变压器用绕组温度计的误差分析.docx

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1、变压器用绕组温度计的误差分析一概述随着对变压器运行安全要求的不断提高，绕组温度计以下简称温度计作为一种运行监护元件已愈来愈广泛地应用在变压器产品上。虽然一般温度计的使用说明中指出：“温度计内电热元件温度的增加正比于绕组与油箱顶部油面温度之差的增加”。严格来说， 这一说法是不精准的由于对不同构造的变压器绕组，虽然可使电热元件内流过的电流与统组负载电流成正比，但由于电热元件与绕组的冷却条件不行能完全一样，这就使得一样的电流变化却不肯定在统组和电热元件内引起一样的温度变化，换句话说，在某些状况下，温度计显示的温度可能是“虚假”的因而有必要对温度计应用的实际状况作一分析二绕组温度计的工作原理统组温度计

2、是利用“热模拟”thermalimage原理间接测量统组热点温度的，其主要组成局部如图1 所示温度计的主要组成局部：温包、测量波浪管及连接二者的毛细管，组成反映变压器顶层油温的测量系统；电流互感器、电流匹配器及电热元件，组成反映 绕组负载电流变化的热模拟局部以及用于补偿环境温度的补偿波浪管测量系统中注满一种体积随温度变化的液体，将该系统中的温包置于油箱顶部，以感应变压器顶层油温，顶层油温的变化，引起测量系统 中液体的胀缩，导致测量波浪管的位移。由电流互感器取得的与负载电流成正比的电流Ip 经电流匹配器调整后，Ip 变化为Is，加到测量波浪管内的电热元件上，该电流在电热元件上所产生的热量，使测量

3、波浪管在原有位移的根底上产生一相应的 位移增量，加大后的位移量经机械放大带动指针转动，从而在仪表上显示出对应负载电流的统组温度假设通过电热元件的电流Is 所产生的热量，使测量波浪管位移变化所带来的温度增量近似等于被测绕组热点温度对变压器顶层油温即温包放置处油温之差，则绕组温度计所显示的温度就反映了绕组的热 点温度图 2三绕组温度计的误差分析在变压器的热计算完成以后，需要确定温度计的基准工作点，即所谓 “整定”，它是以肯定的绕组负载电流为基准，选取电流互感器电流比及电流匹配器系数，使基准状态下的温度计温度等于绕组的热点温 度设统组在某一基准电流Iw 下的平均温升为Twa，相应油平均温升为Toa。

4、，油面温升即顶层油温升为Tot。再令环境温度为Ta，则按变压器负载导则，绕组的热点温度为：Twh=1.3 T+Tot+Ta l 式中 T =Twa Toa为一般热计算中的铜油温差依据式l中第一项 13T 的值，查图 2 曲线温度计内电热元件引起的温度变化随电流变化的曲线得到所需电流过电热元件的电 流 Is选择电流互感器电流比 及调整电流匹配器系数C，使Is= CIw，则在绕组负载为Iw 时，温度计的显示读数就是绕组热点温度 Iwh由上可见，温度计的显示温度是由两局部叠加而成第一局部Tot+Ta 是由温包直接感应的变压器油面温度；其次局部 1.3T 是利用电热元件模拟的，与绕组热点对油面温差即铜

5、油温差的1.3 倍 相对应的指示读数的增量。但是，当负载电流变化所升起的其次局部 温度的变化不肯定与绕组铜油温差的变化相全都，由于就目前所用温度计而言，图 2 曲线近似为抛物线，即电热元件引起的温度变化只能近似与其中的电流也与绕组负载电流两次方成正比变化。众所周知， 变压器绕组铜油温差随产品冷却方式的不同却不肯定按负载电流的二次方关系变化下面以强油非导向冷却产品为例，其绕组的铜油温差的计算公式 为：T0113q0.7 2 式中q 为绕组线饼的外表热负荷，它包括两局部，第一局部q1 正比于负载电流I 的平方设为q1=KI2，其次局部q线饼油道修正局部，从而式2变为： T0.113KI2q0.7

