变压器温度测量及异常检查处理方法分析

李毅

摘 要：电力变压器是电力系统的重要设备之一，其运行状况对电力系统安全可靠运行关系极大。变压器的绝缘老化，其主要因素是温度、湿度和油中劣化的分解物质等方面，其中对于带负载的变压器，其温度的作用尤为突出。绝缘的工作温度越高，其化学反应的速度越快，绝缘的机械强度和电气强度则丧失得越快，所以温度是导致变压器老化的决定性因素，对变压器的温度进行实时监测、采集、分析及检查处理，使温度维持在一定的范围内，对保证变压器正常运行有重要的意义。

关键词：变压器；温度；原理；检查处理

中图分类号：TM40 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2014）27-0107-01

1 变压器的散热原理

油浸式变压器带上负载后，在它的铁芯、线圈中就产生损耗。这些损耗转化为热，发出热量，温度逐渐升高，热量传递至其表面，由于线圈和铁芯浸没在温度较低的变压器油中，加热后的线圈与作为冷却介质的变压器油之间存在的温差，使得一部分热量得以传递给绕组周围的冷却介质，从而使邻近绕组的介质温度升高。而绕组底部的变压器油仍然维持着较低温度，使得变压器油在热虹吸效应下，形成油流循环，将热量源源不断地传送到变压器外部的散热器。当油流循环趋于稳定后，线圈和铁芯等部件的温度不再升高，其产生的热量全部经由作为冷却介质的油流传递到周围环境中。至此，变压器内部产热散热达到平衡。

热平衡状态下，变压器内部热流路径可以分为以下几个阶段：

①从绕组或铁芯的内部流至其外表面，热量主要靠导热形式散发。

②从绕组或铁芯表面流至变压器油中，再到油箱壁，热量主要靠对流的形式散发。

③当线圈、铁芯附件的油温升高后，由于变压器油的密度与温度成反比，温度较高时其密度较小，因此温度较高的热油在热浮力的作用下向上流动，遇到温度较低的油箱壁面后，传递一部分热量给油箱壁，温度降低的油密度变大，在重力作用下，顺着油箱壁面朝下流动，重新流入绕组底部，至此，在变压器内部形成封闭的油流循环，油流循环的作用不仅仅使得变压器内部各部分温度更均匀，同时也抬升了变压器油箱内的整体油温。对于一般的自冷式变压器，油箱的顶层油温一般比平均油温高出20%左右。

④油箱壁和散热管壁的温度在热油的对流换热作用下逐渐升高，同时由于油箱壁和散热器管壁也是热的良导体，内壁的热量经热传导的方式传递到外壁，其与周围空气的温差使得热量又经对流和辐射的形式散发到周围环境中。变压器的散热量可由公式（1）确定：

qt=C1·t■■qt=Q/F（1）

式中，qt为单位热负荷；Q为变压器的损耗；F变压器的总散热面积；C1与变压器性本身参数有关的常数；ty为变压器的温升。

由此可见，变压器内部由各种损耗所产生的热量，通过热传导、对流以及辐射的形式从内部传递到变压器外部环境中，热流路径是由变压器内部各部分的温差决定的，热流经过之处均会产生温差，而温差的大小与变压器内部损耗和变压器油的密度、粘滞度等物理性质密切相关。所以，温度这一参量对于变压器可靠运行至关重要。

2 变压器温度的测量原理及校验

2.1 油面温度的测量原理

油面温度表目前有几种测温方法，一种是使用压力式表计，其结构是由弹性元件、毛细管和温包组成。温包内有感温物质，根据温度不同，液体膨胀程度不一。当温度变化时，感温物质受温度变化而产生压力变化，使表计的弹性元件端部发生变化产生角位移来带动指针指示被测温度值，并换算为温度信号输出至远方。常用信号类型有0～5 V电压信号，4～20 mA电流信号等，这种测温方式的应用较多。另一种是利用热电阻传感器，热电阻具有高温度系数、高电阻率、化学、物理性能稳定、良好的线性输出等优点，常用的热电阻有PT100、PT1 000等，测量原理是把当前热电阻传感器的电阻值转换为容易测量的电压值，再经过后续A/D转换电路和显示而得到相应的温度值。

