變壓器測溫裝置是重要的變電設備監(jiān)測裝置之一。其中變壓器指針溫度計主要承擔冷卻容量管理和超溫報警及超溫跳閘等任務,而指針溫度計在不同環(huán)境溫度條件下的測量準確度鮮有報道。針對南方電網(wǎng)配套指針溫度計在變電站極端氣候條件下時測量誤差達到±6℃的這一情況,本文結(jié)合國際電工委員會發(fā)布的IEC 60076-22-2019標準,對比分析了在該標準引用前后的指針溫度計的統(tǒng)檢數(shù)據(jù)。分析結(jié)果表明IEC新標準中所推廣的全天候溫度計不但不僅可以從故障源頭排除原有指針溫度計的設計缺陷,還能大幅度提升變壓器運行溫度監(jiān)測準確度水平,并有效排除溫度保護誤動和兩表偏差等運行缺陷。

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

變壓器測溫裝置由就地指針溫度計與遠方顯示器兩個獨立計量器具組成見圖1,指針溫度計主要承擔冷卻容量管理和超溫報警及超溫跳閘等任務;遠方顯示器負責向后臺提供變壓器運行溫度數(shù)據(jù)。

依據(jù)“電力工業(yè)電力設備及儀表質(zhì)量檢驗測試中心”在同一時間和同一地點及同一設備對中國電力市場常用指針溫度計品牌的10份檢測報告[1],從三個維度數(shù)據(jù)統(tǒng)計如下:

a)檢測合格率維度的統(tǒng)計見表1;

b)不合格項數(shù)量維度統(tǒng)計見表2;

c)檢測項目維度數(shù)據(jù)統(tǒng)計見表4。

圖1變壓器測溫裝置原理圖

表1變壓器指針溫度計檢測合格率統(tǒng)計表

本次檢測依據(jù)IEC 60076-22-1-2019 [2]全天候準確度要求以及南網(wǎng)變壓器招投標技術(shù)參數(shù)[3]開展,檢驗方法執(zhí)行T/SMA 0001-2017 [4]和DL/T 1400-2015 [5]。檢測內(nèi)容包括示值誤差、絕緣電阻、動作誤差、兩表偏差及儀表外觀共5個項目(其中絕緣電阻項目全部合格原因而未納入本次統(tǒng)計),試品毛細管長度全部為12米,開關(guān)數(shù)量3個至6個不等。

表2“不合格項數(shù)量”統(tǒng)計表

01“檢測項目”試驗數(shù)據(jù)統(tǒng)計

“檢測項目”試驗數(shù)據(jù)統(tǒng)計

1.1全天候示值誤差檢測

世界各地變電站普遍選擇壓力式原理的指針溫度計原因有三:

a)可符合-25℃~65℃戶外環(huán)境下的準確度要求;

b)確保溫度計接點保護動作準確度與雷擊無關(guān);

c)滿足全天候溫度計設計壽命優(yōu)于15年要求。

全天候溫度計適用于-25℃~65℃變電站戶外環(huán)境的同時也可以在實驗室內(nèi)正常使用;而實驗室溫度計僅限于室內(nèi)環(huán)境下使用,準確度差異見表3。

表3準確度差異表

*實驗室準確度定義1.5%(20℃±5℃)[5],全天候準確度定義1.5%(-25℃~65℃)[2]

全天候溫度計示值誤差試驗是先在20℃條件下獲取實驗室示值誤差值,然后將指針溫度計的部分或者全部置于65℃或者-25℃極端氣溫環(huán)境下(見圖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

全天候準確度與實驗室準確度之間差異見表3,其中全天候溫度計的環(huán)境溫度影響是0℃/45K,表示當環(huán)境溫度從20℃變化到65℃或-25℃時其測量誤差始終不大于2.4℃。10個試品按照全天候溫度計示值誤差試驗要求產(chǎn)生的檢測數(shù)據(jù)見表4。

表4全天候示值誤差檢測數(shù)據(jù)統(tǒng)計表

1.2動作誤差檢測

動作誤差是指針溫度計開關(guān)上行程動作值與其設定值之差。接點動作誤差檢驗方法是:

