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開展變壓器測溫裝置不停電檢修的必要性分析
- 2020-03-10-

    由於變壓器事故大多伴隨溫度異常現象,因此測溫裝置準確度直接影響變壓器熱保護可靠性。DL/T 572-2010《電力變壓器運行規程》要求:測溫裝置現場指針示值與控製室遠方數據之間出現的不一致(即兩表偏差)應不超過5K測溫裝置發生兩表偏差大於5K時應即被判為運行缺陷並納入檢修計劃。

    

    根據運行記錄顯示,即使在實驗室按照1.5%FS準確度要求檢驗合格的測溫裝置,受到變電站現場各種影響因子作用後仍然可能出現很高的運行缺陷率。某電力公司220kV及以上變壓器配套的約2000台測溫裝置中有50%以上存在兩表偏差運行缺陷,測溫裝置發生兩表偏差缺陷並不一定代表其產品質量有問題,缺陷率居高的主要原因是電力變壓器實施組部件檢修機會較少,在等待檢修過程中會有越來越多測溫裝置加入“帶病工作”隊伍而不斷推高運行缺陷率。本文提出在變壓器不停電條件下實施校準的方法能夠為測溫裝置及時檢修作業提供技術支撐,不停電在線校準技術可將兩表偏差缺陷率控製在0.1%以內。2 兩表偏差缺陷分析

    兩表偏差源自測溫裝置的係統誤差和環境影響量兩個部分。

    

    2.1係統誤差

    測溫裝置由指針溫度計和遠方信號裝置兩個部分構成如圖1。指針溫度計由傳感器溫包和彈性元件及毛細管三個部分焊接而成,指針溫度計按照JB/T6302-2016《變壓器用油麵溫控器》要求生產製造,準確度等級1.5%FS指針溫度計160℃量程時的允許誤差範圍是±2.4℃。遠方信號裝置按照JB/T 7631-2016《變壓器用電子溫控器》設計製造,如圖1所示由傳感器測溫元件(準確度相當於0.5%FS)和溫度變送器(準確度0.5%FS)及遠方數字顯示器(準確度0.5%FS)三個部分構成,遠方信號裝置允許誤差範圍也是±2.4℃。這兩種160℃量程1.5%FS準確度的溫度儀表允許誤差均為±2.4℃,極端情況下這兩種溫度儀表在同一個測量點的示值可以相差4.8℃。這種由兩個儀表允許誤差帶來的偏差稱為係統誤差。

    

    2.2 影響量

    消除安裝、運行工況及條件會給測溫裝置帶來環境溫度影響、傳感器插入深度影響、接觸電阻影響、氣壓(海拔)影響和密閉係統慢性滲漏影響等,統稱為環境影響。

    

    2.2.1環境溫度影響

    指針溫度計在由彈性元件、毛細管及溫包三個零件焊接構成的密閉係統內充入感溫介質(例如液體)後,因為感受溫度變化引發溫包內感溫介質體積(或者壓力)變化,這個壓力變化量通過毛細管傳遞到彈性元件使得指針偏轉顯示溫度。

    

    環境溫度變化影響將導致毛細管內感溫介質隨環境溫度熱脹冷縮並引發指針溫度計示值變化,是壓力式溫度計難以克服的設計缺陷。指針溫度計的環境溫度變化影響量允許值為3.2℃/40K,可以按照DL/T 1400-2015提供快速鑒定方法進行檢測

    

    在20 ℃實驗室環境溫度條件下將指針溫度計溫包插入100℃恒溫槽穩定10min後記錄指針溫度計示值B;再將毛細管放入60 ℃恒溫水槽中穩定10min後記錄指針溫度計示值B ’如圖2,兩次試驗值的差別B-B ’超過3.2℃/40K時表示這台指針溫度計環境溫度影響量不合格。測溫裝置中指針溫度計的環境溫度影響量不合格表示該產品兩表偏差已經無法校準。

    

    2.2.2傳感器插入深度影響

    由於變壓器組部件標準JB/T 6302-2016規定測溫裝置傳感器插入深度150mm與變壓器製造標準GB/T 6451-2015[6]要求插入深度不小於110mm存在衝突。現場存在大量變壓器的溫度計座長短不一現象,此現象直接引發指針溫度計負偏差,這個負偏差將使得兩表偏差增大。

    

    2.2.3其它影響因子

    測溫裝置的遠傳信號是利用鉑絲材料物理特性測量溫度(0.385Ω/℃),而測量回路的接觸電阻可能由於現場氧化、腐蝕等作用或者現場振動、環境溫度變化導致金屬連接鎖緊力下降而帶來變化,接觸電阻每變化0.385Ω就會帶來1℃的附加誤差。基於本文僅對實驗室檢驗合格的測溫裝置作為影響量分析對象,因此壓力式溫度計密閉係統慢性滲漏引發測溫裝置計量特性變化不納入計算範圍。海拔高度對不同工作介質壓力式溫度計示值影響存在差異,本文也沒有納入量化統計。

    

    3  校準方法

    校準原則是在保證測溫裝置標稱準確度水平前提下將兩表偏差調整到允許範圍內。

    

    3.1實驗室校準

    測溫裝置的實驗室校準應至少選擇三個校準點(如40℃、60℃、80℃),實驗室校準前每個校準點上可能存在的最大係統誤差是±4.8℃,實驗室校準後係統誤差應小於±2.4℃。

    

