變壓器測(cè)溫裝置是重要的變電設(shè)備監(jiān)測(cè)裝置之一。其中變壓器指針溫度計(jì)主要承擔(dān)冷卻容量管理和超溫報(bào)警及超溫跳閘等任務(wù),而指針溫度計(jì)在不同環(huán)境溫度條件下的測(cè)量準(zhǔn)確度鮮有報(bào)道。針對(duì)南方電網(wǎng)配套指針溫度計(jì)在變電站極端氣候條件下時(shí)測(cè)量誤差達(dá)到±6℃的這一情況,本文結(jié)合國(guó)際電工委員會(huì)發(fā)布的IEC 60076-22-2019標(biāo)準(zhǔn),對(duì)比分析了在該標(biāo)準(zhǔn)引用前后的指針溫度計(jì)的統(tǒng)檢數(shù)據(jù)。分析結(jié)果表明IEC新標(biāo)準(zhǔn)中所推廣的全天候溫度計(jì)不但不僅可以從故障源頭排除原有指針溫度計(jì)的設(shè)計(jì)缺陷,還能大幅度提升變壓器運(yùn)行溫度監(jiān)測(cè)準(zhǔn)確度水平,并有效排除溫度保護(hù)誤動(dòng)和兩表偏差等運(yùn)行缺陷。

南方電網(wǎng)2021年主網(wǎng)油浸變壓器第二批招投標(biāo)公告顯示其在全國(guó)首次依據(jù)IEC 60076-22-2019《電力變壓器保護(hù)組部件》對(duì)配套指針溫度計(jì)提出全天候準(zhǔn)確度考核要求。

變壓器測(cè)溫裝置由就地指針溫度計(jì)與遠(yuǎn)方顯示器兩個(gè)獨(dú)立計(jì)量器具組成見(jiàn)圖1,指針溫度計(jì)主要承擔(dān)冷卻容量管理和超溫報(bào)警及超溫跳閘等任務(wù);遠(yuǎn)方顯示器負(fù)責(zé)向后臺(tái)提供變壓器運(yùn)行溫度數(shù)據(jù)。

依據(jù)“電力工業(yè)電力設(shè)備及儀表質(zhì)量檢驗(yàn)測(cè)試中心”在同一時(shí)間和同一地點(diǎn)及同一設(shè)備對(duì)中國(guó)電力市場(chǎng)常用指針溫度計(jì)品牌的10份檢測(cè)報(bào)告[1],從三個(gè)維度數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)如下:

a)檢測(cè)合格率維度的統(tǒng)計(jì)見(jiàn)表1;

b)不合格項(xiàng)數(shù)量維度統(tǒng)計(jì)見(jiàn)表2;

c)檢測(cè)項(xiàng)目維度數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)見(jiàn)表4。

圖1變壓器測(cè)溫裝置原理圖

表1變壓器指針溫度計(jì)檢測(cè)合格率統(tǒng)計(jì)表

本次檢測(cè)依據(jù)IEC 60076-22-1-2019 [2]全天候準(zhǔn)確度要求以及南網(wǎng)變壓器招投標(biāo)技術(shù)參數(shù)[3]開(kāi)展,檢驗(yàn)方法執(zhí)行T/SMA 0001-2017 [4]和DL/T 1400-2015 [5]。檢測(cè)內(nèi)容包括示值誤差、絕緣電阻、動(dòng)作誤差、兩表偏差及儀表外觀(guān)共5個(gè)項(xiàng)目(其中絕緣電阻項(xiàng)目全部合格原因而未納入本次統(tǒng)計(jì)),試品毛細(xì)管長(zhǎng)度全部為12米,開(kāi)關(guān)數(shù)量3個(gè)至6個(gè)不等。

表2“不合格項(xiàng)數(shù)量”統(tǒng)計(jì)表

01“檢測(cè)項(xiàng)目”試驗(yàn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)

“檢測(cè)項(xiàng)目”試驗(yàn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)

1.1全天候示值誤差檢測(cè)

