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开展变压器测温装置不停电检修的必要性分析
- 2020-03-10-

    由于变压器事故大多伴随温度异常现象,因此测温装置准确度直接影响变压器热保护可靠性。DL/T 572-2010《电力变压器运行规程》要求:测温装置现场指针示值与控制室远方数据之间出现的不一致(即两表偏差)应不超过5K测温装置发生两表偏差大于5K时应即被判为运行缺陷并纳入检修计划。

    

    根据运行记录显示,即使在实验室按照1.5%FS准确度要求检验合格的测温装置,受到变电站现场各种影响因子作用后仍然可能出现很高的运行缺陷率。某电力公司220kV及以上变压器配套的约2000台测温装置中有50%以上存在两表偏差运行缺陷,测温装置发生两表偏差缺陷并不一定代表其产品质量有问题,缺陷率居高的主要原因是电力变压器实施组部件检修机会较少,在等待检修过程中会有越来越多测温装置加入“带病工作”队伍而不断推高运行缺陷率。本文提出在变压器不停电条件下实施校准的方法能够为测温装置及时检修作业提供技术支撑,不停电在线校准技术可将两表偏差缺陷率控制在0.1%以内。2 两表偏差缺陷分析

    两表偏差源自测温装置的系统误差和环境影响量两个部分。

    

    2.1系统误差

    测温装置由指针温度计和远方信号装置两个部分构成如图1。指针温度计由传感器温包和弹性元件及毛细管三个部分焊接而成,指针温度计按照JB/T6302-2016《变压器用油面温控器》要求生产制造,准确度等级1.5%FS指针温度计160℃量程时的允许误差范围是±2.4℃。远方信号装置按照JB/T 7631-2016《变压器用电子温控器》设计制造,如图1所示由传感器测温元件(准确度相当于0.5%FS)和温度变送器(准确度0.5%FS)及远方数字显示器(准确度0.5%FS)三个部分构成,远方信号装置允许误差范围也是±2.4℃。这两种160℃量程1.5%FS准确度的温度仪表允许误差均为±2.4℃,极端情况下这两种温度仪表在同一个测量点的示值可以相差4.8℃。这种由两个仪表允许误差带来的偏差称为系统误差。

    

    2.2 影响量

    消除安装、运行工况及条件会给测温装置带来环境温度影响、传感器插入深度影响、接触电阻影响、气压(海拔)影响和密闭系统慢性渗漏影响等,统称为环境影响。

    

    2.2.1环境温度影响

    指针温度计在由弹性元件、毛细管及温包三个零件焊接构成的密闭系统内充入感温介质(例如液体)后,因为感受温度变化引发温包内感温介质体积(或者压力)变化,这个压力变化量通过毛细管传递到弹性元件使得指针偏转显示温度。

    

    环境温度变化影响将导致毛细管内感温介质随环境温度热胀冷缩并引发指针温度计示值变化,是压力式温度计难以克服的设计缺陷。指针温度计的环境温度变化影响量允许值为3.2℃/40K,可以按照DL/T 1400-2015提供快速鉴定方法进行检测

    

    在20 ℃实验室环境温度条件下将指针温度计温包插入100℃恒温槽稳定10min后记录指针温度计示值B;再将毛细管放入60 ℃恒温水槽中稳定10min后记录指针温度计示值B ’如图2,两次试验值的差别B-B ’超过3.2℃/40K时表示这台指针温度计环境温度影响量不合格。测温装置中指针温度计的环境温度影响量不合格表示该产品两表偏差已经无法校准。

    

    2.2.2传感器插入深度影响

    由于变压器组部件标准JB/T 6302-2016规定测温装置传感器插入深度150mm与变压器制造标准GB/T 6451-2015[6]要求插入深度不小于110mm存在冲突。现场存在大量变压器的温度计座长短不一现象,此现象直接引发指针温度计负偏差,这个负偏差将使得两表偏差增大。

    

    2.2.3其它影响因子

    测温装置的远传信号是利用铂丝材料物理特性测量温度(0.385Ω/℃),而测量回路的接触电阻可能由于现场氧化、腐蚀等作用或者现场振动、环境温度变化导致金属连接锁紧力下降而带来变化,接触电阻每变化0.385Ω就会带来1℃的附加误差。基于本文仅对实验室检验合格的测温装置作为影响量分析对象,因此压力式温度计密闭系统慢性渗漏引发测温装置计量特性变化不纳入计算范围。海拔高度对不同工作介质压力式温度计示值影响存在差异,本文也没有纳入量化统计。

    

    3  校准方法

    校准原则是在保证测温装置标称准确度水平前提下将两表偏差调整到允许范围内。

    

    3.1实验室校准

    测温装置的实验室校准应至少选择三个校准点(如40℃、60℃、80℃),实验室校准前每个校准点上可能存在的最大系统误差是±4.8℃,实验室校准后系统误差应小于±2.4℃。

    

