变电站温度测量就地和远传显示不一致原因研究.docx
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变电站温度测量就地和远传显示不一致原因研究
变电站温度测量就地和远传显示不一致原因分析及解决措施
变电站温度测量就地和远传显示不一致原因分析及解决措施
1前言
变压器、高抗油温和绕温测量是变压器安全运行和数据分析的重要指标之一，其温度测量和温度控制的准确性是非常重要的。
云南计量技术监督评价要求压力式温度计就地显示与主控室显示偏差应小于5℃，以保证温度测量的准确和数据分析的准确。
但从计量技术监督评价和计量技术监督缺陷上报情况分析，变压器、高抗油温和绕温测量系统普遍存在就地与控制室显示偏差大于5℃的现象。
由于压力式温度计设备生产厂家众多，同厂家设备又有多种型号，测量原理和测量方式多有不同，给计量人员查找缺陷原因和消除缺陷带来比较大的困难。
2.压力式温度计远传监测常用连接方式
变电站变压器温度测量采用本体监控及远方监控的方式，变压器本体温度监控用油温指示控制器和绕组温度指示控制器，远方温度监控由远方温度表或后台机显示屏实现。
目前云南电力系统在用的变压器温度指示控制器（表）有多种型号、规格和连接方式，以下是几种常用的连接方式：
对远方温度监控四种连接方式从优点、缺点、有效性几方面进行比较，比较表见表1：
方式
项目
温控器内置变送器
温控器外置变送器
温控器内置热电阻
热电阻外置
作用
测量绕组、油温度
测量绕组、油温度
测量油温
测量油温
优点
1与本体温度表同源测量
2可测量油、绕组温度
3就地和远传显示一致性高
1可测量油、绕组温度
2就地和远传显示一致性较高
1与本体温度表同源测量
2热电阻测温准确
1无须需整套更换
2热电阻测温最准确
缺点
1温控器需要补偿值
2变送器较易坏要整套更换
3测温准确性低
1与本体温度表不同源测量；
2温控器需要补偿值
3变送器易坏要整套更换
4测温准确性低
1热电阻坏要整套更换
2不能测量绕组温度
3就地和远传显示一致性低
1与本体温度表不同源测量
2不能测量绕组温度
3就地和远传显示一致性低
有效性
变送器影响温控器使用时间
变送器影响温控器使用时间
热电阻影响温控器使用时间
热电阻不影响温控器使用时间
表1远方温度监控四种连接方式的比较
3变压器温度测量不一致原因统计和分析
经过变压器温度测量就地和远传显示不一致原因的调查、资料收集、现场试验、现场检查和各供电局上报的变电站温度测量就地和远传显示不一致统计表的统计分析，我们通过研究分析、总结归纳出一些造成变压器温度测量就地与远传显示不一致的主要原因，主要有以下几个方面：
（1）温度测量系统的系统误差
变压器温度测量系统是由多个测温元件组成，每个测温元件按照准确度等级都有相应的最大允许误差，如果多个测温元件都以最大允许误差叠加，就会产生一个很大的误差。
例如：
一个油面温度控制器输出Pt100信号至温度变送器，温度变送器输出（4-20）mA至测控,测控通信到后台显示的温度测量系统。
油面温度控制器的测量范围为（0-160）℃、准确度为1.5级、示值的最大允许误差为±2.4℃，温度变送器的测量范围为（0-160）℃、准确度为0.5级、示值的最大允许误差为±0.8℃，测控装置的非电量数据采集通道的测量范围为（0-160）℃、准确度为0.5级、示值的最大允许误差为±0.8℃，则该测温系统的最大误差可达到±4.0℃。
（2）测温元件损坏
变压器温度测量系统由于测量系统中的测温元件损坏，会导致就地和远传显示偏差极大。
例如：
