大型油浸电力变压器绕组温度测量技术

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1、总第98期科技与管理2005年03月大型油浸电力变压器绕组温度测量技术的应用廖优林摘要：本文通过分析变压器运行中热效应对其寿命和安全运行的影响，阐明对油浸式变压器绕组温度检测和控制的必要性，并简要介绍了绕组温度计的工作原理和使用方法。关键词：油浸变压器；绕组温度计；应用；1前言电力变压器是电力系统中重要的电气设备之一，其运行状况对电力系统安全可靠运行关系极大。据相关资料统计，1990－1999年间110kV及以上变压器的平均事故率约为0.69%。其中因绕组超温运行，导致绝缘老化，变压器绕组击穿、烧毁事故占有相当大比例。对于油浸式变压器，其寿命实际主要是固体绝缘（纤维纸）的寿命。

2、促使绝缘老化的主要因素是温度、水分和氧气，其中在变压器带负载时，热效应的作用最为突出。可以说热效应是变压器老化的决定性因素。也就是说变压器绕组绝缘的热老化速度与绕组的热点温度有关。按GB1094电力变压器标准设计的油浸式电力变压器，GB/T15164―94《油浸式电力变压器负载导则》规定其热点温度基准值是98℃，即在此温度下绝缘的相对老化率为1。在80～140℃范围内，温度每增加6K，老化率就增加一倍（所谓的6K法则）。油浸式变压器的相对热老化率和温度的关系列于表一中，由表一可以清楚看出，变压器在140℃下运行1ｈ，其老化量相当于在98℃下运行128ｈ，可见适当降低绕组的运行温

3、度和控制绕组最热点温度不超过允许温度，对延长绕组绝缘物的使用寿命极为重要。热点温度（℃）相对热老化率热点温度（℃）相对热老化率800.1251168.0860.2512216.0920.512832.0981.013464.01042.0140128.01104.0——表1油浸式变压器相对老化率和热点温度的关系对于大型的、冷却系统采用强油循环的油浸电力变压器，油的时间常数约为1～2h，而绕组的时间常数很小，只有约5～10min，两者差别较大。所以由于热传导过程影响，目前所采用检测油顶层温度来推断绕组温度以作为变压器运行工况的判据的方法，存在不准确、不及时、不直观的弱点。因此，有

4、必要采用新的办法来对运行中电力变压器绕组温度进行监测，及时反映出绕组的工作温度。从而引出了绕组温度计。21总第98期科技与管理2005年03月２绕组温度计的工作原理变压器绕组本身是一个带电体，直接测量绕组温度在绝缘处理上具有较大难度，特别是电压等级较高的绕组，虽可以采用光纤技术也能实现，但成本较高。所以我们常见到的绕组温度计实际上是一个通过将变压器顶部油温和工作电流综合后，得到可以反应绕组温度的一个模拟值，而并非是绕组实际温度的测量值。其工作原理为：图1变压器绕组温度计工作原理图见图1，它主要是在一个油温表的基础上，配备一台电流匹配器和一个电热元件。温度表的传感器――温包插在变

5、压器油箱顶部的油孔内，当变压器负荷为零时，绕组温度计的读数为变压器油箱顶层油面的温度。当变压器带上负荷后，通过变压器电流互感器取出的与负荷成正比的电流，经电流匹配器调整后流经嵌装在波纹管内的电热元件，电热元件产生热量，使波纹管内的气体进一步膨胀，表计弹性元件的位移量增大。因此，在变压器带上负荷后，弹性元件的位移量是由变压器顶层油温和变压器的负荷电流两者所决定。变压器绕组温度计指示的温度是变压器顶层油温与线圈对油的温升之和。在整套测量装置中，电热元件是核心部件，因为它的发热特性能否“真实地”反映变压器绕组的发热特性，将直接影响到测量结果。为此，需在变压器做温升试验时，测量变压器绕

6、组的温升，从而对流经发热元件的电流通过电流匹配器进行调节，使得电热元件的发热特性与变压器绕组对油的温升特性更为接近。使得温度计的值更能准确地反映变压器绕组的温度。3变压器绕组温度计的具体应用21总第98期科技与管理2005年03月我们知道，变压器绕组温度除了与流经它的电流大小、绕组自身的损耗直接有关外，还与变压器铁芯涡流损耗发热、绕组内部环流大小和变压器产品的设计、制造、工艺、质量以及运行时的环境温度、冷却系统运行工况有关。也就是说绕组温度是上述因素的综合实际直观反映。为更好地使用绕组温度计，我们先来了解变压器绕组温度的分布情况和影响他的因素。对于变压器绕组的温度分布情况，见图

7、二，为简化分析，可以假设为绕组的油温，从底部到顶部按线性增加；沿绕组高度任何位置的温升，从底部到顶部按线性增加，此直线与油温升直线平行，两平行线之间的差值为定值；最热点温升较绕组顶部的温升高一定值。由图2可看出，影响绕组温度高低的首要因素是环境温度，也就是冷却介质的温度；其次是变压器的损耗大小和冷却系统的使用情况，从而决定变压器底部和顶部油的温升；再次，变压器绕组内部油道设计、油流量大小等影响线圈图2油浸式变压器绕组温度分布模拟图和油之间热交换时的温差。还可看出，绕组的平均温度值，也就是变压