干式变压器温度传感器及控制器现场校验装置

中交机电工程局有限公司 刘 源

变压器是电力系统中实现能量转换的重要设备，其运行的安全与稳定性会影响电力系统的稳定性。由于当前的导体材料技术决定，变压器在运行中会大量发热，引发变压器温度升高。变压器运行规程中有规定变压器的温升范围，温度过高会导致出现减少使用寿命，以及降低电气性能、爆炸、起火风险，造成电网不稳定等诸多不安全影响。针对以上问题，良好的热控管理设备是变压器运行中必不可少的装置。

当前，对于干式变压器，其热控管理设备包括：温度控制器、测温探头、散热风机等设备。其中，温度控制器是由温度传感器（或外部电信号）、传输引线和电子显示仪表等组成的，并通过传感器物理参数（或外部信号变化）来控制变压器某一部分温度的电子装置；此装置用于检测变压器绕组温度、控制散热风机的启停，高温报警、超温跳闸等功能，是干式变压器运行中热控管理和变压器过热保护的重要装置[1]。

根据DL/T573和DL/T572规程的要求，温度控制器需要定期进行检验。通过试验，来确定温度控制器能否正常控制散热系统，能否正常高温报警及超温跳闸等动作，以及回温接点复位是否正常[2-3]。

当前，对于干变温度计的试验，通常采用标准电阻箱，用电阻箱调整不同阻值来代替测温传感器PT100在各种不同温度下的阻值，来校对温度计显示是否正确。这种检验方法，实际上是用装置来模拟温度，检查温度控制器是否正常，只能校对显示表计是否正常，无法确定测温传感器是否有异常，无法检查传感器信号传输线等外围重要的测温与信号组件是否正常，测试是不完全的。而且，温控器在动作后需要一定温差才能归位，但是电阻箱很难实现任意温度的设定输出，因此其温控器动作信号复归的测试通常无法实现。

其他的温度传感器校验设备有恒温油槽、恒温水槽，这类设备其体积大，功耗大，应用不方便。这类设备是用于油变油温计的测试校验，需要将温度计拆下来测试。而干变温度传感器的安装方式特殊，是将PT100探头贴在线包上面检测绕组温度的，其引线下外壳线槽内敷设温度计，无法将传感器拿出，而且恒温槽体积大，无法放置在干变近前实现测试操作[4]。以上设备，其针对的不是干式变压器温控器的校验，在使用操作上与现场环境差距较大，应用不便；同时，其测试功能也与干变温控器有较大差异，针对性较差。

基于以上原因，需要设计一套针对干式变压器温控器全面校验的设备，以实现在干变应用环境，对干变温度检测控制组件实现全面测试。

1 新型便携式干式变压器温度传感器及控制器现场校验装置的设计

1.1 干式变压器温度传感器及控制器现场校验装置应用环境分析

1.1.1 干变体积小，内部空间小

干式变压器较同容量的油变，体积小、重量轻、占地面积小、维护方便费用低以及废弃物污染小等诸多优势，使得现阶段干式变压器应用越来越多。干式变压器的参数监控管理，除了常规的电参数外，重要的参数就是变压器本体的热控管理组件，包括测温探头、温控器、散热风机等。干变由于体积小占地面积小，因此干变外壳也紧凑，其热控等组件安装排布非常紧凑，变压器周围没有多余空间用于放置测试仪器操作。

1.1.2 温控组件无法实现拆除进行检测试验

测温探头无法全部拆除，其信号引线全部敷设于线槽内，无法实现将传感器拆除拿出来到实验室测试，只能从线包取出一部分引线，最好的方式是将温度发生器凑近传感器实现测试。

1.2 干式变压器温度传感器及控制器现场校验装置结构设计

基于以上干式变压器温控器校验装置的应用环境特点分析，新设计的便携式干式变压器温度传感器及控制器现场校验装置由以下结构组成：一是体积小巧的可移动式温度发生器组件；二是装置控制器主机；三是主机与温度发生器的连接电缆。装置整体结构示意图如图1所示。

图1 装置整体结构示意图

装置结构设计说明：一是整套装置由主机和温度发生器组成；二是主机内部由运算系统、控制系统组成，实现检测过程的所有控制与数据记录；三是温度发生器也可称为恒温器，是可以独立操作的部件，其体积小，设计了加强隔热，可手持操作。

以上结构设计，体积较大的主机与恒温结构设计为分体式结构，将恒温器设计为小型手持式组件，该设计可以实现在狭小空间，对变压器温度传感器实现升温试验，而体积较大的主机可以放在远处空间开阔的地点，两机之间采用专用控制电缆连接，实现恒温控制与温度数据记录。温控器的信号与接点通过另一条专用信号线与主机连接，其信号状态在主机实现显示与记录。

