绕组及油面温度控制器在瀑布沟水电站的应用

严映峰，陈 阳，董小强

（国电大渡河瀑布沟水力发电总厂，四川 汉源 625304）

绕组及油面温度控制器在瀑布沟水电站的应用

严映峰，陈 阳，董小强

（国电大渡河瀑布沟水力发电总厂，四川 汉源 625304）

介绍瀑布沟水电站主变压器油面温度控制器及绕组温度控制器的测温、控制原理及在实际运用中取得的效果，并简要分析了温度监测对变压器的安全稳定运行具有的重要意义。

油面温度；绕组温度；原理；应用

瀑布沟水电站位于大渡河中游，地处四川省西部汉源和甘洛两县交界处，装设6台600 MW的混流式水轮发电机组，在系统中担负调峰、调频及事故备用，枯期担负峰腰荷，汛期主要担负基荷，是四川电力系统中骨干电站之一。

瀑布沟水电站机组容量大，与机组容量配套的主变压器的容量也较大。根据瀑布沟水电站的运输条件，不可能采用常规三相变压器。为限制主变压器的运输重量，减小变压器布置场地，简化发电机电压大电流离相封闭母线的布置，采用西电变压器有限公司生产的额定容量为667 MVA的油浸式、双圈升压、组合式三相主变压器。变压器冷却方式为强迫油循环水冷，调压方式为无载调压，高、低压侧接线方式为“Y/△”。主变高压侧经油／SF6套管与500 kV SF6GIS管道连接，低压侧经油/空气套管与20 kV离相封闭母线相连，高压侧中性点经35 kV油/空气纯瓷套管引出并通过电缆直接接地。

1 温度对变压器寿命的影响

对于变压器用的绝缘材料的经济使用寿命，一般确定为20年。老化了的绝缘，其电气强度只略有降低，其机械性能却明显降低，绝缘是否老化，主要是以其机械性能的变化来判断。从外观判断，老化了的绝缘，颜色变深；出现自然龟裂、脆化、脱落等现象。

变压器绝缘的使用寿命和长期运行温度的关系，根据经验，可用下式表示：

t-绝缘运行温度（℃），不超过140℃

即温度每升高（或降低）6℃，绝缘老化寿命降低一半（或提高一倍），这被称为“6度定则”。以油浸式变压器为例：环境空气年平均温度为+20℃，额定运行时绕组平均温升不超过+65 K，绕组最热点比绕组平均温升高约+13 K（自然油循环），也就是绕组绝缘最热点温度不超过20+65+13=98℃可以保证长期在环境空气为年平均温度+20℃下，以额定负荷长期运行，绕组的绝缘使用寿命在20年以上。实际上大自然的气温并不都是+20℃，变压器以额定负荷长期运行，夏日气温高，绕组绝缘的运行温度高于98℃，实际寿命损失要大些；冬天气温低，绕组绝缘的运行温度低于98℃，实际寿命损失要小些，二者是大致互相补偿的。

变压器过负荷运行，通常不应超过标准关于变压器过负荷能力的规定。变压器在各种环境温度和使用条件下，其所允许的过负荷，均应在绝缘老化可以接受的限度内，并且绕组最热点温度不超过140℃（当温度超过140～160℃时，会产生气泡，有可能使变压器的绝缘强度下降）。变压器在运行中，由于事故，变压器的出线端子（套管）附近或线路会发生突然短路（外部短路），在变压器绕组中会流过超过正常工作电流数倍至数十倍的短路电流，短时内绕组的损耗加大，温度很快上升，既瞬间过热。标准规定，变压器绕组应能承受住这种过电流所产生的瞬时高温作用。并规定变压器承受短路的耐热能力应通过计算进行验证。变压器温度控制器是用来测量变压器油顶层温度和变压器绕组温度的，因为变压器的安全运行和实验寿命和运行温度密切相关的，在变压器的标准中（或技术协议中）相应的规定了变压器运行时油顶层的温度和绕组的平均温度。并且，通过变压器温度控制器中设置的信号开关，向冷却装置控制柜发出信号，根据已设定的温度限值来控制冷却风扇和油泵的投切；并根据设定的温度限值发出报警或跳闸信号。

2 瀑布沟主变压器温度测量的配置及原理

瀑布沟水电站主变压器每相采用2只油面温度控制器和1只绕组温度控制器。

2.1 油面温度控制器

（1）油面温度控制器型号及组成

油面温度控制器型号为MT-ST160F+ZT-F2+PSL242；其主要由MT-ST160SF指针式温度计、PSLC242电源、ZT-F2温度发送器三部分组成。每相配备2只，直接测量油的温度，见图1。

