配電變壓器自動(dòng)溫升試驗(yàn)技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀探討

周忠杰，周躍剛，張煜烽

河南省高壓電器研究所有限公司，河南 平頂山 467000

0 引言

溫升試驗(yàn)作為變壓器試驗(yàn)中型式試驗(yàn)的一種，對考驗(yàn)變壓器使用時(shí)長與穩(wěn)定性起到重要作用，同時(shí)也可驗(yàn)證變壓器設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)和冷卻系統(tǒng)的合理性，是驗(yàn)證其安全性能的重要標(biāo)準(zhǔn)之一。截止到目前為止，對于溫升試驗(yàn)自動(dòng)控制技術(shù)區(qū)塊的研究較少，主要聚集在不確定性計(jì)算以及工藝設(shè)計(jì)層面之上。因此制定一種針對配電變壓器溫升試驗(yàn)的自動(dòng)控制技術(shù)。在整個(gè)溫升過程的各個(gè)環(huán)節(jié)中，都能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制變的尤為重要。本文中提出的試驗(yàn)方法，論證了此技術(shù)能實(shí)現(xiàn)整個(gè)試驗(yàn)只需一次接線，最大限度減低人為的干預(yù)與人力資源的投入，大大提高了試驗(yàn)的準(zhǔn)確性、試驗(yàn)效率以及安全性。

1 配電變壓器溫升試驗(yàn)自動(dòng)控制的意義和設(shè)計(jì)應(yīng)用

1.1 溫升試驗(yàn)自動(dòng)控制的意義

自動(dòng)溫升試驗(yàn)系統(tǒng)在生產(chǎn)方面可以大幅度的提高生產(chǎn)效率，符合了企業(yè)發(fā)展的實(shí)際需要，能有效提升變壓器生產(chǎn)企業(yè)試驗(yàn)設(shè)備的水準(zhǔn)[1]。自動(dòng)控制下的溫升試驗(yàn)，利用繞組溫升計(jì)算程序設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了高效的變壓器溫升試驗(yàn)。試驗(yàn)中均能完成空載與負(fù)載情況下的自動(dòng)測試與控制。通過與傳統(tǒng)的人工試驗(yàn)相對比，自動(dòng)控制下的溫升試驗(yàn)系統(tǒng)具有更高的精準(zhǔn)性、便捷性和可靠性。

1.2 溫升試驗(yàn)硬件電路設(shè)計(jì)與探究

溫升試驗(yàn)自動(dòng)控制系統(tǒng)區(qū)別于傳統(tǒng)人工操作系統(tǒng)，在處理效率、控制精準(zhǔn)度方面展現(xiàn)出了明顯優(yōu)勢，能確保試驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性，摒棄人為因素的干預(yù)。想要實(shí)現(xiàn)性價(jià)比較高的自動(dòng)溫升試驗(yàn)系統(tǒng)，單片機(jī)所選擇的地址鎖存與多路選擇器十分重要。同時(shí)選對暫存器和多路開關(guān)，也可大大提升變壓器的自動(dòng)溫升試驗(yàn)系統(tǒng)的性能。

1.3 溫升試驗(yàn)軟件設(shè)計(jì)和實(shí)際論證

電腦的軟件部分，由上位機(jī)程序和下位機(jī)程序兩個(gè)部分構(gòu)成。上位機(jī)程序主要由高等級(jí)語言的開發(fā)與電源調(diào)整子程序等部門構(gòu)成。下位機(jī)程序主要由電流與溫度采樣間隔時(shí)間等數(shù)據(jù)構(gòu)成，更注重對其分析出的數(shù)據(jù)參數(shù)和結(jié)果進(jìn)行判定。采集ADC轉(zhuǎn)換結(jié)果是由外部中斷服務(wù)器負(fù)責(zé)，通道計(jì)數(shù)器用來決定存儲(chǔ)地址，當(dāng)數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)之后，就會(huì)返回到主程序之中。在實(shí)驗(yàn)開發(fā)的初期階段，該系統(tǒng)研究為保證論證技術(shù)的穩(wěn)定性與精準(zhǔn)性，在相關(guān)集團(tuán)公司進(jìn)行了現(xiàn)場試驗(yàn)（圖1），試驗(yàn)結(jié)果證實(shí)了溫升試驗(yàn)的數(shù)據(jù)測量，相較于傳統(tǒng)人工的準(zhǔn)確性并不遜色，對于變壓器的溫升試驗(yàn)，自動(dòng)控制的要求足以到達(dá)預(yù)期效果，可滿足企業(yè)日漸增長的市場需要。試驗(yàn)表明溫升試驗(yàn)的自動(dòng)控制，雖填補(bǔ)了傳統(tǒng)試驗(yàn)方法的諸多不足，可存在的問題仍有很多，專業(yè)的技術(shù)工作者需要進(jìn)一步探究精確測量的方法，控制運(yùn)行中的精準(zhǔn)度。