世界各地變電站普遍選擇壓力式原理的指針溫度計(jì)原因有三:

a)可符合-25℃~65℃戶(hù)外環(huán)境下的準(zhǔn)確度要求;

b)確保溫度計(jì)接點(diǎn)保護(hù)動(dòng)作準(zhǔn)確度與雷擊無(wú)關(guān);

c)滿(mǎn)足全天候溫度計(jì)設(shè)計(jì)壽命優(yōu)于15年要求。

全天候溫度計(jì)適用于-25℃~65℃變電站戶(hù)外環(huán)境的同時(shí)也可以在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)正常使用;而實(shí)驗(yàn)室溫度計(jì)僅限于室內(nèi)環(huán)境下使用,準(zhǔn)確度差異見(jiàn)表3。

表3準(zhǔn)確度差異表

*實(shí)驗(yàn)室準(zhǔn)確度定義1.5%(20℃±5℃)[5],全天候準(zhǔn)確度定義1.5%(-25℃~65℃)[2]

全天候溫度計(jì)示值誤差試驗(yàn)是先在20℃條件下獲取實(shí)驗(yàn)室示值誤差值,然后將指針溫度計(jì)的部分或者全部置于65℃或者-25℃極端氣溫環(huán)境下(見(jiàn)圖2)并獲取全天候示值誤差數(shù)據(jù)。

圖2全天候示值誤差試驗(yàn)

全天候準(zhǔn)確度與實(shí)驗(yàn)室準(zhǔn)確度之間差異見(jiàn)表3,其中全天候溫度計(jì)的環(huán)境溫度影響是0℃/45K,表示當(dāng)環(huán)境溫度從20℃變化到65℃或-25℃時(shí)其測(cè)量誤差始終不大于2.4℃。10個(gè)試品按照全天候溫度計(jì)示值誤差試驗(yàn)要求產(chǎn)生的檢測(cè)數(shù)據(jù)見(jiàn)表4。

表4全天候示值誤差檢測(cè)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)表

1.2動(dòng)作誤差檢測(cè)

動(dòng)作誤差是指針溫度計(jì)開(kāi)關(guān)上行程動(dòng)作值與其設(shè)定值之差。接點(diǎn)動(dòng)作誤差檢驗(yàn)方法是:

(1)將標(biāo)準(zhǔn)溫度計(jì)和復(fù)合溫度傳感器插入溫場(chǎng)穩(wěn)定的恒溫設(shè)備中,復(fù)合溫度傳感器底部浸入液面深度應(yīng)不小于120mm;在接近校準(zhǔn)點(diǎn)時(shí),控制恒溫設(shè)備以0.8℃/min~1.0℃/min速率緩慢升溫,直至溫度控制開(kāi)關(guān)觸發(fā)接點(diǎn)動(dòng)作,讀取接點(diǎn)動(dòng)作時(shí)標(biāo)準(zhǔn)溫度計(jì)示值。

(2)接點(diǎn)動(dòng)作值誤差按公式(1)計(jì)算,結(jié)果應(yīng)不大于2%FS。

式中:——被校溫度計(jì)接點(diǎn)動(dòng)作值誤差(℃)。

——被校溫度計(jì)控制開(kāi)關(guān)設(shè)定值(℃)。

——被校溫度計(jì)開(kāi)關(guān)動(dòng)作瞬間標(biāo)準(zhǔn)示值 (℃)。

——標(biāo)準(zhǔn)溫度計(jì)的修正值 (℃)。

IEC標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定變壓器指針溫度計(jì)(測(cè)量范圍0℃~150℃)保護(hù)動(dòng)作允許誤差±3℃(2%)。例如105℃±3℃,102℃前動(dòng)作屬于誤動(dòng)故障,108℃后應(yīng)動(dòng)未動(dòng)判為拒動(dòng)故障。由表3可見(jiàn)實(shí)驗(yàn)室溫度計(jì)用于戶(hù)外條件時(shí)最大接點(diǎn)動(dòng)作誤差±7.2℃(-25℃~65℃)。