220kV川江变2号主变上层油温，由于油面温度控制器的Pt100信号损坏，导致远传比就地显示高67℃；110kV恩乐变＃1主变油面温度由于测控装置的内部温度插件异常，导致远传比就地温度高8℃。
（3）测温元件输出信号未校验或超差
温度控制器的远传输出信号主要有Pt100热电阻、Cu50热电阻、（4-20）mA电信号、（0-5）V电信号四种，部分单位在校验温度控制器时没有对远传输出信号进行校验。
或者是对远传输出信号进行了校验，但远传输出信号经校验误差超差，但仍然使用该温度控制器。
温度控制器的远传输出信号是保证变压器温度测量就地和远传显示相一致重要保证，所以一定要保证它的输出值和本体的指示值相一致。
（4）测温元件未校验
变压器温度测量系统是由多个测温元件组成，每个测温元件的误差都影响着测量系统的准确性。
大部分单位都对温度控制器进行了校验，但有一部分单位对组成温度测量系统的温度数显表、温度变送器、测控装置的非电量数据采集通道没有开展校验，这些测温元件误差过大都会造成整个测量系统的误差过大。
特别是对于测控装置，经过这几年我们对变压器温度测量系统的校验情况看，如果计算机后台监视温度组态错误，将会产生极大的误差，严重影响变压器温度测量系统的准确性。
（5）测温元件不匹配
对温度控制器配备（4-20）mA（或0-5V）的温度变送器（温度数显仪或测控装置），如果绕组温度控制器和油面温度控制器的量程统一为（0-150）℃，所有温度变送输出同一个线性常数K=0.1067mA/℃，更重要的是温度变送器（温度数显仪或测控装置）通用，反之，如果绕组温度控制器的量程为（0-150）℃，温度变送输出16mA/150℃=0.1067mA/℃；而油面温度控制器的量程为（0-120）℃，则温度变送输出16mA/120℃=0.1333mA/℃，此时油面温度控制器与绕组温度控制器所配套的温度变送器（温度数显仪或测控装置）无法通用，如果温度测量系统上的这些测温元件没有按统一量程匹配，将导致测温系统的各个仪表之间的温度显示值不一致，甚至远传显示本无法监测变压器本体温度。
还有就是变电站设计和基建调试时错误，造成就地与远传信号不对应，远传将无法正常监测变压器本体温度，如将A相油温的输出信号回路错误接入B相油温测量装置中，在计算机组态时将C相绕温的点名错误组态为A相点名等。
（6）测温元件示值漂移
变压器温度测量系统是由多个测温元件组成，这些测温元件有稳定性好的，也有稳定性差的，长期运行会产生示值漂移，从而使整个测量系统测量不准和就地和远传显示不一致。
特别是温度控制器其工作原理是将机械量和热电阻阻值转变为电量进行测量，这种工作方式的仪表的稳定性相对较差。
还有就是大部分温度控制器、温度变送器、温度数显表都是安装于室外，长期运行于恶劣的环境中，对测温元件的稳定性有很大的影响，测温元件老化速度要比安装于室内的设备快。
（7）温度控制器开关接点影响
温度控制器的温度临近开关接点设定的温度值时，指示指针需要一个推力才能接通开关接点，开关接点容量越大，推力也要求越大。
所以采用外置变送器输出和热电阻输出的温度控制器，温度在临近开关接点设定的温度值时，会造成变压器温度测量就地比远传显示偏低的现场，经过试验接点对温度测量的影响甚至能达到（4-5）℃。
因为温度控制器的开关接点一般有四对，一对开关接点闭合和分开都要需要推力，所以温度控制器运行在开关接点的动作区域的概率是比较高的。
（8）温度控制器温度响应速度影响
内置热电阻和外置热电阻的温度控制器，虽然热电阻和压力式温度计的感温温包插在同一温度计座保护套管内测量变压器油温，但由于热电阻和压力式温度计采用的测量方式和材质不同，热电阻的准确度和温度响应速度远远高于压力式温度计。
当变压器油温在上升和下降时，热电阻随周围油温变化响应快，而压力式温度计的机械指示随周围油温变化响应慢，这样就造成温度测量就地和远传显示的不一致。