圖1 溫升自動(dòng)測量系統(tǒng)接線現(xiàn)場

2 配電變壓器溫升試驗(yàn)概述

2.1 溫升試驗(yàn)的兩個(gè)準(zhǔn)則

基于GB 7251.1—2013的標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行，開展溫升試驗(yàn)技術(shù)，通過“0.2溫升極限”明確了溫升試驗(yàn)的兩大準(zhǔn)則[2]。

（1）每種類型的電路，安裝在成套的設(shè)備內(nèi)，都應(yīng)可以承載其額定電流。為消除相近電路，承載電流時(shí)導(dǎo)致的所有熱效應(yīng)，應(yīng)在成套設(shè)備的電路連接方式中預(yù)先做好考量。

（2）在進(jìn)線電路承載其額定電流時(shí)，成套設(shè)備作為一個(gè)整體，在進(jìn)線時(shí)應(yīng)不會(huì)過熱。承載進(jìn)線電路達(dá)到巔峰階段時(shí)，出線電路的任意組合，可以同時(shí)并持續(xù)承載其額定電流，與成套設(shè)備的額定分散系數(shù)做乘法。（分散系數(shù)的界說：）分散系數(shù)值通常由該設(shè)備的制造商提供，依照成套設(shè)備發(fā)熱過程中的互相影響，得出成套設(shè)備出線電路，能夠持續(xù)并同時(shí)承載的額定電流的PU，通常分散系數(shù)取0.8或者0.9。

2.2 干式配電變壓器溫升試驗(yàn)

基于GB/T1094.11-2022的標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行，開展干式配電變壓器溫升試驗(yàn)。空載試驗(yàn)中，為測量鐵芯與高低測壓繞組溫度，將額定電壓施加在變壓器低壓側(cè)。測量鐵芯和繞組的溫度變化，當(dāng)變化率小于1K/H，同時(shí)最少能維持3H時(shí)，空載溫升試驗(yàn)可以宣告成功，同時(shí)記錄并測量斷電時(shí)，瞬間的2個(gè)繞組的電阻值；負(fù)載試驗(yàn)中，為測量鐵芯與高低壓繞組溫度，變壓器低壓側(cè)短路，將額定電壓施加在高壓側(cè)。測量鐵芯和繞組的溫度變化，當(dāng)變化率小于1K/H，同時(shí)最少能維持3H時(shí)，負(fù)載的溫升試驗(yàn)可以宣告成功[3]。

依照上述兩種試驗(yàn)接線方法下，各自測試結(jié)果的高低側(cè)繞組溫升，利用修正公式的計(jì)算方法得到干式配電變壓器的最終溫升數(shù)據(jù)。

2.3 油浸式配電變壓器溫升試驗(yàn)

開展油浸式配電變壓器溫升試驗(yàn)。第一階段——施加總損耗，要檢測頂層液體溫升與液體平均溫升，需要施加對應(yīng)于變壓器最大總損耗的試驗(yàn)電流。試驗(yàn)進(jìn)行到液體的溫升穩(wěn)定時(shí)，可以檢測頂層液體與冷卻介質(zhì)的溫度。測量兩者的溫度變化，當(dāng)變化率小于1K/H，同時(shí)最少能維持3K時(shí)，第一階段試驗(yàn)可以結(jié)束。不同的記錄裝置需要讀取的試驗(yàn)結(jié)果也有不同，相隔30min記錄離散的溫度值，需要采用最后1h內(nèi)讀數(shù)的平均值，如若使用自動(dòng)連續(xù)記錄裝置，需要采用最后1h內(nèi)的平均值；第二階段施加額定電流[4]。當(dāng)?shù)谝浑A段試驗(yàn)溫升測定后，需要即刻將試驗(yàn)電流降至額定電流繼續(xù)進(jìn)行第二部分試驗(yàn)。在此階段的1h內(nèi)，應(yīng)至少每5min記錄一次頂層液體、繞組熱點(diǎn)、外部冷卻介質(zhì)的溫度。第二階段一小時(shí)試驗(yàn)結(jié)束時(shí)，需要以最快的速度切斷電源、斷開短路接線，記錄2個(gè)繞組的熱態(tài)電阻。