1.3 干式变压器温度传感器及控制器现场校验装置功能设计

干式变压器温度传感器及控制器现场校验装置的功能设计，需要对应温度控制器的测试项目。参照《JBT 7631-2016变压器用电子温控器》标准规定，常规的干式变压器温度控制器需要实现以下功能。

一是检测并定时巡回显示三相线包绕组温度。二是故障声光报警：传感器故障时相应的A、B、C 相指示灯亮，同时风机启动，机器内发出嘀嘀声并接通报警触点。三是风机启动和关闭功能：当三相线包绕组中有一相或多相温度到设定的风机启动温度值时风机自动启动，风机启动时风机指示灯亮。当三相线包线组中温度均低于设定温度一定数值时，风机停止运转。四是超温报警功能：当三相线包线组中有一相或多相温度达到设定的超温报警温度时温控器发出声、光报警，并接通报警输出端子，给远方的控制柜发出声光报警。五是自动跳闸功能：当三组线包绕组中有一相或多相达到设定的跳闸温度值时，温控器接通跳闸输出端子，以提供一个开关信号给远方的控制柜，启动跳闸电路。六是电源电压降低到一定数值，其测量与动作不受影响[5]。

以上为干式变压器温控器的常规具备的功能，本项目设计的装置，需要对应上述功能，设计对应的检测程序。本装置采用真实温度来实现温度变化相关检测。

一是温度巡显：主机控制温度发生器，输出设定的温度或者温度变化序列，将测温探头插入温度发生器，查看温控器显示与输出实际温度之间误差是否合格。

二是故障声光报警：主机可以模拟任意相温度传感器故障，由计算机检测其报警信号是否发出，检测人员观察控制器是否实现了声光报警。

三是风机启动和关闭功能：主机可以设定任意相温度超过设定值或达到返回值，或者生成温度变化序列，由计算机检测其风机控制电源是否启动或关闭，检测人员观察风机是否正常运行。

四是超温报警功能：主机可以设定任意相温度超过设定值，由计算机检测其报警信号是否发出，检测人员观察控制器是否实现了声光报警。

五是自动跳闸功能：主机可以设定任意相温度超过设定值，由计算机检测其跳闸信号是否发出。

六是电源电压变化：主机可以实现电源电压由下限到上限调整，同时保持输出温度信号不变，检测温控器温度与报警动作是否受到电源电压影响。

1.4 干式变压器温度传感器及控制器现场校验装置检测流程

校验装置由计算机、信号采集器、恒温器等部分组成。系统控制部分和信号采集部分采用专用信号传输。信号采集器完成开关量信号采集以及恒温器的测量工作。恒温器采用智能控温组件自动控温，采用专用通讯信号与计算机联机控制，在计算机的控制下，完成不同温度范围各温度点的连续检定工作。其检测流程图如图2所示。

图2 装置现场检测流程图

1.5 干式变压器温度传感器及控制器现场校验装置特点与可检测项目

装置特点：一是体积小，便携装置。二是分体式结构，恒温器与主机分离，可以在小空间操作。三是采用专用的升降温算法，解决传统油槽降温效率问题，全面提升工作效率。四是设计专用测试结构，集被测仪表悬挂、接线、测试、通讯、状态显示等多功能于一体，外观紧凑，接线方便，使用灵活。五是采用复合校准方式，一次升降温过程完成示值校准、接点信号采集、远传信号测量等多个项目，亦可分别独立测量。六是记录自动处理与输出，自动完成数据处理，形成校准记录表。

可检测项目：一是示值误差检测；二是模拟输出信号误差检测；三是示值回差检测；四是模拟输出信号回差检测；五是示值重复性检测；六是模拟输出信号重复性检测；七是接点动作误差检测；八是接点切换差检测。

1.6 干式变压器温度传感器及控制器现场校验装置控制系统设计

根据干式变压器温控器的现场校验需求，控制系统软件设计了直观的图形界面，操作方便。根据需要功能选择相应的图标按钮进入程序，包括：记录查询、系统设置、恒温槽检测、温控器检测、用户管理、退出系统等，其数据测试界面项目满足干式变压器现场校验的需求。其主要测试数据界面如图3所示。

图3 系统主要测试数据界面

2 项目总结

本项目采用了计算机技术、高速采集技术、恒温控制技术，其成果是一套专门用于干式变压器温度传感器及控制器现场校验的成套装置。其实现了恒温器微型化，手持操作，专门适用于狭小空间的干式变压器温控传感器测试；实现了以实际温度输出来校验干式变压器温控器的测量数据与接点动作特性，实现了干式变压器校验设备的技术升级，以新技术手段实现了对干式变压器热控系统的精确测试管理，极大的提高了设备管理的精细程度，更好的保障设备运行的稳定性，具有推广价值。