只有当变压器油温平衡后，二者的测量才达到同步。
（9）温度信号远传的接线电阻影响
通过热电阻信号进行数据远传的变压器温度测量系统,由于温度远传时,热电阻在变压器本体内,而温度变送器或温度数显仪在控制室内,距离较远,因此,其间的导线电阻影响就会很大。
特别是对于热电阻测量回路接线处接头接触不良测温系统，会产生很大的接触电阻，导致远传比就地温度高出很多。
对于部分采用三线制热电阻进行数据远传的变压器温度测量系统，测温元件采用电桥法测量热电阻值转换为温度值。
由于数显温度表、温度变送器、测控装置的性能不好,其测量不能有效的消除线路电阻的影响，将会造成温度测量系统的就地和远传显示不一致。
另外，如果三线制热电阻的测量回路三根导线的电阻值不一致，也会导致热电阻测量装置不能有效的消除线路电阻的影响。
对采用三线制接法温度测量系统，其连接导线电阻也不宜过大，国家规定值为（5±0.01）Ω。
此外，热电阻与电源连接的导线上有电流流过，会产生一定的压降，当导线电阻随环境温度变化时，实际电桥的总电流也会随被测温度的变化而变化，使加于电桥两端的实际电压值变化，从而引起一定的测量附加误差。
为限制这种因素的影响，热电阻与电源之间的连接导线也为（5±0.01）Ω。
另外，对于温度变送输出（0-5）V的温度测量系统，由于测量线路较长会产生线路压降，每0.1V线路压降产生的误差为-3℃，所以测量线路越长温度测量就地和远传显示相差就越大。
（10）温度控制器温包插入深度影响
温度控制器主要由温包、毛细管和指示仪表三部分组成。
温包、毛细管及弹簧管内充满了感温液体介质，通常多数厂家的温度控制器的温包长度约为100mm至200mm，毛细管根据实际长度确定，一般不超过6米。
温度控制器通过将温包插入变压器的温度计座保护套管中测量变压器油温，温包要求全部插入变压器油温中完全感受油温，这样才能测量准确。
变压器的温度计座保护套管的深度一般只有13cm，当温度控制器的温包长度大于温度计座保护套管长度时，温包不能完全插入变压器油内，这时温度控制器的测量值就会受到周围环境温度及温度变化的影响。
当环境温度低于变压器油温时，温度控制器的测量值偏低。
当环境温度高于变压器油温时，温度控制器的测量值偏高。
对于不同厂家的温包内置热电阻温度控制器，热电阻在温包中的位置也不相同，有的安装于温包的中间，有的安装于温包的底部，有的安装于温包的顶部。
如图6所示，热电阻安装于温包顶部的温度控制器，由于变压器温度计座保护套管插入深度只有120mm,这样会导致热电阻探头有一部分暴露在变压器油温外，温度控制器本体指示与热电阻输出显示会随着变压器油温与周围环境的温差的增大而增大。
图6温度控制器安装示意图
温度控制器的温包安装于温度计座保护套管中，因两者之间有空隙，所以要用变压器油注满保护套管，以便更好的对两者进行热传导。
如果安装时两者之间没有注满变压器油，温度控制器的测量值就会受到环境温度的影响产生误差。
另外，温度控制器感温部分因固有的结构和注油孔的密封性能不好，在温度计座保护套管内注满油运行一段时间后，保护套管内又变成水或没油，也造成温度测量就地和远传显示相差大。
（11）电量变送输出影响
外置、内置（4-20）mA、（1-5）V变送输出温度控制器，变送输出一般采用滑线变阻器跟随压力式弹簧管的机械位置的变化而变化，该滑线变阻器存在两个严重问题,一是其调节细度不够,二是滑线臂所使用的材质偏软,不能够紧密贴合,这样就出现温度变化时远传输出发生跳变的情况，导致温度测量就地和远传显示的不一致。
（12）环境温度附加误差
绕组温度控制器是用电热元件模拟变压器的铜油温差。