3 溫升自動(dòng)控制技術(shù)誤差分析與應(yīng)用

與溫升試驗(yàn)實(shí)際情況相結(jié)合，將硬件儀器自身導(dǎo)致的測量誤差排除，冷電阻和熱電阻所帶來的誤差，是配變溫升自動(dòng)測量系統(tǒng)的主要因素。表1所示為 溫升測量系統(tǒng)與傳統(tǒng)溫升試驗(yàn)的高壓低壓繞組值對比。表2所示為溫升自動(dòng)測量系統(tǒng)與傳統(tǒng)溫升試驗(yàn)項(xiàng)目參數(shù)對比。

表1 溫升測量系統(tǒng)與傳統(tǒng)溫升試驗(yàn)的高壓低壓繞組值對比

表2 溫升自動(dòng)測量系統(tǒng)與傳統(tǒng)溫升試驗(yàn)項(xiàng)目參數(shù)對比

直流電阻測試儀的測試線夾端子是否可靠接觸了變壓器端子，是熱電阻測量誤差的主要來源，如果試驗(yàn)中端子虛接或者誤觸將會(huì)導(dǎo)致直阻儀不能充電測量以及測試出的電阻值數(shù)據(jù)存在誤差。[5]另一個(gè)影響試驗(yàn)成功率的因素是，直阻儀的通信接口與工控機(jī)是否可靠連接，如依然存在虛接或者誤觸的情況，即試驗(yàn)結(jié)果也易出現(xiàn)誤差。

冷態(tài)環(huán)境下的油頂層溫度的正確與否，是冷電阻測量誤差的主要因素，已有繞組電阻和溫度計(jì)算公式表明（如公式1所示）。

公式內(nèi)：K是電阻溫度常數(shù)，銅線時(shí)取234，R1是冷態(tài)電阻，T1是冷態(tài)溫度；R2是熱態(tài)電阻，T2是熱態(tài)溫度。

利用公式（2）中的T2'-T2，計(jì)算出熱態(tài)溫度誤差（如公式3所示）

出于對企業(yè)配電變壓器制造成本的節(jié)約，在配電變壓器溫升階段，繞組平均溫升將稍微小于常規(guī)臨界值65K。本實(shí)驗(yàn)中將繞組平均溫升定為60K，熱態(tài)溫度t2為t1+60℃，將公式（1）以及公式（3）帶入其中，計(jì)算出熱態(tài)溫度誤差和冷態(tài)溫度誤差，之比為(T1+294)/(T1+234)。經(jīng)上述公式論證分析得出，熱態(tài)溫度誤差的大小，取決于冷態(tài)溫度是否處于低溫狀態(tài)。例如T1處于20℃，冷態(tài)溫度測量誤差為1℃的情況下，計(jì)算得出熱態(tài)溫度誤差為1.23℃。由此可證，冷態(tài)環(huán)境下油頂層溫度的測量精準(zhǔn)度，是影響冷電阻測量過程結(jié)果的重要因素之一，導(dǎo)致原本使用正常的溫升結(jié)果變?yōu)椴徽！?/p>

由此可證，想要實(shí)現(xiàn)配電變壓器溫升試驗(yàn)的自動(dòng)控制、測量和計(jì)算，能充分應(yīng)用到實(shí)際工作中。引進(jìn)先進(jìn)設(shè)備的同時(shí)，需要制定具有準(zhǔn)確性高的溫升試驗(yàn)技術(shù)方案同樣重要。

4 結(jié)語

綜上所述，從配電變壓器的整體發(fā)展角度出發(fā)，試驗(yàn)技術(shù)水平越高，對變壓器行業(yè)的發(fā)展越有利。將先進(jìn)的計(jì)算機(jī)控制技術(shù)融入配電變壓器溫升試驗(yàn)，與傳統(tǒng)溫升試驗(yàn)流程相結(jié)合，就可以實(shí)現(xiàn)集檢測、運(yùn)算以及自動(dòng)控制的溫升試驗(yàn)系統(tǒng)。與傳統(tǒng)人工模式進(jìn)行對比，采用自動(dòng)控制技術(shù)的溫升試驗(yàn)系統(tǒng)，可以大大減少人為因素的干擾，在提升工作效率以及試驗(yàn)準(zhǔn)確性的同時(shí)，還節(jié)約了大量的人工成本，為以后的實(shí)際應(yīng)用奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。