变压器用绕组温控器校准装置的研究

变压器用绕组温控器校准装置的研究

耿荣勤 邢寒雪 李杰

河北省计量监督检测研究院，河北石家庄 050000

摘 要 介绍变压器用绕组温控器校准装置研制过程中的关键技术

关键词 变压器；变压器用绕组温控器；绕组温度；热模拟特性

0 引言

电力变压器是电力系统重要的电气设备之一，其使用寿命很大程度上取决于它的绕组温度，由于变压器绕组本身是带电体，直接测量绕组温度难度较大，而变压器用绕组温控器正是专为测量油浸式电力变压器的绕组温度设计的，目前大中型变压器上大都配备了绕组温控器，用于监测变压器的安全运行，因此绕组温控器的计量特性的准确校准对于变压器冷却装置准确及时动作、超温报警和超温跳闸有极其重要的作用，为保障安全生产、保护变压器使用寿命，必须对绕组温控器的基本计量特性进行校准；基于此，二0一八年我们研制了变压器用绕组温控器校准装置。

1 研究思路

变压器绕组温控器工作原理如图1

图1 变压器绕组温控器工作原理图

1、变压器二次线圈 2、电流互感器 3、感温部件（膨胀式温度计） 4、电流匹配器

5、电热元件 6、指示仪表

绕组温控器的感温部件插在变压器油箱顶层的专用插孔内，当变压器负荷为零时，绕组温控器的读数为变压器油的温度。当变压器带上负荷后，通过变压器电流互感器取出的与负荷成正比的电流，经变流器调整后流经嵌装在波纹管内的电热元件，电热元件产生的热量，使弹性元件的位移量增大。因此在变压器带上负荷后，弹性元件的位移量是由变压器顶层油温和变压器负荷电流二者所决定。

基于此，该装置的设计分为四部分：一是研制模拟油浸式变压器油温的恒温槽，温度范围：（0～150）℃，在（20～120）℃范围升、降温速率可控制在≤1.0℃/min，用于校准温控器的示值允差和接点动作误差。二是研制热模拟特性校准装置，用于模拟变压器工作时绕组的附加温升，达到准确校准绕组温控器热模拟附加温升示值误差目的。三是设计绕组温控器开关接点信号通断测试装置，配合恒温槽可控的升、降温速率达到准确校准开关接点动作误差和切换差的目的。四是设计绕组温控器的温度变送器校准装置，使输入远方温度显示器的输入信号准确可靠。本文只介绍装置的第一和第二部分的研制。

2 研究期望达到的技术指标

2.1 双制冷恒温槽技术指标：

（1）测温范围：（0～150）℃，工作区域水平温差：≤0.1℃，工作区域最大温差≤0.1℃；温度波动度：≤0.1℃/10min。

（2）(20～120）℃范围内，恒温槽升降温速率可控制在≤1.0℃/min。

2.2 热模拟特性校准装置技术指标

该装置可输出稳定的（0～10）A交流电流，用于模拟变压器带电工作状态，使绕组温控器指示值比变压器油温高一个温差，即绕组的附加温升，达到校准变压器绕组温控器热模拟附加温升及热模拟时间常数的功能；由标准器和本装置引入的校准不确定度应小于被检允差的1/4。

3 技术方案

3.1 双制冷恒温槽技术方案

为准确校准绕组温控器的控制开关接点动作误差和切换差，关键技术是将恒温槽升、降温速率控制在≤1.0℃/min。

恒温槽设计理念：恒温槽升温依靠电加热控制器，降温时依靠制冷系统。为了实现（20～120）℃范围内准确控制升、降温速率，本恒温槽设计两种独立的制冷方式——压缩机制冷和冷媒制冷。当槽液温度低于45℃时，可同时采用两种制冷方式对槽液降温，提高了降温速率和工作效率；当槽液温度高于45℃时，出于保护压缩机的目的，压缩机制冷系统自动关闭，只采用冷媒循环制冷达到对槽液降温的目的。冷媒循环制冷系统原理图见图2。

冷媒循环制冷系统有一个独立的调节面板，可设置要制取的冷却水的温度。当冷却水达到预设温度时，打开循环泵，冷却水通过管道进入循环系统。冷媒回流阀、冷媒降温阀、转子流量计结合使用，可控制进入到恒温槽的冷却水流量，从而达到加快降温和控制升温速率的目的。对于降温速率的控制，恒温槽在45℃以下通过压缩机制冷降温，45℃以上通过小流量（0～100mL/min）冷却水循环制冷即可满足要求。对于升温速率的控制，采用不同控温方式分段调节的方法，根据温度的不同，不断调节转子流量计，改变冷媒循环时流经恒温槽的冷却水的流量，从而达到控制升温速率的目的。通过分段调节，可将恒温槽升温速率控制在≤1.0℃/min。

图2 冷媒循环系统原理图

3.2 热模拟特性校准装置技术方案

见绕组温控器校准接线原理图3

图3 绕组温控器校准接线原理图

热模拟特性校准装置采用可调交流恒流源，输出稳定的（0～10）A的交流电流，用于模拟变压

器工作时电流互感器二次额定电流I_p。该装置含有一块（0～5）A的0.2级交流电流表A

₁、一块（0～2）A的0.5级交流电流表A₂、一块测量范围（0～30）mA的直流电流表。其中，（0～5）A的交流电流表用于测量交流恒流源输出的实际电流值，即I_p值；（0～2）A的交流电流表用于测量与变压器绕组附加温升 对应的电流I_s；通过这几部分组合使用，可以准确校准绕组温控器热模拟附加温升示值误差及热模拟时间常数，达到对变压器用绕组温控器的I_s进行出厂整定的功能。

4 装置达到的技术指标

4.1 双制冷恒温槽技术指标：

经河北省计量监督检测研究院对双制冷恒温槽进行校准，结果如下：

（1） 测温范围：（0～150）℃，工作区域水平温差：0.020℃，工作区域最大温差0.040℃，温度波动度：≤0.020℃/10min；

（2）在（20～120）℃范围内，恒温槽升、降温速率可控制在≤1.0℃/min。

4.2 热模拟特性校准装置技术指标

经过利用本装置校准绕组温控器并对校准结果进行不确定度分析，热模拟附加温升示值误差校准不确定度可达到0.6℃，小于被检允差的1/4。

5 结束语

本装置很好的解决了变压器绕组温控器计量性能长期无法完整校准的问题，特别是热模拟特性的校准，为变压器的安全运行筑起了一道屏障。

参考文献

[1] 陈培伟 陈涛.变压器绕组温度计的原理及其应用.华电技术，2008（10）

[2] 杨文琛 毕露月.油浸式变压器绕组温度的测量方法研究.机电信息，2014

作者简介及联系方式姓名：耿荣勤 性别：女 出生年月：1964年7月，职称：正高级工程师，自1990年至今一直从事温湿度计量。