目前有外热式和内热式两种不同结构，即将电热元件设计在温度控制器的指针刻度附近，或将电热元件预埋在温度控制器的温包内。
内热式温度控制器的温包仅受变压器油温影响而与环境温度变化无关，而外热式温度控制器对环境温度变化非常敏感，必须采用温度补偿机构才能消除环境温度变化的影响。
然而事实上有许多温度计正是因为温度补偿单元失效而引发故障，造成温度测量就地和远传显示的不一致。
综上所述，影响变压器温度测量就地和远传显示不一致的因数很多，其中一部分误差可通过对温度测量系统进行联调消除。
系统联调就是对整个变压器测温系统进行整体校验和调整，根据校验情况对单体测温元件的变送输出进行调整，通过调整使整个测温系统能够准确测量变压器温度，并减小温度测量就地和远传显示的误差，使之小于5℃。
测温系统联调主要对以下影响测量的因数有作用：
温度测量系统的系统误差、测温元件输出信号未校验或超差、测温元件未校验、测温元件示值漂移、温度信号远传的接线电阻影响。
当然，变压器温度测量系统联调不是对所有变压器温度测量系统有用，它主要是针对在整个测量范围内，误差呈线性或者误差呈线性增加的变压器温度测量系统。
4变压器温度测量不一致解决措施
作为电力系统运行的主设备变压器是否安全稳定运行至关重要，监测主变温度是衡量其实时工况，安全运行的重要手段，变压器温度控制和故障分析，其核心问题就是变压器温度测量准确，所以变压器温度测量系统就地和远传显示的准确和一致性是重要的，出现问题应及时消除和解决。
针对变压器温度测量系统就地和远传显示不一致提出以下解决措施：
（1）加强温度测量系统的设计审查
变电站设计时计量人员应参与温度测量系统的设计审查，设计审查内容包括：
测温方式、接线方式、设备类型的确定；测温设备规格、准确度等级、功能、二次回路及附件等的选择；安装条件的选择等。
凡审查中发现不符合要求的部分应在审查结论中明确列出，并应由原设计部门进行修改设计。
（2）加强测温系统安装、调试和验收
所有运行的变压器温度测量设备（包括温度控制器、温度数显表、温度变送器、测控装置的非电量数据采集通道及其变送输出）投运前均须由法定或授权计量检定机构进行检定/校验，合格后方能投入运行。
测温系统投运后，如果温度测量就地和远传显示大于5℃，应要求调试方进行测温系统的现场联调校验和调整，测温系统联调校验和调整后不符合要求的应要求更换测温系统。
变压器温度测量系统投运前应进行现场核查：
对测温系统的接线正确性进行检查，对其控制和保护回路进行传动试验，保证温度测量和控制的正确性、保证就地与远传信号的对应性；测温系统各测温元件的外观质量应无明显瑕疵和受损；对测温元件的量程进行检查，保证各测温元件的量程相匹配；对测控装置的非电量数据采集通道的计算机组态进行检查和校验,保证计算机组态的正确；对带变送输出的温度测量元件应对变送输出回路的电阻值进行检查，保证测量线路的电阻值相同，保证变送输出回路的电阻值在（5±0.01）Ω范围内；对温度测量系统的测量回路的接头处进行检查，防止接头处松脱；对温度控制器温包插入深度进行检查，保证温包全部插入变压器油中，保证温度计座保护套管注满变压器油并保证有很好的密封性；对安装于室外的测温元件应安装防雨罩，防止雨水侵入和日光照射。
对验收不合格的变压器温度测量系统，应要求基建安装、调试方进行整改，直至整改合格验收。
（3）减小温度测量的系统误差
选用准确度高的温度控制器、温度数显表、温度变送器、测控装置以提高变压器温度测量系统的准确性。
建议温度控制器选用准确度高于1.5级、温度数显表准确度高于0.5级、温度变送器准确度高于0.2级、测控装置准确度高于0.2级的仪表。
选用（4～20）mA电流信号远传输出的测温元件。
