变压器用绕组温度计的误差分析

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，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=1.3T+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＝2 9.2 K，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=1.18 A，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示温度一致，均为80.3 ℃（不计温度计非原理误差）。

当变压器偏离额定状态工作时，设工作电流I分别取为0.7IN、

0.8IN、0.9IN、1.1IN、1.2IN计算各状态下的绕组铜油温差△T，并按

1.3△T求得相应的绕组热点对油面温差分别为：21.3K、23.8K、

K26.4K、32.3K、35.5K。而根据各工作电流下的Is=7.462×10-3 I值，

按图2查得温度计的温度增量分别为14.5K、17.5K、22.5K、35.0K、40.0K。它们对应的差值为-6.8K、-6.3K、-3.9K、2.7K、4.5K。工作电流偏离额定（基准）电流越远，所导致的指示读数与绕组热点温度的误差越大．

四．结论

当温度计内电热元件的模拟量与变压器绕组铜油温差计算公式一致时，才能保证在产品偏离温度计整定基准电流（一般为额定电流）工作的情况下，温度计读数准确反映绕组热点温度，而目前所用温度计的模拟温度一电流特性曲线，一般近似为抛物线，这仅与变压器绕组铜油温差的变化大致吻合，实际应用时必须注意绕组温度计的这一原理性误差。

作者: zwk6951 时间: 2008-8-21 12:05

多种冷却方式变压器的研究报告（一）

随着环境保护对噪声的要求越来越高，特别是在夜间（此时变压器负荷较小）迫切需要降低居住环境周围的噪声，处于居民小区的变压器必须满足环保的要求。为此供电部门对变压器制造厂提出了降噪要求，首先在欧洲出现了“散热冷却器”的新型冷却方式。所谓“散热冷却器”是指以片式散热器为主要散热面，同时配合风机和油泵进行冷却。参考文献（1）介绍，当变压器50～60%左右负荷时，片式散热器处于自冷状态（ONAN），散热能力为500w/m2左右；当变压器负荷率达到70～80%左右时启动风机，片式散热器处于油浸风冷状态（ONAF），以吹风加强片式散热器的散热能力，当空气流速为1～1.25m/s时，散热器的散热能力为800w/m2;当变压器满负荷时再投入油泵（OFAF）进行强油风冷，即油泵使冷油由下部进入线圈间，热油由上部进入散热器吹风冷却，当空气流速为

6m/s，油流量为25～40m3/h（416.7～666.7 l/min）时，散热器的散热能力为1000w/m2。

我厂曾经根据杭州供电局的要求试制过类似上述要求的变压器，但由于种种原因没有成功。现在，工厂为进一步满足用户的需求，要求我处开发这类产品。根据工厂安排我们开展了以下工作：

一. 多种冷却方式变压器结构的研究