图1 油面温控器

技术参数：测量范围：0℃～160℃；开关切换差：测量范围的3%；温度偏差：相当于DIN 16 203 的±2℃；绝缘等级 2.5 kV/AC，50/60 Hz，1 min ；环境温度：-20℃～+80℃；接点容量：5 A，125/250 V/AC；防护等级：IP55；输出信号：一路4～20 mA，一路PT100；电源电压：10～36 V/DC（无电压调整）。

（2）油面温度控制器工作原理：

油面温度控制器是由弹性波纹管、毛细管和温包组成一个全密封系统，利用这密封系统内部所充的感温介质受温度变化而产生的压力变化，使弹性波纹管端部产生角位移来带动指针指示被测温度值。带有6个可调整的微动开关。温度值由一个封闭的内充高压液体的管系流测量。由于油面温度的不同，管系流中压力将其变化量转变成机械力驱动指针心轴转动，温度值即指示在刻度盘上，同时也带动微动开关在变化量达到设计值时动作，发出相应信号。其中ZT-F2温度发送器里一个传感器，可将温度值转换为4～20 mA电信号，但是此传感器需要通电（12～30 VDC）,PSLC242为传感器提供了电源。

2.2 绕组温度控制器

（1）绕组温度控制器型号

绕组温度控制器型号为MT-STW160F2+ZT-F2+Va+PSL242；其主要由MT-STW160F2绕组温度计、PSLC242直流电源装置（安装在控制柜内）、V1a匹配器、ZT-F2温度发送器4部分组成。每相配置一套绕组温控器，共3套（详见图2）。

图2 绕组温控器

（2）绕组温度温控器的原理

绕组温度是变压器油面温度使仪表内的弹性波纹管产生的角位移，叠加仪表内的发热元件产生角位移，来带动指针指示变压器绕组的温度值。发热元件是通过匹配器和变压器CT测得负荷情况变化而补偿不同的铜油温差（不同的角位移量）。绕组温度的测量是使用间接方法：绕组和油之间的温差决定于绕组电流，而电流互感器二次电流与变压器绕组电流成正比。将互感器二次电流经匹配器Va接至温控器的传送器，从而产生的指示值比实测油温高一个温度即为绕组温度。即绕组温度就是油面温度加上CT二次电流转换后的温度。

（3）ZT-F2的工作原理

ZT-F2变压器温度发送器只有和TRASY2系列指针温度计相配合，才能用于模拟变压器中的热像（绕组温度）。绕组温度只能间接测量。绕组和冷却介质之间的温差决定于绕组电流，而电流互感器二次电流与变压器绕组电流成正比。将互感器二次电流送至温度发送器ZT-F2中的加热电阻，从而产生的指示值比实测油温高一个温差，该温差和变压器负载相对应。绕组温度是由ZT-F2模拟的，而油和绕组之间的温差先设定好的。绕组温度在指针式温度计上指示，指针式温度计的温包也装在ZT-F2之内。测得数据也可以通过Pt100电阻器供动圈式指针表指示或通过模拟输出作数码显示，见图3。

图3 测温原理方框图

3 实际效果

为了解该温度计测量准确度，采用了以下温升法校验温度计，模拟试验条件：

（1）准备一个油槽，控制好油槽中油的流动，速度 ＜ 0.5 m/s。

（2）将该温度计座安放到油槽中。

（3）温度计座内充油到高度的2/3。

（4）将ZT-F2插入温度计座。

（5）将Pt100连接到端子3+4（或者选5+6）也可以连接4～20 mA输出。插入指针式温度计，直到止档（约175 mm）。

（6）油槽温度不得超过30℃，否则通过双螺母散发的热量将破坏变压器的条件。

（7）传感器感受油槽温度至少持续30 s。

（8）达到跃升温度的一个测量循环至少需时45s。

在实际投入运行中，带一定负荷时一段时间后，运行人员通过用FLUKE红外测温仪实测温度，以及冷却器油温对比油面温度控制器，其温度相差不大，考虑部位误差，以及模拟温升试验数据，我们可以断定该温度计用于变压器非常合适。

4 结束语

鉴于500 kV电压等级变压器在电力系统中的重要性，温度的变化对变压器产生的影响很大。故温度的监测对变压器的安全稳定运行具有重要的影响。瀑布沟水电站自投运以来，绕组及油面温度计运行良好，未发生误报警现象，对变压器的稳定运行起到了重要作用。

TP212.11

B

1672-5387（2010）06-0033-03

2010-10-08

严映峰（1968-），男，副厂长，从事水电厂生产管理工作。