用热电阻信号输出进行远方监测时，由于温度远传时，热电阻在变压器本体上，而温度变送器或温度数显仪在控制室内，距离较远，因此其间的导线电阻影响就会很大。
另外，由于内置热电阻和外置热电阻的温度控制器，热电阻的准确度、温度响应速度和温度控制器不一致，会导致温度测量就地和远传显示不一致。
而（4～20）mA电流信号测量是通过电流信号进行数据远传的测温，它具有受环境温度影响小的优点，也不存在引线电阻之类的问题。
电信号远方测量温度，也是通过电阻来实现的，变压器端的温度控制器提供电阻，控制室内的数显仪或温度变送器提供（0～24）V电源。
以（4～20）mA输出为例，变压器端的温度控制器内部有两个可调电阻，利用电位器设定零位，使指针在刻度始端的输出电流为4mA，利用电位器设定全量程的最大输出电流为20mA。
一般温度控制器出厂时，该两个电位器均已设定完毕，并加以火漆封止，防止误转动。
温度变送输出（0-5）V的温度测量系统，因受导线电阻影响很大，所以也不推荐采用这种方式。
减少测量中间环节，提高测量系统的准确性。
变压器温度测量系统中的测温元件越多，叠加的最大允许误差就越大，反之测温元件越少，叠加的最大允许误差就越小。
推荐采用温度控制器内置（4-20）mA电信号输出，温控器输出（4-20）mA信号至远方的温度数显表或测控装置的非电量数据采集通道测量后显示。
例如：
一个油面温度控制器输出（4-20）mA信号至测控,测控通信到后台显示的温度测量系统。
油面温度控制器的测量范围为（0-160）℃、准确度为1.5级、示值的最大允许误差为±2.4℃，测控装置的非电量数据采集通道的测量范围为（0-160）℃、准确度为0.2级、示值的最大允许误差为±0.3℃，则该测温系统的最大误差为±2.7℃。
而且测量系统的中间测量元件越少，由测温元件问题造成整个测温系统故障的概率也就越少，对整个测温系统的现场联调校验和调整也就越容易。
对于内置和外置（4～20）mA电信号的温度控制器，由于电流信号变送器容易损坏或发生质量问题输出跳变，所以建议采用质量好的带电流信号变送输出的温度控制器，并应能在不停运变压器的情况下，就能对温度控制器的电流变送器进行现场跟换。
当温度测量系统在测量范围内的误差呈线性或者误差呈线性增加时，可通过对温度测量系统进行联调减小温度测量的系统误差。
系统联调是对整个变压器测温系统进行整体校验和调整，根据校验情况对单体测温元件的变送输出进行调整，通过调整使整个测温系统能够准确测量变压器温度，并减小温度测量就地和远传显示的误差。
（4）加强设备选型
温度控制器比较突出的问题是不可靠,具体表现为指示、远传输出超差和指示失效,指示失效属于仪表可靠性存在重大缺陷。
温度控制器由弹性元件、毛细管和温包三部分通过焊接组成一个密封系统,利用这密封系统内部所充的感温介质受温度变化而产生的压力变化,使弹性波纹管端部产生角位移来带动指针指示被测温度值,并驱动微动开关,输出开、关控制信号以驱动冷却器系统和发油温高信号,达到控制变压器温升的目的。
如果压力密封系统因为慢性渗漏而存有微小气囊,则温度控制器就会呈负误差或出现指针挂零现象,从而使其指示失效并可能产生拒动作隐患。
JB/T6302-2005《变压器用油面温控器》和JB/T8450-2005《变压器用绕组温控器》规定温度控制器必须通过1000h的稳定性试验。
稳定性试验可将压力式温度表的潜在焊接缺陷有效暴露出来,通过这种稳定性试验的温度控制器具有较长的工作寿命。
对不可靠的产品进行规范化周期检定所获得的结果也可能是不可靠的,温度控制器的可靠性指标不容忽视。
因此在温度表选型时应选取稳定性好、温度补偿机构好、质量信得过的产品,温度控制器的质量保证期应不低于五年。