6、3 由式3可见，对所述冷却方式的变压器绕组铜油温差不按负载电流的平方关系变化，也即与温度计内电热元件模拟的指示温度随负 载电流的变化不全都，这样当负载电流不等于整定温度计所用的基准 电流时，指示温度就会与绕组热点温度产生偏差为了说明上述结果，下面给出一个具体计算例子某台强油非导向冷却变压器高压绕组额定电流IN=158.1A，在该电流 下的铜油温差面T=22.5K，油平均温升 Toa2 9.2 K，油面温升Tot31.0K，令环境温度 Ta20，并以额定电流为基准电流即取 Iw=IN对高压绕组温度温度计进展整定 据式l得绕组热点温度为：Twh=1.322.531.02080.3据 1.3 T 2

7、9.3K 查图 2 曲线，得到与该绕组热点对油面温差相对应的电热元件模拟温度增量29.3K所需通过的电流应为Is=1.18A，设计电流互感器电流比 及选择电流匹配器系数C，使 C7.46210-3，则有 Is=7.46210-8158.l=1.18 A，从而可使得在额定工作状态下，高压绕组的热点计算温度与温度计的显示温度一 致，均为 80.3 不计温度计非原理误差。当变压器偏离额定状态工作时，设工作电流I 分别取为 0.7IN、0.8IN、0.9IN、1.1IN、1.2IN 计算各状态下的绕组铜油温差T，并按1.3T 求得相应的绕组热点对油面温差分别为：21.3K、23.8K、K26.4K、3

8、2.3K、35.5K。而依据各工作电流下的Is=7.46210-3 I 值，按图 2 查得温度计的温度增量分别为 14.5K、17.5K、22.5K、35.0K、40.0K。它们对应的差值为-6.8K、-6.3K、-3.9K、2.7K、4.5K。工作 电流偏离额定基准电流越远，所导致的指示读数与绕组热点温度 的误差越大四结论当温度计内电热元件的模拟量与变压器绕组铜油温差计算公式全都时，才能保证在产品偏离温度计整定基准电流一般为额定电流 工作的状况下，温度计读数准确反映绕组热点温度，而目前所用温度计的模拟温度一电流特性曲线，一般近似为抛物线，这仅与变压器绕组铜油温差的变化大致吻合，实际应用时必需

9、留意绕组温度计的这一原理性误差。作者: zwk6951时间: 2023-8-21 12:05多种冷却方式变压器的争论报告一随着环境保护对噪声的要求越来越高，特别是在夜间此时变压器负荷较小迫切需要降低居住环境四周的噪声，处于居民小区的变压器必需满足环保的要求。为此供电部门对变压器制造厂提出了降噪要求，首先在欧洲消灭了“散热冷却 器”的型冷却方式。所谓“散热冷却器”是指以片式散热器为主要散热面，同时协作风机和油泵进展冷却。参考文献1介绍，当变压器 5060%左右负荷时，片式散热器处于自冷状态ONAN，散热力量为 500w/m2 左右；当变压器负荷率到达 7080%左右时启动风机，片式散热器处于油浸

10、风冷状态ONAF，以吹风加强片式散热器的散热力量，当空气流速为 11.25m/s 时，散热器的散热力量为 800w/m2;当变压器满负荷时再投入油泵OFAF进展强油风冷，即油泵使冷油由下部进入线圈间，热油由上部进入散热器吹风冷却，当空气流速为6m/s，油流量为 2540m3/h416.7666.7 l/min时，散热器的散热力量为1000w/m2。我厂曾经依据杭州供电局的要求试制过类似上述要求的变压器，但由于种种缘由没有成功。现在，工厂为进一步满足用户的需求，要求我处开发这类产品。依据工厂安排我们开展了以下工作：一. 多种冷却方式变压器构造的争论我们翻译了日本三菱公司的样本和油泵使用说明书。日

11、本三菱公司的样本介绍，三菱公司的变压器承受三种组合的冷却方式。1. 自冷/强油风冷 容量比一般为 60/100%2. 自冷/风冷/强油风冷 容量比一般为 60/80/100%巴基斯坦标书要求与此一样3. 强油自冷式以上冷却方式的容量比在国内外的标准中未查到相关的要求。第 1、第 2 种组合由冷却装置掌握箱自动掌握，依据负荷及油顶层的温升来切除和投入风机和油泵，充分发挥散热器的散热效率，削减了辅机的功率消耗。与冷却器相比，不管辅机功率的消耗还是噪声都小。特别是低负荷自冷状态时，可大大地降低辅机功率的消耗和噪声。第 3 种组适宜用于城市的市中心变电站，降噪要求较高，变压器本体安装在室内， 散热器集

