变压器用绕组温度计的误差分析

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1、变压器用绕组温度计的误差分析  一．概述  随着对变压器运行安全要求的不断提高，绕组温度计（以下简称温度计）作为一种运行监护元件已愈来愈广泛地应用在变压器产品上。虽然一般温度计的使用说明中指出：“温度计内电热元件温度的增加正比于绕组与油箱顶部（油面）温度之差的增加”。严格来说，这一说法是不确切的．因为对不同结构的变压器绕组，虽然可使电热元件内流过的电流与统组负载电流成正比，但由于电热元件与绕组的冷却条件不可能完全相同，这就使得相同的电流变化却不一定在统组和电热元件内引起相同的温度变化，换句话说，在某些情况下，温度计显示的温度可能是“虚

2、假”的．因而有必要对温度计应用的实际情况作一分析．  二．绕组温度计的工作原理统组温度计是利用“热模拟”（thermalimage）原理间接测量统组热点温度的，其主要组成部分如图1所示．温度计的主要组成部分：温包、测量波纹管及连接二者的毛细管，组成反映变压器顶层油温的测量系统；电流互感器、电流匹配器及电热元件，组成反映绕组负载电流变化的热模拟部分以及用于补偿环境温度的补偿波纹管．测量系统中注满一种体积随温度变化的液体，将该系统中的温包置于油箱顶部，以感应变压器顶层油温，顶层油温的变化，引起测量系统中液体的胀缩，导致测量波纹管的位移。由

3、电流互感器取得的与负载电流成正比的电流Ip经电流匹配器调整后，Ip变化为Is，加到测量波纹管内的电热元件上，该电流在电热元件上所产生的热量，使测量波纹管在原有位移的基础上产生一相应的位移增量，加大后的位移量经机械放大带动指针转动，从而在仪表上显示出对应负载电流的统组温度．若通过电热元件的电流Is所产生的热量，使测量波纹管位移变化所带来的温度增量近似等于被测绕组热点温度对变压器顶层油温（即温包放置处油温）之差，则绕组温度计所显示的温度就反映了绕组的热点温度．图2三．绕组温度计的误差分析在变压器的热计算完成以后，需要确定温度计的基准工作点

4、，即所谓“整定”，它是以一定的绕组负载电流为基准，选取电流互感器电流比及电流匹配器系数，使基准状态下的温度计温度等于绕组的热点温度．设统组在某一基准电流Iw下的平均温升为Twa，相应油平均温升为Toa。，油面温升（即顶层油温升）为Tot。再令环境温度为Ta，则按变压器负载导则，绕组的热点温度为：Twh=1.3　T+Tot+Ta（l）  式中△T=Twa—Toa为一般热计算中的铜油温差．根据式（l）中第一项1．3△T的值，查图2曲线（温度计内电热元件引起的温度变化随电流变化的曲线）得到所需电流过电热元件的电流Is．选择电流互感器电流比α

5、及调整电流匹配器系数C，使Is=αCIw，则在绕组负载为Iw时，温度计的显示读数就是绕组热点温度Iwh．  由上可见，温度计的显示温度是由两部分叠加而成．第一部分Tot+Ta是由温包直接感应的变压器油面温度；第二部分1.3△T是利用电热元件模拟的，与绕组热点对油面温差（即铜油温差的1.3倍）相对应的指示读数的增量。但是，当负载电流变化所升起的第二部分温度的变化不一定与绕组铜油温差的变化相一致，因为就目前所用温度计而言，图2曲线近似为抛物线，即电热元件引起的温度变化只能近似与其中的电流（也与绕组负载电流两次方成正比变化。众所周知，变压器

6、绕组铜油温差随产品冷却方式的不同却不一定按负载电流的二次方关系变化．  下面以强油非导向冷却产品为例，其绕组的铜油温差的计算公式为：T＝0．113q0.7（2）式中q为绕组线饼的表面热负荷，它包括两部分，第一部分q1正比于负载电流I的平方（设为q1=KI2），第二部分q△线饼油道修正部分，从而式（2）变为：  △T＝0.113（KI2＋q△）0.7（3）  由式（3）可见，对所述冷却方式的变压器绕组铜油温差不按负载电流的平方关系变化，也即与温度计内电热元件模拟的指示温度随负载电流的变化不一致，这样当负载电流不等于整定温度计所用的基准电

7、流时，指示温度就会与绕组热点温度产生偏差．为了说明上述结果，下面给出一个具体计算例子．某台强油非导向冷却变压器高压绕组额定电流IN=158.1A，在该电流下的铜油温差面△T=22.5K，油平均温升Toa＝29.2K，油面温升Tot＝31.0K，令环境温度Ta＝20℃，并以额定电流为基准电流（即取Iw=IN）对高压绕组温度温度计进行整定．  据式（l）得绕组热点温度为：Twh=1.3×22.5＋31.0＋20＝80.3℃  据1.3△T＝29.3K查图2曲线，得到与该绕组热点对油面温差相对应的电热元件模拟温度增量（29.3K）所需通过的

8、电流应为Is=1.18A，设计电流互感器电流比α及选择电流匹配器系数C，使αC＝7.462×10-3，则有Is=7.462×10-8×158.l=1.18A，从而可使得在额定工作状态下，高压绕组的热点计算温度与温度计的显