油面温控器温包的尺寸为Φ14mm×150mm，温控器温包的插人深度不应小于150mm，绕组温控器温包的尺寸为Φ14mm×150mm或Φ23mm×150mm，温控器温包的插人深度不应小于150mm。
选用内置、外置热电阻的温度控制器时，应选用热电阻安装于温包底部或中部的温度控制器。
因温度控制器开关接点闭合和分开时会影响就地指示值和远传示值，所以应选用开关接点容量小的温度控制器，开关接点对就地指示值和远传示值的影响应不超过1℃，不要用温度控制器的接点直接控制冷却系统，可采用中间继电器的方法：
温度控制器控制中间继电器的分合，中间继电器再控制变压器的冷却系统。
温度数显表、温度变送器、测控装置选型时应选取稳定性好、质量信得过的产品,其质量保证期应不低于五年。
测量热电阻信号应选用能有效消除线路电阻影响的测量仪表，必要时可做模拟试验来确定该性能的好坏。
热电阻测量时因两线制测量方式不能消除线路电阻的影响，所以建议采用三线制或四线制测量方式。
（5）加强人员培训
从这次调查统计中可以看出，部分单位的工作人员对变压器温度测量方面的知识掌握不够，致使发生温度测量系统故障和缺陷时不会解决。
对校验方法掌握不够，致使出现校验时选用的标准设备和试验设备不符合要求，没有对变压器温度测量系统的各测温元件都进行校验，出现校验项目不全、远传输出没有校验等现象。
建议加强工作人员的培训工作，严格按照云南电网公司《压力式温度计现场校验作业指导书》、《测温元件热电阻现场校验作业指导书》、《温度显示控制仪现场校验作业指导书》、、《温度变送器现场校验作业指导书》、《数据采集系统非电量测量通道现场校验作业指导书》开展现场校验工作，按照作业指导书要求选用合格的标准设备和试验设备开展现场校验工作，做到有问题能够及时解决。
（6）加强周期校验和维护
为了保证变压器温度测量系统的测量准确性，应加强测量系统的周期校验，按照测量设备的校验周期开展校验，特别是对发生就地和远传显示大于5℃的测温系统。
校验时应严格按照云南电网公司作业指导书的要求，开展校验和设备的拆装工作。
温度控制器拆装时要特别注意拆装过程中造成温包损坏，温包的损坏有两方面的原因：
一方面原因是由于测量部分密封不严，加之外界环境恶劣，在下雨刮风的时候，套管内进沙渗水造成温包锈死。
另一方面原因是在拆卸中不慎造成温包折断损坏。
安装温包时要使系统密封，安装螺母时加装密封垫，并使温包完全浸泡在油中，定期进行清扫维护。
校验后安装时对测温这类对接触电阻比较敏感的回路，应当逐一紧固接触螺钉，使接点接触良好，阻值稳定。
（7）开展新方法的研究和应用
由于温度控制器的固有结构和准确度不高，致使其不能非常准确的对变压器油温和绕温进行测量、长期运行后还会产生很大的漂移。
针对变压器测温现状，可开展变压器测温新技术的研究和应用。
光纤测温是目前温度测量的发展方向，光纤温度传感器与传统的传感器相比,有以下优点:
本质防爆,对电绝缘,适用于高电压以及强电磁干扰环境下的检测,化学稳定性好;传感探头结构简单、尺寸小、重量轻、耐温性好,径细、质地柔软,具有优良的可操作性和埋入性;时域变换性好,易于多点分布测量,并可单线多路复用,构成传感网络和阵列,便于波分时分复用及分布式传感。
光纤测温不仅可实现变压器油温的快速准确测量，还可埋入变压器的绕组中实现变压器绕组温度的实时在线监测，这是绕组温度控制器无法实现的。
各位领导、各位同仁，我的分析交流讲完了，有不当之处请大家指正。
在这里感谢昆明供电局、思茅供电局等各供电局和电厂对我们这次分析的帮助。
谢谢大家。
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