12、中安装在室外，由于管路较长，油对流效果较差。承受强油自冷后，散热效果大大提高。三菱公司安装在石家庄的一台三圈有载 120230KVA 变压器使用第一种组合自冷强油风冷容量比为 50/100%，使用 14 组散热器、5 台风机和 4 台油泵，带油流继电器。风机Ø700，风量 150M3/min；油泵油量 2023l/min，扬程 3.5m，电机转速 930r/min；气体继电器整定为 1m/sec气体继电器样本上介绍变压器一般整定为 0.5m/sec；要求散热器承受 1kg/cm2 油压和全真空。93 年我厂设计的 SZ8-31500/110,代号 1.710.2651，承受强油自

13、冷式，使用 32 组散热器，4 台临潼DLB-4/60-2 型油泵，带油流继电器和逆止阀。油泵流量1000l/min扬程 6m，电机转速 1420r/min。设计者杨红康介绍试验时他在场，当油泵启动时，气体继电器跳闸。因此，此构造不能使用，而改成自冷构造。依据以上组件使用状况及产品设计图纸的构造与日本三菱公司变压器设计的结构比较，分析造成跳闸的可能缘由：1.油泵扬程太大，4 台油泵同时启动和关闭，造成瞬时压力增大，而引起气体继电器闸。2.变压器设计 6 只Ø80 进油管，管径太小，油泵启动时造成涌流，油速快、油量大而造成气体继电器跳闸。3.气体继电器油速整定状况不详没有记录，可能

14、太小。分析以上的缘由，我们认为要开发这类产品，必需选到适宜的油泵。我们调研了适用于强油自冷式变压器的国内外生产的几种油泵的状况，技术参数如下：生产厂型扬 程流 量转速r/min 单 价交货家号(l/min)期 月(m)万元美国卡 545252.81150950迪拿-PR250/62.812509603.224.5RK -543.512009303.582.5ZLB3/25-23416.79600.51德国基伊埃日本三菱2中国临潼从以上数据可以得出这样的结论：强油自冷式变压器应承受低扬程、低转速、大流量的油泵。依据德国基伊埃公司的样本介绍，径向螺旋浆轴流泵适用于带有散热片组的自冷变压器，在启动时

15、或大负荷状态下增加冷却油的自然循环。该油泵受干扰的流通截面很小。当油泵在静止状态下的油阻力可无视不计可以保证油在温差下的自然循环，不会阻碍变压器局部负载下的油的自然循环。如何防止油泵启动、停顿时，因油压变动引起冲击油压继电器或气体继电器 的误动作。查引进的东芝公司的设计资料 TD-2763.1,资料中强调为了防止油泵启动、停顿时，因油压变动引起冲击油压继电器或气体继电器的误动作，在启动和停顿油泵时，要锁定继电器 5 秒钟。国内变压器要实行这样的措施，必需得到供电部门的同意，为此承受这种方案有困难。分析误动作的缘由，主要是油泵启动时油压变动太大。如选用多台低扬程、低转速、小流量的油泵逐台启动可以

16、解决这个问题。二.模型设计、试制状况为验证以上分析是否正确，我们设计了验证模型。为节约开支，利用库存产品340，在该台产品上布置了管路和散热装置作为验证用。依据该产品进展温升计算，选散热器、风机、油泵。模型构造图如下：340 承受三种不同冷却方式的冷却装置本钱比较表管路、散风机和热器变 掌握箱片式散热器费用 压器油 合计费油泵和油流继电器合计费用变压器占地面积冷却方式合计费用用用万元m2万元万元万元1.34-10.58360.761.587.9233.4-0.621.021.366.6924.9费万元PC2200-26/48020 组ONAN471.44H20=9428kg 0.98H9.43

