变压器测温装置是重要的变电设备监测装置之一。其中变压器指针温度计主要承担冷却容量管理和超温报警及超温跳闸等任务,而指针温度计在不同环境和温度条件下的测量准确度鲜有报道。针对南方电网配套指针温度计在变电站极端天气特征情况下时测量误差达到6℃的这一情况,本文结合国际电工委员会发布的IEC 60076-22-2019标准,对比分析了在该标准引用前后的指针温度计的统检数据。分析根据结果得出IEC新标准中所推广的全天候温度计不但不但可以从故障源头排除原有指针温度计的设计缺陷,还能大幅度提升变压器运行温度监测准确度水平,并有效排除温度保护误动和两表偏差等运行缺陷。
南方电网2021年主网油浸变压器第二批招投标公告显示其在全国首次依据IEC 60076-22-2019《电力变压器保护组部件》对配套指针温度计提出全天候准确度考核要求。
变压器测温装置由就地指针温度计与远方显示器两个独立计量器具组成见图1,指针温度计主要承担冷却容量管理和超温报警及超温跳闸等任务;远方显示器负责向后台提供变压器运行温度数据。
依据“电力工业电力设备及仪表质量检验测试中心”在同一时间和同一地点及同一设备对中国电力市场常用指针温度计品牌的10份检测报告[1],从三个维度数据统计如下:
本次检测依据IEC 60076-22-1-2019 [2]全天候准确度要求及南网变压器招投标技术参数[3]开展,检测验证的方法执行T/SMA 0001-2017 [4]和DL/T 1400-2015 [5]。检验测试的内容包括示值误差、绝缘电阻、动作误差、两表偏差及仪表外观共5个项目(其中绝缘电阻项目全部合格原因而未纳入本次统计),试品毛细管长度全部为12米,开关数量3个至6个不等。
全天候温度计适用于-25℃~65℃变电站户外环境的同时也可以在实验室内正常使用;而实验室温度计仅限于室内环境下使用,准确度差异见表3。
全天候温度计示值误差试验是先在20℃条件下获取实验室示值误差值,然后将指针温度计的部分或者全部置于65℃或者-25℃极端气温环境下(见图2)并获取全天候示值误差数据。
全天候准确度与实验室准确度之间差异见表3,其中全天候温度计的环境和温度影响是0℃/45K,表示当环境和温度从20℃变化到65℃或-25℃时其测量误差始终不大于2.4℃。10个试品按照全天候温度计示值误差试验要求产生的检验测试的数据见表4。
动作误差是指针温度计开关上行程动作值与其设定值之差。接点动作误差检测验证的方法是:
(1)将标准温度计和复合温度传感器插入温场稳定的恒温设备中,复合温度传感器底部浸入液面深度应不小于120mm;在接近校准点时,控制恒温设备以0.8℃/min~1.0℃/min速率缓慢升温,直至温度控制开关触发接点动作,读取接点动作时标准温度计示值。
IEC标准规定变压器指针温度计(测量范围0℃~150℃)保护动作允许误差3℃(2%)。例如105℃3℃,102℃前动作属于误动故障,108℃后应动未动判为拒动故障。由表3可见实验室温度计用于户外条件时最大接点动作误差7.2℃(-25℃~65℃)。
南网招投标文件要求变压器用指针温度计控制开关设定刻度最小分度值应不大于2℃ [3]。当开关设定刻度分度值大于2℃时可引发设定值读数误差。接点动作误差定义为指针温度计开关上行程动作值与其设定值之差,其中设定值读数误差直接取决于设定刻度分度值见图3。
南网招投标文件提出温度计报警开关接点容量应满足DC110V/1A或DC220V/0.5A [3]要求。