(1)將標準溫度計和復合溫度傳感器插入溫場穩(wěn)定的恒溫設備中,復合溫度傳感器底部浸入液面深度應不小于120mm;在接近校準點時,控制恒溫設備以0.8℃/min~1.0℃/min速率緩慢升溫,直至溫度控制開關(guān)觸發(fā)接點動作,讀取接點動作時標準溫度計示值。

(2)接點動作值誤差按公式(1)計算,結(jié)果應不大于2%FS。

式中:——被校溫度計接點動作值誤差(℃)。

——被校溫度計控制開關(guān)設定值(℃)。

——被校溫度計開關(guān)動作瞬間標準示值 (℃)。

——標準溫度計的修正值 (℃)。

IEC標準規(guī)定變壓器指針溫度計(測量范圍0℃~150℃)保護動作允許誤差±3℃(2%)。例如105℃±3℃,102℃前動作屬于誤動故障,108℃后應動未動判為拒動故障。由表3可見實驗室溫度計用于戶外條件時最大接點動作誤差±7.2℃(-25℃~65℃)。

表5全天候動作誤差檢測數(shù)據(jù)統(tǒng)計表

1.3儀表外觀檢查

1.3.1設定刻度分度值

南網(wǎng)招投標文件要求變壓器用指針溫度計控制開關(guān)設定刻度最小分度值應不大于2℃ [3]。當開關(guān)設定刻度分度值大于2℃時可引發(fā)設定值讀數(shù)誤差。接點動作誤差定義為指針溫度計開關(guān)上行程動作值與其設定值之差,其中設定值讀數(shù)誤差直接取決于設定刻度分度值見圖3。

圖3開關(guān)10℃設定刻度圖

表6設定誤差檢查數(shù)據(jù)統(tǒng)計表

1.3.2保護接點直流容量

南網(wǎng)招投標文件提出溫度計報警開關(guān)接點容量應滿足DC110V/1A或DC220V/0.5A [3]要求。

表7觸點容量檢查數(shù)據(jù)統(tǒng)計表

*招投標規(guī)定值≥DC220V/0.5A或DC110V/1A

1.4兩表偏差檢測

測溫裝置由就地指針溫度計與遠方顯示器兩個獨立計量器具組成見圖1,指針溫度計主要承擔冷卻容量管理和超溫報警及超溫跳閘三個任務;遠方顯示器提供遠方數(shù)據(jù)。運行中測溫裝置準確與否需要標準器比對,考核兩表偏差目的:通過兩表偏差數(shù)據(jù)可推算出準確度狀況,例當兩表偏差小于2.4K時兩個溫度計應都合格;當兩表偏差大于4.8K時兩個溫度計中至少有一個產(chǎn)品超差;當兩表偏差處于2.4K與4.8K之間時可通過“縱橫比”等方法判斷測溫裝置準確度狀態(tài)。

表8全天候兩表偏差檢測數(shù)據(jù)統(tǒng)計表

02試驗數(shù)據(jù)分析

數(shù)據(jù)分析

2.1關(guān)于開關(guān)設定刻度分度值

由表6可見:10個品牌中有5個試品的開關(guān)設定刻度分度值不符合檢驗要求,5個不合格品中有4個產(chǎn)品的開關(guān)設定刻度分度值是10℃。這4種指針溫度計外形與結(jié)構(gòu)完全相同見圖2,這個不合格項屬于溫度計設計問題而不涉及產(chǎn)品質(zhì)量。

《油浸變壓器運行規(guī)范》要求當冷卻器全停故障并在變壓器油溫超過75℃時應執(zhí)行跳閘保護。IEC 60076-22-1-2019明確規(guī)定指針溫度計保護動作誤差應不大于2%,即150℃量程溫度計動作誤差為75℃±3℃,72℃前動作屬于誤動事故;78℃應