    实验室校准步骤1:以恒温槽标准器示值为基准对远方信号装置输出电流进行多点校准,校准后的远方信号装置示值应与标准器示值相等。在实验室将测温装置的远方示值与标准温度计调整一致(也可以认为此时此刻远方显示器数据就是标准器示值),这表示远方温度显示器还有±2.4℃的误差资源可以用于两表偏差校准(即:巡视校准的修正值上限应不超过±2.4℃)。

    

    实验室校准步骤2:以测温装置的指针示值为基准对远方信号装置输出电流进行多点调整方式的校准。校准后的远方信号装置示值与指针示值之间的两表偏差应小于5K。超过±2.4℃巡视校准修正值上限还没有消除两表偏差缺陷时表示被检指针温度计影响量不合格。

    

    3.2 现场校准

    现场校准分为现场停电条件下的校准和不停电校准。

    

    3.2.1 现场停电校准

    将三台便携式恒温油槽放在油箱顶部,三个校准点分别为40℃和60℃及80℃。在现场停电条件下对远方信号装置输出电流进行多点修正。现场停电校准可以避免指针温度计毛细管二次拆装带来的损坏,校准可以修正包括铂电阻测量回路的接触电阻和部分环境温度影响量。

    

    3.2.2现场不停电校准

    现场不停电校准(也称为巡视校准)是指在变压器不停电条件下,依据春夏秋冬不同环境温度条件下以实验室检验合格指针温度计示值为对象,通过智能化手段对温度变送器输出电流进行修正(如图1所示),将两表偏差控制在5K以内的同时不改变远方信号装置原有的准确度水平。智能温度变送器(如H420APP型)实施在线自动校准的计算依据是:

    

    1)以指针温度计示值误差和远方信号示值误差等固有偏差为基础值,

    

    2)以指针温度计和变送器的环境温度影响量等运行数据为参考值,

    

    3)兼顾传感器插入深度和远方信号接线可靠性等不确定因素。

    

    巡视校准过程分别向智能温度变送器输入春/秋天(20℃)、盛夏(40℃及以上)、寒冬(-10℃及以下)三种气温条件下变压器运行可能出现的指针最高油温(最大负载)和指针最低油温(最小负载)6类运行数据,如表2所示:

    

    

    H420APP对后续巡视校准过程中产生的大量数据中不断优化筛选并截取6个典型数据,通过计算后自动实施两表偏差校准。巡视数据输入越多则计算结果越准确则校准水平越高。超过±2.4℃巡视校准修正值上限还没有消除两表偏差缺陷时表示被检指针温度计影响量指标不合格。

    

    4  校准有效性

    一套检验合格的测温装置在现场运行条件下可能产生的两表偏差极值ΔTmax=9.9℃

    正态分布条件下两表偏差ΔTmax出现大于5K的概率是16%。

    

    实验室校准可消除2.4℃的远方信号装置示值误差,但无法校准插入深度影响和环境温度影响。实验室校准后的两表偏差为7.5℃max,正态分布条件下7.5℃max两表偏差出现5K的概率是6.1%(即校准合格率上限仅为93.9%);实施巡视校准后的两表偏差为5.1℃max,正态分布条件下5.1℃max两表偏差出现5K的概率是0.1%(即校准合格率上限是99.9%)。

    

    由一些数据显示偏差源于系统误差和影响量两个部分。只有现场不停电巡视校准才完整覆盖系统误差和影响量两个部分,数据证明巡视校准方法有效性为99.9%。

    

    以上有效性评价没有涉及指针温度计测温系统慢性渗漏影响,运行中大部分指针温度计环境温度影响远远大于3.2℃/40K指标,测温装置首次检验也没有按照DL/T 1400-2015要求开展两表偏差实验室校准(从而引发现场配置的温度变送器根本没有校准功能)的原因,更何况大部分测温装置传感器存在插入深度不足问题,所以变电站现场测温装置实际运行缺陷率可能远大于16%计算值。

    

    5  不停电巡视校准实例

    2016年3月某变电站3台换流变压器更新了9台智能化测温装置并在不同季节气温条件下分别进行巡视校准见图5。在此之前这9台产品已经在实验室将测温装置的远方示值与标准温度计调整一致(也可以认为此时此刻远方显示器数据就是标准器示值),这同时也表示远方温度显示器有±2.4℃的两表偏差校准裕度见表5(即:巡视校准的修正值上限应不超过±2.4℃)。

    

    结论:某特高压变电站极1换流变压器A相主变配套的测温装置通过巡视校准后两表偏差缺陷全部消除。

    

    6不停电巡视校准必要性

    6.1等待停电检修过程中越来越多测温装置“带病工作”推高运行缺陷率。不停电巡视校准为测温装置“应修必修”创造及时检修的作业条件;

    

    6.2实验室校准合格的测温装置仍然可能因为运行中各种影响量引发两表偏差缺陷。只有在变压器运行条件下开展的巡视校准才能有效消除两表偏差运行缺陷。

    

    6.3智能温度变送器能从巡视大数据中自动筛选出高价值数据不断提高校准水平和测温装置故障预测水平,支持检修人员由目前的“被动抢修”向“事前防范”积极转变。