接線外接恒流源電流不宜過小，電流通過Pt100產生熱量，如果不能及時傳導出去將會影響測量精度。現場變壓器多為戶外變壓器，為了防止雨水滲漏變壓器溫度計座尺寸較小，不利于Pt100電阻熱量散發，如采用四線式接線將會在溫度計座內制造一個比變壓器溫度高的熱點，使測量溫度不準確。同時，恒流源電流通過主變端子箱端子排、溫度計表才能到達Pt100電阻，一旦出現接線斷線或接觸不良，將會造成接頭處發熱，不僅會導致溫度計無法正常工作，同時可能影響其他設備的運行。綜上，四線式接線準確度高，但結構復雜，對產品及施工質量要求高，不利于現場復雜環境下的實現。

三線式接法不需要額外增加恒流源，能兼顧成本與測量精度的要求，因此在電力變壓器中應用最廣泛。

2.3 Pt100溫度計接線原理

Pt100溫度測量系統主要有Pt100電阻以及溫度變送器組成，Pt100電阻與溫度變送器連接，經過變送器轉換輸出電氣量信號。

電氣量信號可分為電流信號和電壓信號，溫度變送器電流信號的輸出量程主要分為0～20mA和4～20mA等，電壓信號輸出量程主要分為1～5V、0～10V、2～10V等。因為變壓器端子箱一般距保護室主變測控屏較遠，線路電阻較大，如果采用電壓信號，線路分壓嚴重，測量精度大大降低，而電流信號不受傳送距離和線路電阻的影響，且電流信號抗干擾能力優于電壓信號，因此往往選擇采用電流信號輸出。現場輸出電流信號量程一般選用4～20mA，如果采用0～20mA，則變送器靜態工作電流為零，變送器結構將更加復雜，且不利于斷電斷線故障的判斷識別。4～20mA電流信號的傳送距離不得超過100m，否則精度將無法保證。如果溫度變送器距離主變測控屏距離超過100m，應采用RS485通信信號進行傳輸。

溫度變送器的溫度量程有-40～120℃、0～160℃等，溫度T與輸出電流I的關系如下：

以-40～120℃量程為例，I、T對應于（4mA，-40℃）、（20mA，

120℃），可計算出α=10，β=-80。

3 電阻式溫度計故障處理

大型變壓器一般需要配置兩個上層油溫溫度計和一個繞組溫度計，檢查時兩個油溫溫度計指示應一致，繞組溫度計指示應不低于油溫溫度計。根據規定，變壓器溫度計遠方與就地指示應該基本一致，兩者偏差應在5℃以內。如發現變壓器溫度計指示不正確，應該對該溫度計進行檢修處理。根據故障的類型可以分為三種情況。

3.1 溫度計就地指示正常、遠方指示錯誤

變壓器溫度計遠方指示錯誤，可能的原因主要有后臺參數設置錯誤、Pt100電阻或變送器故障、二次接線斷線或絕緣破損等。檢查時應首先用鉗形電流表測量溫度變送器輸出電流值，判斷電流值與遠方溫度顯示是否一致，如不一致應根據式（2）進行重新計算參數α、β，并在后臺機進行修改，使溫度計就地遠方指示達到一致。

如果輸出電流值與遠方溫度顯示一致，則應斷開溫度變送器電源，測量Pt100電阻，通過查閱電阻溫度對照表判斷Pt100電阻值與變送器輸出電流是否一致，如不一致，說明溫度變送器故障或設置不正確，應更換變送器或根據說明書正確設置。部分溫度變送器輸出量程具有0～20mA、4～20mA兩個檔位，設置前觀察溫度變送器檔位是否與設計圖紙、后臺機參數相符合，如果不符合應調整檔位。當變送器輸出電流值有偏差時，應對變送器進行重新調零，根據電流偏差大小，按增大、減小鍵對輸出電流進行微調，當調零超出補償范圍時應對變送器進行更換。

最后判斷Pt100電阻值是否與當前變壓器溫度一致，如果不一致，則Pt100電阻存在故障或二次接線斷線，應更換Pt100電阻或重新接線。

3.2 溫度計就地指示錯誤、遠方指示正常

變壓器溫度計就地指示錯誤，說明變壓器壓力式溫度計存在故障，應檢查溫包有無破損，毛細管有無破損、死彎，毛細管彎曲半徑是否過小以及溫度計指針有無松動、損壞等。

3.3 溫度計就地、遠方指示一致但與實際不符

變壓器溫度計油溫指示不符合實際溫度，但就地、遠方指示一致。這種情況，溫度計一般沒有損壞，應重點檢查溫度計座，溫度計座應密封良好，座內變壓器油位正常，無進水。

為避免以上問題，在安裝、檢修過程中，應加強對施工工藝的重視，溫度計探頭與溫度計座之間密封墊材質、尺寸應選用合理、密封墊壓縮量應符合要求，密封處應涂防水膠密封，溫度計座上方應安裝防雨擋板。

4 結束語

基于Pt100的電阻式溫度計具有結構簡單、精確度高、穩定性好等優點，在大型電力變壓器中得到了廣泛應用。在運行過程中，應注意加強變壓器溫度計的檢查巡視，及時發現并消除存在的缺陷，保障變壓器的安全穩定運行。

參考文獻：

[1]劉偉，李晶.三線制Pt100熱電阻測溫電路的設計[J].河南科技，2014（7）：212-213.

[2]甘英俊，周宏平.基于三線制的高精度熱電阻測量電路設計[J].電子設計工程，2010，18（12）：31-33，37.

[3]嚴長城，應貴平.基于Pt100鉑熱電阻的高精度測溫系統的設計[J].機電工程技術，2015，44（3）：71-74.

[4]徐興業，梁業總.關于JJG 229-2010《工業鉑、銅熱電阻》檢定規程中相關計算的探討[J].工業計量，2012，22（S2）：167-168+172.

[5]黃巧燕，鄭小年.基于比例法的高準確度測溫電路及非線性校正[J].傳感器與微系統，2003，22（6）：17-18.

[6]席風沛，鄭廣軒.變壓器溫度計常見缺陷及故障處理[J].變壓器，2015，52（09）：41-42.