動未動應判定拒動事故。指針溫度計開關(guān)設定刻度分度值大于2℃不符合南方電網(wǎng)招投標要求。

2.2關(guān)于開關(guān)接點容量

由表7可見:10個品牌中有6個試品的直流接點容量不符合檢驗要求。這6種指針溫度計的這個不合格項屬于溫度計外購件選型問題而不涉及產(chǎn)品質(zhì)量。

南方電網(wǎng)招投標要求明確指針溫度計保護接點直流容量應符合DC110V/1.0A,接點容量直接涉及保護可靠性,是變壓器驗收環(huán)節(jié)重點排查對象。

2.3關(guān)于全天候準確度

全天候溫度計示值誤差試驗方法是先在20℃實驗室條件下獲取檢測數(shù)據(jù)見實驗室示值誤差(表9),然后將指針溫度計的部分或者全部置于65℃或者-25℃環(huán)境下(見圖2)并獲取全天候示值誤差數(shù)據(jù)。試驗過程同步獲得的間接數(shù)據(jù)“環(huán)境溫度影響量”見表9。

表9指針溫度計示值環(huán)境溫度變化影響量試驗數(shù)據(jù)統(tǒng)計表

由表9可見10個試品中有6個國產(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個國產(chǎn)品牌的85%以上。說明在中國推廣IEC全天候準確度已經(jīng)具備良好工業(yè)基礎。

2.4關(guān)于進口產(chǎn)品準確度

表9同時顯示三個歐洲進口指針溫度計全部不符合歐盟全天候準確度要求,歐盟于2008年就通過頒發(fā)EN 50216-2008 [7]推廣全天候溫度計,為什么銷售中國的三個歐盟主流品牌既不符合歐盟標準也不符合IEC要求?

03結(jié)束語

結(jié)束語

目前南方電網(wǎng)變電站配套的實驗室準確度指針溫度計在用于變電站極端氣候條件時測量誤差并不是其銘牌公示的±2.4℃(1.5%FS),而是±6℃見表3。IEC推廣全天候準確度的意義在于將3.6℃/45K的實驗室溫度計環(huán)境溫度變化影響附加誤差在溫度計生產(chǎn)線加以消除,當變電站環(huán)境溫度從20℃變化到65℃或-25℃時其測量誤差始終不大于2.4℃。

除此以外,由于全天候溫度計沒有環(huán)境溫度影響附加誤差原因,指針溫度計保護接點動作誤差將從現(xiàn)在的±7.2℃(-25℃~65℃)下降到±3.2℃(-25℃~65℃)見表3;變壓器測溫裝置遠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℃)見表3。

由此可見,南方電網(wǎng)在全國率先通過引用IEC全天候準確度新規(guī)不僅可以從故障源頭排除指針溫度計設計缺陷,大幅度提升變壓器運行溫度監(jiān)測準確度水平;而且可以有效排除溫度保護誤動和兩表偏差運行缺陷。

本文作者

林春耀廣東電網(wǎng)有限責任公司電力科學研究院

孫斌中國計量大學

楊賢廣東電網(wǎng)有限責任公司電力科學研究院

馬志欽廣東電網(wǎng)有限責任公司電力科學研究院

趙曉鳳廣東電網(wǎng)有限責任公司電力科學研究院

參考文獻:

[1]國家電網(wǎng)中國電力科學研究院有限公司. [OL] http://www.epri.sgcc.com.cn/jcwt/entrust/rest/EleIndexPage/publicity

[2]國際電工委員會.電力變壓器保護裝置 IEC 60076-22-1-2019 [S].

[3]中國南方電網(wǎng)有限責任公司.100kV~500kV交流電力變壓器技術(shù)規(guī)范書:Q/CSG XXXXXX[S].

[4]上海市計量協(xié)會.油浸式電力變壓器測溫裝置全壽命質(zhì)量管控規(guī)范 T/SMA0001-2017 [S].

[5]國家能源局.油浸變壓器測溫裝置現(xiàn)場校準規(guī)范 DL/T1400-2015 [S].

[6]國家電網(wǎng)有限公司. 500KV單相自耦電力變壓器采購標準 Q/GDW13011.1-2018 [S].

[7]歐洲電工標準化委員會.電力變壓器和電抗器配件 EN5021601:2008 [S].

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