變壓器測溫裝置是重要的變電設備監測裝置之一。其中變壓器指針溫度計主要承擔冷卻容量管理和超溫報警及超溫跳閘等任務,而指針溫度計在不同環境溫度條件下的測量準確度鮮有報道。針對南方電網配套指針溫度計在變電站極端氣候條件下時測量誤差達到±6℃的這一情況,本文結合國際電工委員會發布的IEC 60076-22-2019標準,對比分析了在該標準引用前后的指針溫度計的統檢數據。分析結果表明IEC新標準中所推廣的全天候溫度計不但不僅可以從故障源頭排除原有指針溫度計的設計缺陷,還能大幅度提升變壓器運行溫度監測準確度水平,并有效排除溫度保護誤動和兩表偏差等運行缺陷。

南方電網2021年主網油浸變壓器第二批招投標公告顯示其在全國首次依據IEC 60076-22-2019《電力變壓器保護組部件》對配套指針溫度計提出全天候準確度考核要求。

變壓器測溫裝置由就地指針溫度計與遠方顯示器兩個獨立計量器具組成見圖1,指針溫度計主要承擔冷卻容量管理和超溫報警及超溫跳閘等任務;遠方顯示器負責向后臺提供變壓器運行溫度數據。

依據“電力工業電力設備及儀表質量檢驗測試中心”在同一時間和同一地點及同一設備對中國電力市場常用指針溫度計品牌的10份檢測報告[1],從三個維度數據統計如下:

a)檢測合格率維度的統計見表1;

b)不合格項數量維度統計見表2;

c)檢測項目維度數據統計見表4。

圖1變壓器測溫裝置原理圖

表1變壓器指針溫度計檢測合格率統計表

本次檢測依據IEC 60076-22-1-2019 [2]全天候準確度要求以及南網變壓器招投標技術參數[3]開展,檢驗方法執行T/SMA 0001-2017 [4]和DL/T 1400-2015 [5]。檢測內容包括示值誤差、絕緣電阻、動作誤差、兩表偏差及儀表外觀共5個項目(其中絕緣電阻項目全部合格原因而未納入本次統計),試品毛細管長度全部為12米,開關數量3個至6個不等。

表2“不合格項數量”統計表

01“檢測項目”試驗數據統計

“檢測項目”試驗數據統計

1.1全天候示值誤差檢測

世界各地變電站普遍選擇壓力式原理的指針溫度計原因有三:

a)可符合-25℃~65℃戶外環境下的準確度要求;

b)確保溫度計接點保護動作準確度與雷擊無關;

c)滿足全天候溫度計設計壽命優于15年要求。

全天候溫度計適用于-25℃~65℃變電站戶外環境的同時也可以在實驗室內正常使用;而實驗室溫度計僅限于室內環境下使用,準確度差異見表3。

表3準確度差異表

*實驗室準確度定義1.5%(20℃±5℃)[5],全天候準確度定義1.5%(-25℃~65℃)[2]

全天候溫度計示值誤差試驗是先在20℃條件下獲取實驗室示值誤差值,然后將指針溫度計的部分或者全部置于65℃或者-25℃極端氣溫環境下(見圖2)并獲取全天候示值誤差數據。

圖2全天候示值誤差試驗

全天候準確度與實驗室準確度之間差異見表3,其中全天候溫度計的環境溫度影響是0℃/45K,表示當環境溫度從20℃變化到65℃或-25℃時其測量誤差始終不大于2.4℃。10個試品按照全天候溫度計示值誤差試驗要求產生的檢測數據見表4。

表4全天候示值誤差檢測數據統計表

1.2動作誤差檢測

動作誤差是指針溫度計開關上行程動作值與其設定值之差。接點動作誤差檢驗方法是:

(1)將標準溫度計和復合溫度傳感器插入溫場穩定的恒溫設備中,復合溫度傳感器底部浸入液面深度應不小于120mm;在接近校準點時,控制恒溫設備以0.8℃/min~1.0℃/min速率緩慢升溫,直至溫度控制開關觸發接點動作,讀取接點動作時標準溫度計示值。

(2)接點動作值誤差按公式(1)計算,結果應不大于2%FS。

式中:——被校溫度計接點動作值誤差(℃)。

——被校溫度計控制開關設定值(℃)。

——被校溫度計開關動作瞬間標準示值 (℃)。

——標準溫度計的修正值 (℃)。

IEC標準規定變壓器指針溫度計(測量范圍0℃~150℃)保護動作允許誤差±3℃(2%)。例如105℃±3℃,102℃前動作屬于誤動故障,108℃后應動未動判為拒動故障。由表3可見實驗室溫度計用于戶外條件時最大接點動作誤差±7.2℃(-25℃~65℃)。

表5全天候動作誤差檢測數據統計表

1.3儀表外觀檢查

1.3.1設定刻度分度值

南網招投標文件要求變壓器用指針溫度計控制開關設定刻度最小分度值應不大于2℃ [3]。當開關設定刻度分度值大于2℃時可引發設定值讀數誤差。接點動作誤差定義為指針溫度計開關上行程動作值與其設定值之差,其中設定值讀數誤差直接取決于設定刻度分度值見圖3。