    實驗室校準步驟1:以恒溫槽標準器示值為基準對遠方信號裝置輸出電流進行多點校準,校準後的遠方信號裝置示值應與標準器示值相等。在實驗室將測溫裝置的遠方示值與標準溫度計調整一致(也可以認為此時此刻遠方顯示器數據就是標準器示值),這表示遠方溫度顯示器還有±2.4℃的誤差資源可以用於兩表偏差校準(即:巡視校準的修正值上限應不超過±2.4℃)。

    

    實驗室校準步驟2:以測溫裝置的指針示值為基準對遠方信號裝置輸出電流進行多點調整方式的校準。校準後的遠方信號裝置示值與指針示值之間的兩表偏差應小於5K。超過±2.4℃巡視校準修正值上限還沒有消除兩表偏差缺陷時表示被檢指針溫度計影響量不合格。

    

    3.2 現場校準

    現場校準分為現場停電條件下的校準和不停電校準。

    

    3.2.1 現場停電校準

    將三台便攜式恒溫油槽放在油箱頂部,三個校準點分別為40℃和60℃及80℃。在現場停電條件下對遠方信號裝置輸出電流進行多點修正。現場停電校準可以避免指針溫度計毛細管二次拆裝帶來的損壞,校準可以修正包括鉑電阻測量回路的接觸電阻和部分環境溫度影響量。

    

    3.2.2現場不停電校準

    現場不停電校準(也稱為巡視校準)是指在變壓器不停電條件下,依據春夏秋冬不同環境溫度條件下以實驗室檢驗合格指針溫度計示值為對象,通過智能化手段對溫度變送器輸出電流進行修正(如圖1所示),將兩表偏差控製在5K以內的同時不改變遠方信號裝置原有的準確度水平。智能溫度變送器(如H420APP型)實施在線自動校準的計算依據是:

    

    1)以指針溫度計示值誤差和遠方信號示值誤差等固有偏差為基礎值,

    

    2)以指針溫度計和變送器的環境溫度影響量等運行數據為參考值,

    

    3)兼顧傳感器插入深度和遠方信號接線可靠性等不確定因素。

    

    巡視校準過程分別向智能溫度變送器輸入春/秋天(20℃)、盛夏(40℃及以上)、寒冬(-10℃及以下)三種氣溫條件下變壓器運行可能出現的指針最高油溫(最大負載)和指針最低油溫(最小負載)6類運行數據,如表2所示:

    

    

    H420APP對後續巡視校準過程中產生的大量數據中不斷優化篩選並截取6個典型數據,通過計算後自動實施兩表偏差校準。巡視數據輸入越多則計算結果越準確則校準水平越高。超過±2.4℃巡視校準修正值上限還沒有消除兩表偏差缺陷時表示被檢指針溫度計影響量指標不合格。

    

    4  校準有效性

    一套檢驗合格的測溫裝置在現場運行條件下可能產生的兩表偏差極值ΔTmax=9.9℃

    正態分布條件下兩表偏差ΔTmax出現大於5K的概率是16%。

    

    實驗室校準可消除2.4℃的遠方信號裝置示值誤差,但無法校準插入深度影響和環境溫度影響。實驗室校準後的兩表偏差為7.5℃max,正態分布條件下7.5℃max兩表偏差出現5K的概率是6.1%(即校準合格率上限僅為93.9%);實施巡視校準後的兩表偏差為5.1℃max,正態分布條件下5.1℃max兩表偏差出現5K的概率是0.1%(即校準合格率上限是99.9%)。

    

    由一些數據顯示偏差源於係統誤差和影響量兩個部分。隻有現場不停電巡視校準才完整覆蓋係統誤差和影響量兩個部分,數據證明巡視校準方法有效性為99.9%。

    

    以上有效性評價沒有涉及指針溫度計測溫係統慢性滲漏影響,運行中大部分指針溫度計環境溫度影響遠遠大於3.2℃/40K指標,測溫裝置首次檢驗也沒有按照DL/T 1400-2015要求開展兩表偏差實驗室校準(從而引發現場配置的溫度變送器根本沒有校準功能)的原因,更何況大部分測溫裝置傳感器存在插入深度不足問題,所以變電站現場測溫裝置實際運行缺陷率可能遠大於16%計算值。

    

    5  不停電巡視校準實例

    2016年3月某變電站3台換流變壓器更新了9台智能化測溫裝置並在不同季節氣溫條件下分別進行巡視校準見圖5。在此之前這9台產品已經在實驗室將測溫裝置的遠方示值與標準溫度計調整一致(也可以認為此時此刻遠方顯示器數據就是標準器示值),這同時也表示遠方溫度顯示器有±2.4℃的兩表偏差校準裕度見表5(即:巡視校準的修正值上限應不超過±2.4℃)。

    

    結論:某特高壓變電站極1換流變壓器A相主變配套的測溫裝置通過巡視校準後兩表偏差缺陷全部消除。

    

    6不停電巡視校準必要性

    6.1等待停電檢修過程中越來越多測溫裝置“帶病工作”推高運行缺陷率。不停電巡視校準為測溫裝置“應修必修”創造及時檢修的作業條件;

    

    6.2實驗室校準合格的測溫裝置仍然可能因為運行中各種影響量引發兩表偏差缺陷。隻有在變壓器運行條件下開展的巡視校準才能有效消除兩表偏差運行缺陷。

    

    6.3智能溫度變送器能從巡視大數據中自動篩選出高價值數據不斷提高校準水平和測溫裝置故障預測水平,支持檢修人員由目前的“被動搶修”向“事前防範”積極轉變。