测温装置由就地指针温度计与远方显示器两个独立计量器具组成见图1,指针温度计主要承担冷却容量管理和超温报警及超温跳闸三个任务;远方显示器提供远方数据。运行中测温装置准确与否需要标准器比对,考核两表偏差目的:通过两表偏差数据可推算出准确度状况,例当两表偏差小于2.4K时两个温度计应都合格;当两表偏差大于4.8K时两个温度计中至少有一个产品超差;当两表偏差处于2.4K与4.8K之间时可通过“纵横比”等方法判断测温装置准确度状态。
由表6可见:10个品牌中有5个试品的开关设定刻度分度值不符合检验要求,5个不合格品中有4个产品的开关设定刻度分度值是10℃。这4种指针温度计外形与结构完全相同见图2,这个不合格项属于温度计设计问题而不涉及产品质量。
《油浸变压器运行规范》要求当冷却器全停故障并在变压器油温超过75℃时应执行跳闸保护。IEC 60076-22-1-2019明确规定指针温度计保护动作误差应不大于2%,即150℃量程温度计动作误差为75℃3℃,72℃前动作属于误动事故;78℃应
动未动应判定拒动事故。指针温度计开关设定刻度分度值大于2℃不符合南方电网招投标要求。
由表7可见:10个品牌中有6个试品的直流接点容量不符合检验要求。这6种指针温度计的这个不合格项属于温度计外购件选型问题而不涉及产品质量。
南方电网招投标要求明确指针温度计保护接点直流容量应符合DC110V/1.0A,接点容量直接涉及保护可靠性,是变压器验收环节重点排查对象。
全天候温度计示值误差试验方法是先在20℃实验室条件下获取检验测试的数据见实验室示值误差(表9),然后将指针温度计的部分或者全部置于65℃或者-25℃环境下(见图2)并获取全天候示值误差数据。试验过程同步获得的间接数据“环境和温度影响量”见表9。
由表9可见10个试品中有6个国产产品影响量≤1.0℃/45K基本不受环境和温度变化影响,占7个国产品牌的85%以上。说明在中国推广IEC全天候准确度已经具备良好工业基础。
表9同时显示三个欧洲进口指针温度计全部不符合欧盟全天候准确度要求,欧盟于2008年就通过颁发EN 50216-2008 [7]推广全天候温度计,为什么销售中国的三个欧盟主流品牌既不符合欧盟标准也不符合IEC要求?
目前南方电网变电站配套的实验室准确度指针温度计在用于变电站极端气候条件时测量误差并不是其铭牌公示的2.4℃(1.5%FS),而是6℃见表3。IEC推广全天候准确度的意义在于将3.6℃/45K的实验室温度计环境气温变化影响附加误差在温度计生产线加以消除,当变电站环境和温度从20℃变化到65℃或-25℃时其测量误差始终不大于2.4℃。
除此以外,由于全天候温度计没有环境和温度影响附加误差原因,指针温度计保护接点动作误差将从现在的7.2℃(-25℃~65℃)下降到3.2℃(-25℃~65℃)见表3;变压器测温装置远方与就地之间两表偏差也将从现在的8.4℃(-25℃~65℃)下降到4.8℃(-25℃~65℃)见表3。
由此可见,南方电网在全国率先通过引用IEC全天候准确度新规不但可以从故障源头排除指针温度计设计缺陷,大幅度提升变压器运行温度监测准确度水平;还能够有效排除温度保护误动和两表偏差运行缺陷。
[4]上海市计量协会.油浸式电力变压器测温装置全寿命质量管控规范 T/SMA0001-2017 [S].
●针对指针温度计的测量准确性相关的研究在行业内鲜有报道。本文分析了现有指针温度计存在的缺陷与不足,并将现有指针温度计与全天候温度计作对比分析。
●本文对国际电工委员会发布的IEC 60076-22-2019标准推广的全天候温度计进行深入分析,率先提出新标准中所推广的全天候温度计不但不但可以从故障源头排除原有指针温度计的设计缺陷,还能大幅度提升变压器运行温度监测准确度水平,并有效排除温度保护误动和两表偏差运行缺陷。