表5全天候動(dòng)作誤差檢測(cè)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)表

1.3儀表外觀(guān)檢查

1.3.1設(shè)定刻度分度值

南網(wǎng)招投標(biāo)文件要求變壓器用指針溫度計(jì)控制開(kāi)關(guān)設(shè)定刻度最小分度值應(yīng)不大于2℃ [3]。當(dāng)開(kāi)關(guān)設(shè)定刻度分度值大于2℃時(shí)可引發(fā)設(shè)定值讀數(shù)誤差。接點(diǎn)動(dòng)作誤差定義為指針溫度計(jì)開(kāi)關(guān)上行程動(dòng)作值與其設(shè)定值之差,其中設(shè)定值讀數(shù)誤差直接取決于設(shè)定刻度分度值見(jiàn)圖3。

圖3開(kāi)關(guān)10℃設(shè)定刻度圖

表6設(shè)定誤差檢查數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)表

1.3.2保護(hù)接點(diǎn)直流容量

南網(wǎng)招投標(biāo)文件提出溫度計(jì)報(bào)警開(kāi)關(guān)接點(diǎn)容量應(yīng)滿(mǎn)足DC110V/1A或DC220V/0.5A [3]要求。

表7觸點(diǎn)容量檢查數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)表

*招投標(biāo)規(guī)定值≥DC220V/0.5A或DC110V/1A

1.4兩表偏差檢測(cè)

測(cè)溫裝置由就地指針溫度計(jì)與遠(yuǎn)方顯示器兩個(gè)獨(dú)立計(jì)量器具組成見(jiàn)圖1,指針溫度計(jì)主要承擔(dān)冷卻容量管理和超溫報(bào)警及超溫跳閘三個(gè)任務(wù);遠(yuǎn)方顯示器提供遠(yuǎn)方數(shù)據(jù)。運(yùn)行中測(cè)溫裝置準(zhǔn)確與否需要標(biāo)準(zhǔn)器比對(duì),考核兩表偏差目的:通過(guò)兩表偏差數(shù)據(jù)可推算出準(zhǔn)確度狀況,例當(dāng)兩表偏差小于2.4K時(shí)兩個(gè)溫度計(jì)應(yīng)都合格;當(dāng)兩表偏差大于4.8K時(shí)兩個(gè)溫度計(jì)中至少有一個(gè)產(chǎn)品超差;當(dāng)兩表偏差處于2.4K與4.8K之間時(shí)可通過(guò)“縱橫比”等方法判斷測(cè)溫裝置準(zhǔn)確度狀態(tài)。

表8全天候兩表偏差檢測(cè)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)表

02試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析

數(shù)據(jù)分析

2.1關(guān)于開(kāi)關(guān)設(shè)定刻度分度值

由表6可見(jiàn):10個(gè)品牌中有5個(gè)試品的開(kāi)關(guān)設(shè)定刻度分度值不符合檢驗(yàn)要求,5個(gè)不合格品中有4個(gè)產(chǎn)品的開(kāi)關(guān)設(shè)定刻度分度值是10℃。這4種指針溫度計(jì)外形與結(jié)構(gòu)完全相同見(jiàn)圖2,這個(gè)不合格項(xiàng)屬于溫度計(jì)設(shè)計(jì)問(wèn)題而不涉及產(chǎn)品質(zhì)量。

《油浸變壓器運(yùn)行規(guī)范》要求當(dāng)冷卻器全停故障并在變壓器油溫超過(guò)75℃時(shí)應(yīng)執(zhí)行跳閘保護(hù)。IEC 60076-22-1-2019明確規(guī)定指針溫度計(jì)保護(hù)動(dòng)作誤差應(yīng)不大于2%,即150℃量程溫度計(jì)動(dòng)作誤差為75℃±3℃,72℃前動(dòng)作屬于誤動(dòng)事故;78℃應(yīng)

動(dòng)未動(dòng)應(yīng)判定拒動(dòng)事故。指針溫度計(jì)開(kāi)關(guān)設(shè)定刻度分度值大于2℃不符合南方電網(wǎng)招投標(biāo)要求。

2.2關(guān)于開(kāi)關(guān)接點(diǎn)容量

由表7可見(jiàn):10個(gè)品牌中有6個(gè)試品的直流接點(diǎn)容量不符合檢驗(yàn)要求。這6種指針溫度計(jì)的這個(gè)不合格項(xiàng)屬于溫度計(jì)外購(gòu)件選型問(wèn)題而不涉及產(chǎn)品質(zhì)量。

