变压器电阻式温度计原理及故障处理

孙珂 姚晓君

摘  要：文章以Pt100电阻温度计为例，介绍了变压器电阻式温度计工作原理，并分析了电阻式温度计的常见故障原因及处理方法。

关键词：Pt100;电阻式温度计;故障处理

中图分类号：TM772 文献标志码：A       文章编号：2095-2945（2020）35-0091-02

Abstract： Taking Pt100 resistance thermometer as an example， this paper introduces the working principle of transformer resistance thermometer， and analyzes the common fault causes and treatment methods of resistance thermometer.

Keywords： Pt100; resistance thermometer; fault handling

1 概述

电力变压器作为电力系统中实现电压变换的关键设备，是电能输配网络的中枢节点，在电力系统中起着至关重要的作用。电力变压器在运行过程中，由于电流和交变磁通的作用，在绕组及铁芯上产生损耗，这些损耗在变压器内积聚热量使变压器温度升高。变压器温度过高会造成内部绝缘老化速度加快，从而影响变压器的使用寿命。为了保证变压器的安全稳定运行，需安装温度计对变压器内部温度进行监测。根据安装位置的不同，变压器温度计可分为绕组温度计及上层油温温度计。大型变压器温度计多使用压力式温度计，通过温包、毛细管内的压力变化驱动温度计表盘的指针转动，实现变压器温度的指示。同时为了能够远方监测变压器温度，通常在温度计内配置电阻式温度计。电阻式温度计根据金属电阻阻值随温度变化的特性来反映变压器内部温度的变化，主要可分为铜电阻温度计以及铂（Pt）电阻温度计。由于铂（Pt）电阻温度计具有精度高、稳定性强、温度适用范围广等优点，大型电力变压器多使用Pt100电阻温度计。

2 Pt100电阻式温度计工作原理

2.1 Pt100电阻原理

Pt100即标准铂电阻，100代表在0℃时阻值为100Ω。Pt100电阻值与温度两者计算公式如下：

式中，Rpt为Pt100在温度T下的阻值，R0为0℃时的阻值，Pt100对应温度即为100Ω，A=3.9083×10-3，B=-5.775×10-7，C=-4.183×10-12。可以看出B、C数量级较A小很多，所以Pt电阻值与温度呈现近似正比关系。在工程现场为了计算方便，通常查阅Pt100电阻温度对照表快速得到指定温度下对应电阻值。

2.2 Pt100电阻接线方式

Pt100主要有两线、三线、四线接线方式。

其中两线式接线误差最大，并且接线越长，线路阻值越大，测量偏差就越大。

四线式接线中内侧两线接恒流源，外侧两线接测量仪表，由于测量仪表内阻极大，外侧两线电流趋近于零，所以，外侧两线线路电阻对测量精度的影响可忽略不计。为提高Pt100电阻的测量精度，四线式接线外接恒流源电流不宜过小，电流通过Pt100产生热量，如果不能及时传导出去将会影响测量精度。现场变压器多为户外变压器，为了防止雨水渗漏变压器温度计座尺寸较小，不利于Pt100电阻热量散发，如采用四线式接线将会在温度计座内制造一个比变压器温度高的热点，使测量温度不准确。同时，恒流源电流通过主变端子箱端子排、温度计表才能到达Pt100电阻，一旦出现接线断线或接触不良，将会造成接头处发热，不仅会导致温度计无法正常工作，同时可能影响其他设备的运行。综上，四线式接线准确度高，但结构复杂，对产品及施工质量要求高，不利于现场复杂环境下的实现。

三线式接法不需要额外增加恒流源，能兼顾成本与测量精度的要求，因此在电力变压器中应用最广泛。

2.3 Pt100温度计接线原理

Pt100温度测量系统主要有Pt100电阻以及温度变送器组成，Pt100电阻与温度变送器连接，经过变送器转换输出电气量信号。

电气量信号可分为电流信号和电压信号，温度变送器电流信号的输出量程主要分为0～20mA和4～20mA等，电压信号输出量程主要分为1～5V、0～10V、2～10V等。因为变压器端子箱一般距保护室主变测控屏较远，线路电阻较大，如果采用电压信号，线路分压严重，测量精度大大降低，而电流信号不受传送距离和线路电阻的影响，且电流信号抗干扰能力优于电压信号，因此往往选择采用电流信号输出。现场输出电流信号量程一般选用4～20mA，如果采用0～20mA，则变送器静态工作电流为零，变送器结构将更加复杂，且不利于断电断线故障的判断识别。4～20mA电流信号的传送距离不得超过100m，否则精度将无法保证。如果温度变送器距离主变测控屏距离超过100m，应采用RS485通信信号进行传输。

温度变送器的温度量程有-40～120℃、0～160℃等，温度T与输出电流I的关系如下：

以-40～120℃量程为例，I、T对应于（4mA，-40℃）、（20mA，

120℃），可计算出α=10，β=-80。

3 电阻式温度计故障处理

大型变压器一般需要配置两个上层油温温度计和一个绕组温度计，检查时两个油温温度计指示应一致，绕组温度计指示应不低于油温温度计。根据规定，变压器温度计远方与就地指示应该基本一致，两者偏差应在5℃以内。如发现变压器温度计指示不正确，应该对该温度计进行检修处理。根据故障的类型可以分为三种情况。

3.1 温度計就地指示正常、远方指示错误

变压器温度计远方指示错误，可能的原因主要有后台参数设置错误、Pt100电阻或变送器故障、二次接线断线或绝缘破损等。检查时应首先用钳形电流表测量温度变送器输出电流值，判断电流值与远方温度显示是否一致，如不一致应根据式（2）进行重新计算参数α、β，并在后台机进行修改，使温度计就地远方指示达到一致。

如果输出电流值与远方温度显示一致，则应断开温度变送器电源，测量Pt100电阻，通过查阅电阻温度对照表判断Pt100電阻值与变送器输出电流是否一致，如不一致，说明温度变送器故障或设置不正确，应更换变送器或根据说明书正确设置。部分温度变送器输出量程具有0～20mA、4～20mA两个档位，设置前观察温度变送器档位是否与设计图纸、后台机参数相符合，如果不符合应调整档位。当变送器输出电流值有偏差时，应对变送器进行重新调零，根据电流偏差大小，按增大、减小键对输出电流进行微调，当调零超出补偿范围时应对变送器进行更换。

最后判断Pt100电阻值是否与当前变压器温度一致，如果不一致，则Pt100电阻存在故障或二次接线断线，应更换Pt100电阻或重新接线。

3.2 温度计就地指示错误、远方指示正常

变压器温度计就地指示错误，说明变压器压力式温度计存在故障，应检查温包有无破损，毛细管有无破损、死弯，毛细管弯曲半径是否过小以及温度计指针有无松动、损坏等。

3.3 温度计就地、远方指示一致但与实际不符

变压器温度计油温指示不符合实际温度，但就地、远方指示一致。这种情况，温度计一般没有损坏，应重点检查温度计座，温度计座应密封良好，座内变压器油位正常，无进水。

为避免以上问题，在安装、检修过程中，应加强对施工工艺的重视，温度计探头与温度计座之间密封垫材质、尺寸应选用合理、密封垫压缩量应符合要求，密封处应涂防水胶密封，温度计座上方应安装防雨挡板。

4 结束语

基于Pt100的电阻式温度计具有结构简单、精确度高、稳定性好等优点，在大型电力变压器中得到了广泛应用。在运行过程中，应注意加强变压器温度计的检查巡视，及时发现并消除存在的缺陷，保障变压器的安全稳定运行。

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