17、=9.24ONAN/ONAF63/100%ONAN/ONAF/ OFAFPC2200-26/48012 组471.44H12=5657kg0.98H5.66=5.55 PC2200-25/480 8 组471.44H8=3772kg50/75/100%0.98H3.77=3.69注：以上材料和组部件的价格由审价处供给片散：0.98 万元/吨 变压器油：0.38 万元/吨 风机 DBF-7.3Q120.28 万元/台风冷掌握箱一般型： 0.46 万元/台从上表计算的数据可知自冷/风冷/强油风冷制造本钱和占地面积最小。为解决由于油泵启动而造成气体继电器误动作，风冷掌握箱按以下要求设计：1. 当电源

18、发生故障或电压降低时，应自动投入备用电源。2. 当到达额定电流的 50%或油面温度达 55时，应投入吹风装置；当负载电流低于额定电流的 38%或油面温度低于 45时，可切除风扇电动机。3. 当到达额定电流的 75%或油面温度达 65时，应投入油泵装置；当负载电流低于额定电流的 57%或油面温度低于 50时，可切除油泵电动机。油泵应逐台投入或切除，延迟 3 分钟。4. 当投入备用电源、切除风机、切除油泵和电动机损坏均应发生信号。5. 风机、油泵应有过载、短路和断相保护。6. 油泵参数：ZLB3/25-2 型2KW380V505.4A7. 风机参数：BLF-9TH 型0.55KW380V50试验程

19、序：1.50%负荷，自冷状态时的温升、噪声；2.75%负荷，翻开风机，风冷状态时的温升、噪声：3.70%负荷，翻开油泵，强油自冷状态时的温升、噪声；4.100%负荷，翻开风机、油泵，强油风冷状态时的温升、噪声。模型温升测试状况如下：油平均温度BC低部油温环境温度顶层油温度BC断电时绕组温 升热电阻值 负荷状态 绕组BCBC冷电阻测量k施加损施加损测冷电 施加损电流施加损电流下耗下耗下高压电流下阻时耗下 下0.9296电流下耗下1.1743油顶绕组67.250%负荷47.2低压46.825.726.510.611.29.40.00915268.667.00.0117057.471.075%负荷，

20、 高压开风机低压47.822.910.611.00.929672.60.00915262.670%负荷， 高压57.441.310.610.40.929673.563.1开油泵低压0.009152100%负高压0.92961.202373.8荷，开风机、油泵55.554.2440844.610.69.79.6低压0.00915266.263.80.01185556.574.7模型变压器的计算值与实测值比照表：油顶层温升高压绕组温升 K低压绕组温升 K负荷状态K计算值实测值计算值实测值计算值实测值52.257.451.867.253.671.054.261.657.458.463.156.573

21、.874.750%负荷75%负荷，开风机70%负荷，开油泵100%负荷，开风机、油泵模型测试数据不抱负，分析缘由：1.50%负荷时，由于油泵未到达预想的要求，液阻太大，影响了油的自然循环，致使油顶层、绕组温升偏高。需增加油泵的数量，提高油自然循环的流量或增加散热器，这两种措施哪一种更有效，有待验证。2.75%负荷，开风机时，由于油泵影响油的循环，散热效果不好，致使油顶层油温较高，增加油泵数量后，油的流量增大，散热效果提高，但效果如何还需通过验证。3.70%负荷，开油泵时，由于油泵的油流量太小，散热器的散热效果提高不大，底部油温较高，强油自冷方式未到达文献1所述的效果。4.100%负荷，开风机、

22、油泵时，改善油顶层温升效果明显，而绕组温升降低不大。由于油泵的油流量太小，风量太小，底部油温较高 ，致使油顶层油温偏高，线圈温升较高。三.下一步工作：学习了文献2 后，总结这次模型试验的阅历：1. 由于缺少参考资料和科研阅历，模型设计考虑不周，没有考虑油泵的油阻对散热的影响，也没有做该项试验。有必要在模型中增加自冷、风冷状态下，管路中不带油泵和带油泵的比照试验，总结出油泵的油阻系数，修正变压器温升计算系数。2. 模型的油泵还没有选到适宜的油流继电器，因此不能测量各种冷却状况下的流速。为正确进展温升计算，需总结各种冷却状态下流速对油顶层温升、绕组温升的影响，以便在温升计算时予以考虑。这次模型试验由于存在以上缺乏，未到达目的。需认真总结阅历，完善模型的方案，就以上问题连续做试验，进展更深一步的探讨和争论 ，完善温升计算方法。