2.2 绕组温度的测量原理

常见的绕组温度表是一种采用热模拟技术测量变压器绕组最热温度的表计。所谓的热模拟技术是在易测量的变压器顶层油温的基础上再施加一个变压器负荷电流变化的的附加温升，由二者之和可得变压器绕组的最热点温度。这种表计是在油面温度表的基础上再配备一台电流匹配器和一个电热元件，通过变压器的电流互感器取出与负荷成正比的电流，经电流匹配器调整后，通过安装在弹性元件中的电热元件，电热元件产生热量，使弹性元件的位移发生变化。此法原理简单，不足之处是其在现实运用中误差较大，获得的数据与实际温度不符。另一种方式是采用光纤内埋测温技术直接测量绕组温度，即在绕组上直接埋设光纤传感器，使用温度测量仪测量绕组温度，其传感器的探头可实现真实、准确测量“热点”的温度，具有直接、实时、准确的特点。不过，光纤光栅等温度传感器在变压器内测温所遭受的复杂电磁环境，以及传感器封装以及安装过程的特殊要求，传感器的失效概率、信号的准确采集转换、传输，以及布置传感器的经济成本，都是限制光纤温度传感器广泛应用于变压器绕组热点温度测量的重要因素。

3 变压器温度测量异常检查和处理

3.1 油面温度测量异常的检查和处理

①检查变压器上安装表计温包的感温油槽是否油位过低，过低时则无法保证其热传导良好，温度表无法正常指示温度，如过低应及时进行变压器油的补充。

②整个温度表是一个密闭系统，若其中存有微小气囊（即没有完全充满感温液体），如毛细管损坏，则采用这种压力式原理制造的油面温度计就会产生误差，甚至失效，需对整个表计进行更换。

③检查温度表指针是否卡滞或跳跃的现象，若出现该现象可使用手指将指針轻微往顺时针方向拨动来判定是否接点粘连或者利用恒温槽升温检测等方法处理。

④检查温度表输出模块（包括电压、电流或电阻）是否损坏，若损坏则进行修理更换。

⑤后台测控装置的温度显示是否发生问题，检查后台变送器是否与温度表匹配，或者是变电站设计和基建调试时错误，造成就地与远传信号不对应，远传将无法正常监测准确的温度。

⑥计算机监控系统是否显示有误，应通知相关部门前往维护。

3.2 绕组温度测量异常的检查和处理

对于绕组温度异常的检查和处理，除了上述油面温度异常的检查处理内容之外，还有以下几点：

①匹配器的不适用导致不符合厂家的温升试验结果，应更换与温度表匹配的匹配器。

②检查内部加热元件是否损坏，若损坏应进行更换。

3.3 变压器温度异常时检查处理的几个方法

在排除了上述因表计测量问题导致的温度指示异常前提下，再来说说如何针对变压器温度异常时的检查和处理方法。

①检查主变压器是否过负荷。油温升高是因长期过负荷引起的，因此应向调度部门汇报，要求减轻负荷。

检查主变压器运行时的声音是否正常，油温是否在正常范围内，有无故障迹象。

②检查冷却设备运行或变压器室内通风情况是否正常，若运行不正常，则应采取相应的处理措施。

③若在正常负荷、环境和冷却器正常运行方式下主变压器油温仍不断升高，则可能是变压器内部有故障，应及时向调度汇报并征得调度同意后，申请将变压器退出运行，并做好异常问题的记录。

④判断变压器温度升高，应以现场指示、远方打印和模拟量告警为依据，并根据温度、负荷曲线进行综合分析。若仅有告警，而打印和现场指示均正常，则可能是发信有误或测温装置本身有误。

4 结 语

大型油浸式电力变压器，是输配电网络中的最昂贵设备之一。其在运行过程中易遭受热性、电性和机械性应力以及其他应力的共同作用，从而导致变压器失效或故障，这些应力使得变压器的绝缘系统不断渐进老化。同时绕组线圈中的直流损耗和其它损耗，将在变压器内部积聚大量热量，由于绕组自身结构属于非线性系统，各种损耗积聚的热量以及散热结构上的可能缺陷，决定了其温度分布并不均匀，绕组的局部过热，将直接影响变压器的寿命与安全运行。因此，必须确保这些积聚的热量能够有效地传递到变压器油中，并经由变压器油带走。所以，对变压器的温度进行实时监测、采集，并对主变油温、绕温、油位以及在线监测系统的数据进行趋势分析，同时对专业巡维检查后的结果进行纵向和横向的分析，及时做好异常的检查处理，使温度维持在规定的范围内，对保障变压器的使用寿命有着重要的意义。

参考文献：

[1] 谢永健.关于变压器的油温测量[J].自动化与信息工程，2008，（3）.

[2] 赵冬立.淺谈变压器绕组温度计的原理及测量方法[J].科技与企业，2012，（23）.