圖3開關10℃設定刻度圖

表6設定誤差檢查數據統計表

1.3.2保護接點直流容量

南網招投標文件提出溫度計報警開關接點容量應滿足DC110V/1A或DC220V/0.5A [3]要求。

表7觸點容量檢查數據統計表

*招投標規定值≥DC220V/0.5A或DC110V/1A

1.4兩表偏差檢測

測溫裝置由就地指針溫度計與遠方顯示器兩個獨立計量器具組成見圖1,指針溫度計主要承擔冷卻容量管理和超溫報警及超溫跳閘三個任務;遠方顯示器提供遠方數據。運行中測溫裝置準確與否需要標準器比對,考核兩表偏差目的:通過兩表偏差數據可推算出準確度狀況,例當兩表偏差小于2.4K時兩個溫度計應都合格;當兩表偏差大于4.8K時兩個溫度計中至少有一個產品超差;當兩表偏差處于2.4K與4.8K之間時可通過“縱橫比”等方法判斷測溫裝置準確度狀態。

表8全天候兩表偏差檢測數據統計表

02試驗數據分析

數據分析

2.1關于開關設定刻度分度值

由表6可見:10個品牌中有5個試品的開關設定刻度分度值不符合檢驗要求,5個不合格品中有4個產品的開關設定刻度分度值是10℃。這4種指針溫度計外形與結構完全相同見圖2,這個不合格項屬于溫度計設計問題而不涉及產品質量。

《油浸變壓器運行規范》要求當冷卻器全停故障并在變壓器油溫超過75℃時應執行跳閘保護。IEC 60076-22-1-2019明確規定指針溫度計保護動作誤差應不大于2%,即150℃量程溫度計動作誤差為75℃±3℃,72℃前動作屬于誤動事故;78℃應

動未動應判定拒動事故。指針溫度計開關設定刻度分度值大于2℃不符合南方電網招投標要求。

2.2關于開關接點容量

由表7可見:10個品牌中有6個試品的直流接點容量不符合檢驗要求。這6種指針溫度計的這個不合格項屬于溫度計外購件選型問題而不涉及產品質量。

南方電網招投標要求明確指針溫度計保護接點直流容量應符合DC110V/1.0A,接點容量直接涉及保護可靠性,是變壓器驗收環節重點排查對象。

2.3關于全天候準確度

全天候溫度計示值誤差試驗方法是先在20℃實驗室條件下獲取檢測數據見實驗室示值誤差(表9),然后將指針溫度計的部分或者全部置于65℃或者-25℃環境下(見圖2)并獲取全天候示值誤差數據。試驗過程同步獲得的間接數據“環境溫度影響量”見表9。

表9指針溫度計示值環境溫度變化影響量試驗數據統計表

由表9可見10個試品中有6個國產產品影響量≤1.0℃/45K基本不受環境溫度變化影響,占7個國產品牌的85%以上。說明在中國推廣IEC全天候準確度已經具備良好工業基礎。

2.4關于進口產品準確度

表9同時顯示三個歐洲進口指針溫度計全部不符合歐盟全天候準確度要求,歐盟于2008年就通過頒發EN 50216-2008 [7]推廣全天候溫度計,為什么銷售中國的三個歐盟主流品牌既不符合歐盟標準也不符合IEC要求?

03結束語

結束語

目前南方電網變電站配套的實驗室準確度指針溫度計在用于變電站極端氣候條件時測量誤差并不是其銘牌公示的±2.4℃(1.5%FS),而是±6℃見表3。IEC推廣全天候準確度的意義在于將3.6℃/45K的實驗室溫度計環境溫度變化影響附加誤差在溫度計生產線加以消除,當變電站環境溫度從20℃變化到65℃或-25℃時其測量誤差始終不大于2.4℃。

除此以外,由于全天候溫度計沒有環境溫度影響附加誤差原因,指針溫度計保護接點動作誤差將從現在的±7.2℃(-25℃~65℃)下降到±3.2℃(-25℃~65℃)見表3;變壓器測溫裝置遠方與就地之間兩表偏差也將從現在的±8.4℃(-25℃~65℃)下降到±4.8℃(-25℃~65℃)見表3。

由此可見,南方電網在全國率先通過引用IEC全天候準確度新規不僅可以從故障源頭排除指針溫度計設計缺陷,大幅度提升變壓器運行溫度監測準確度水平;而且可以有效排除溫度保護誤動和兩表偏差運行缺陷。

本文作者

林春耀廣東電網有限責任公司電力科學研究院

孫斌中國計量大學

楊賢廣東電網有限責任公司電力科學研究院

馬志欽廣東電網有限責任公司電力科學研究院

趙曉鳳廣東電網有限責任公司電力科學研究院

參考文獻:

[1]國家電網中國電力科學研究院有限公司. [OL] http://www.epri.sgcc.com.cn/jcwt/entrust/rest/EleIndexPage/publicity

[2]國際電工委員會.電力變壓器保護裝置 IEC 60076-22-1-2019 [S].

[3]中國南方電網有限責任公司.100kV~500kV交流電力變壓器技術規范書:Q/CSG XXXXXX[S].

[4]上海市計量協會.油浸式電力變壓器測溫裝置全壽命質量管控規范 T/SMA0001-2017 [S].

[5]國家能源局.油浸變壓器測溫裝置現場校準規范 DL/T1400-2015 [S].

[6]國家電網有限公司. 500KV單相自耦電力變壓器采購標準 Q/GDW13011.1-2018 [S].

[7]歐洲電工標準化委員會.電力變壓器和電抗器配件 EN5021601:2008 [S].

文章創新點介紹