南方電網(wǎng)招投標(biāo)要求明確指針溫度計(jì)保護(hù)接點(diǎn)直流容量應(yīng)符合DC110V/1.0A,接點(diǎn)容量直接涉及保護(hù)可靠性,是變壓器驗(yàn)收環(huán)節(jié)重點(diǎn)排查對(duì)象。

2.3關(guān)于全天候準(zhǔn)確度

全天候溫度計(jì)示值誤差試驗(yàn)方法是先在20℃實(shí)驗(yàn)室條件下獲取檢測(cè)數(shù)據(jù)見(jiàn)實(shí)驗(yàn)室示值誤差(表9),然后將指針溫度計(jì)的部分或者全部置于65℃或者-25℃環(huán)境下(見(jiàn)圖2)并獲取全天候示值誤差數(shù)據(jù)。試驗(yàn)過(guò)程同步獲得的間接數(shù)據(jù)“環(huán)境溫度影響量”見(jiàn)表9。

表9指針溫度計(jì)示值環(huán)境溫度變化影響量試驗(yàn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)表

由表9可見(jiàn)10個(gè)試品中有6個(gè)國(guó)產(chǎn)產(chǎn)品影響量≤1.0℃/45K基本不受環(huán)境溫度變化影響,占7個(gè)國(guó)產(chǎn)品牌的85%以上。說(shuō)明在中國(guó)推廣IEC全天候準(zhǔn)確度已經(jīng)具備良好工業(yè)基礎(chǔ)。

2.4關(guān)于進(jìn)口產(chǎn)品準(zhǔn)確度

表9同時(shí)顯示三個(gè)歐洲進(jìn)口指針溫度計(jì)全部不符合歐盟全天候準(zhǔn)確度要求,歐盟于2008年就通過(guò)頒發(fā)EN 50216-2008 [7]推廣全天候溫度計(jì),為什么銷(xiāo)售中國(guó)的三個(gè)歐盟主流品牌既不符合歐盟標(biāo)準(zhǔn)也不符合IEC要求?

03結(jié)束語(yǔ)

結(jié)束語(yǔ)

目前南方電網(wǎng)變電站配套的實(shí)驗(yàn)室準(zhǔn)確度指針溫度計(jì)在用于變電站極端氣候條件時(shí)測(cè)量誤差并不是其銘牌公示的±2.4℃(1.5%FS),而是±6℃見(jiàn)表3。IEC推廣全天候準(zhǔn)確度的意義在于將3.6℃/45K的實(shí)驗(yàn)室溫度計(jì)環(huán)境溫度變化影響附加誤差在溫度計(jì)生產(chǎn)線(xiàn)加以消除,當(dāng)變電站環(huán)境溫度從20℃變化到65℃或-25℃時(shí)其測(cè)量誤差始終不大于2.4℃。

除此以外,由于全天候溫度計(jì)沒(méi)有環(huán)境溫度影響附加誤差原因,指針溫度計(jì)保護(hù)接點(diǎn)動(dòng)作誤差將從現(xiàn)在的±7.2℃(-25℃~65℃)下降到±3.2℃(-25℃~65℃)見(jiàn)表3;變壓器測(cè)溫裝置遠(yuǎn)方與就地之間兩表偏差也將從現(xiàn)在的±8.4℃(-25℃~65℃)下降到±4.8℃(-25℃~65℃)見(jiàn)表3。

由此可見(jiàn),南方電網(wǎng)在全國(guó)率先通過(guò)引用IEC全天候準(zhǔn)確度新規(guī)不僅可以從故障源頭排除指針溫度計(jì)設(shè)計(jì)缺陷,大幅度提升變壓器運(yùn)行溫度監(jiān)測(cè)準(zhǔn)確度水平;而且可以有效排除溫度保護(hù)誤動(dòng)和兩表偏差運(yùn)行缺陷。

本文作者

林春耀廣東電網(wǎng)有限責(zé)任公司電力科學(xué)研究院

孫斌中國(guó)計(jì)量大學(xué)

楊賢廣東電網(wǎng)有限責(zé)任公司電力科學(xué)研究院

馬志欽廣東電網(wǎng)有限責(zé)任公司電力科學(xué)研究院

趙曉鳳廣東電網(wǎng)有限責(zé)任公司電力科學(xué)研究院

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