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幹式變壓器的溫度保護

電力變壓器的安全運行和使用壽命,很大程度上取決於變壓器繞組的安全可靠,而繞組溫度超過絕緣耐受溫度使絕緣破壞,是導致變壓器不能正常工作的主要原因之壹。因此在幹式變壓器的外殼圍板或附近的墻壁圍欄上應裝設溫度控制器(簡稱溫控器)。

溫控器壹般采用單片機為核心,通過埋設在低壓線圈中的鉑熱電阻反映繞組的溫度狀態,並能通過控制超溫報警及超溫跳閘輸出,能自動啟停冷卻風機對繞組進行強迫風冷,從而避免或減少因溫度過高而引發故障,保證變壓器的安全穩定的運行,從而延長其壽命。

壹、 測溫原理

Pt100鉑電阻是壹種在-30℃~240℃範圍內線性度較好的熱電阻,其阻溫曲線如下圖所示:

我司選用的傳感參數如下:

B級;

分辨率為0.1℃;

三線制。

溫控器可對溫度信號進行數字補償,範圍為-19,9~+19.9。

拓展:

為了防止誤動作,市面上某些溫控器還帶有pt100與PTC聯鎖控制超溫報警。即當pt100測量的溫度值達到定值且PTC電阻發生阻值突變,延時壹段時間(常規為6s)後,輸出信號。

PTC是正溫度系數熱敏電阻,是壹種典型的具有溫度敏感性的半導體電阻,超過壹定溫度(溫度點固定不可調)時,它的電阻值隨著溫度的升高呈階躍性的增高,即阻值突變。

二、 超溫跳閘原理

超溫跳閘的原理圖如下所示:

解釋:Pt100傳感器輸出的電信號經過濾波和A/D轉換傳至單片機系統,經內部程序判斷是否有超溫現象的發生。根據上述簡易原理圖,繞組溫度若超過動作設定值,IC輸出高電平信號,使中間繼電器(KA與KA1)線圈得電,它們的常開觸點變位,而後繼電器AH2與AH1線圈得電。

而AH1與AH2的常開觸點是作為幹接點接入高壓饋線櫃中。

AH1的常開觸點與分閘線圈回路串聯形成動作點,使得變壓器高壓側進線斷路器跳閘,杜絕溫度繼續上升。

AH2常開觸點與保護裝置開入點串聯形成信號點,使得保護裝置可以獲得超溫跳閘的信息,從而向SCPADA傳送信號,使得遠方人員知曉現場狀態。

三、超溫報警(含鐵芯)

超溫報警(含鐵芯)的原理是繞組溫度若超過報警設定值,IC輸出高電平信號,使另壹個中間繼電器動作,從而使溫控器上的報警指示燈亮,蜂鳴器發聲。

超溫報警信號的無源接點,本司並未采用,而是直接通過485通訊線上傳至通訊管理機。所以超溫報警信號不會出現在35kV的保護裝置中,而是在SCPADA中可以得到反映。

四、常規溫度定值

繞組超溫報警:130℃;返回值為125℃

繞組超溫跳閘:150℃;返回值為145℃

鐵芯超溫報警:130℃;返回值為125℃。

五、 溫度信號傳輸

1、模擬量傳輸(4~20mA電流信號)

溫控器通過模擬電流輸出端口,輸出四路獨立的、與四個測量通道溫度值(0℃~200℃)成線性對應關系的4~20mA電流信號,可以直接與遠端A/D卡相連,以組成集散式監控系統。其端子圖如下所示:

溫度(T)與輸出電流(I)的關系式為:

溫度(T)與輸出電流(I)的曲線圖如下所示:

可直接在現有的電流輸出端並接高精度電阻(250Ω),即可取得1-5V的電壓信號。

當電流輸出時,負載電阻需小於等於500Ω;當轉為電壓信號時,外接設備阻抗應大於20kΩ。

2、 RS485通訊

現假設儀表地址為0x01,舉個壹個例子來說明儀表和主站之間是如何通訊的。

主站的讀數據的幀結構(下行幀)為1個字節地址+1個字節功能碼+2個字節的內存地址+2個字節的數據數量+2個字節的CRC校驗碼,***計8個字節。

示例:

通信幀(下行幀):01 03 00 08 00 04 F8 33

其中釋義為主站讀取裝置地址為01中以0008為內存起始地址,數據長度為4個字的數據。

儀表的回應幀(上行幀)的幀結構為1個字節地址+1個字節功能碼+1個字節數據區字節數+具體數據(長度等於數據區字節數)+2個字節CRC校驗碼

示例:

通信幀(上行幀):01 03 08 02 58 02 58 02 58 02 58 B0 83

其中釋義為裝置地址01所采集到的四通道溫度信號為A相60℃、B相60℃、C相60℃、D(鐵芯)60℃。

備註:本司所采用溫控器的實際溫度為溫度數據/10。

六、 強迫風冷

幹式變壓器冷卻風機壹般采用橫流式冷卻風機,安裝在變壓器繞組的下端兩側,將冷風直接吹進變壓器的線圈高、低壓冷卻風道,散熱效果明顯,可保障變壓器的正常運行並延長其使用壽命。它由單相或三相小功率異步電動機、橫流式葉輪、機殼、導風裝置組成。

其實物圖如下所示:

配有冷卻風機的變壓器,常用風機數量、功率及電源配置如下表所示:

1、風機原理

橫流風機又稱貫流風機,氣流從葉輪敞開處進入葉柵,穿過葉輪內部,從另壹面葉柵處排入蝸殼,形成工作氣流。 氣流在葉輪內的流動情況很復雜,氣流在葉輪內的流動情況很復雜,而且葉輪內的氣流速度場是非穩定的。根據觀察,在葉輪內有壹個旋渦。旋渦中心位於蝸舌附近。旋渦的存在使葉輪輸出端產生循環流;在旋渦外,葉輪內的氣流流線呈圓弧形。因此,在葉輪外圓周上各點的氣體速度是不壹致的;越靠近渦心,速度愈大,越靠近渦殼,則速度愈小。由此可見,在風機出風口處氣流速度和壓力不是均勻的,因而風機的流量系數及壓力系數是平均值。旋渦的位置對橫流風機的性能影響較大,旋渦中心接近葉輪內圓周且靠近蝸舌,風機性能較好;旋渦中心離渦舌較遠,則循環流的區域增大,風機效率降低,流量不穩定程度增加。其原理圖如下所示:

橫流風機的 動壓高、出口氣流速度大、氣流達到距離較遠 ,其寬度可按需要選定,在寬度較大時,氣流速度比較均勻,雖然效率較低(氣流在葉輪內強制轉折),仍然在變壓器強迫風冷上得到廣泛應用。

2、風機控制

風機的就地控制比較簡單,當到達設定溫度時,控制模塊輸出高電平通過控制繼電器使得接觸器線圈得電,接觸器控制風機運轉。

默認風機啟動溫度為100℃,關閉溫度為80℃。

遠程控制通過RS485進行控制。其格式上文以有敘述。下面直接舉例。

下行幀:01 05 00 00 FF 00 7B 94

其釋義為啟動裝置地址01的風機。

上行幀:01 05 00 00 FF 00 7B 94

其釋義為裝置地址01的風機處於運行狀態。

七、 註意事項

1、 在進行變壓器耐壓試驗前應先將傳感器總成插頭及電源線與溫控器分離,避免損壞溫控器。

2、 嚴禁用電烙鐵在測溫探頭的鋼套上焊接,同時禁止明火燒烤測試探頭進行功能檢測,若需要檢測溫控器的輸出狀態,請使用溫控器的模擬輸出功能。

3、 為防止風機堵轉和去除灰塵,風機有必要設置定時開啟。

4、 運行當中由於B相散熱條件較差,B相溫度會偏高。若B相溫度不大於其他兩相10 ℃ ,屬於正常情況,若差距較大,則檢查溫控器探頭是否安置到位及三相負載是否平衡。

八、拓展

目前市場上常見的兩種變壓器為 F級(允許溫度155 ℃ 、允許溫升100K)和H級(允許溫度180 ℃ 、允許溫升125K) 。由於測量出來的溫度是線圈傳導出來的平均溫度,並不能檢測到線圈的最高溫度,溫升也是壹樣的道理。所以 根據經驗,運行時線圈的允許溫度及溫升,應低於材料的允許溫度及溫升10 ℃。 因此只有 運行時線圈的溫度和溫升均不超過允許值 ,才能保證變壓器的安全運行。

以H級的幹式變壓器為例,運行時線圈的允許溫度及溫升分別為170℃和115K。

當其環境溫度為33℃,線圈溫度為120℃,未超過170℃,溫升為120℃-33℃=87℃,小於115℃,變壓器可正常運行。

當其環境溫度為65℃,線圈溫度為175℃,雖然溫升為175℃-65℃=110℃小於溫升限值,但線圈溫度卻超過了允許值,故不允許運行。

當其環境溫度為-20℃,線圈溫度為100℃,雖然線圈溫度小於175℃,但溫升為100℃-(-20)℃=120℃,已經超過了溫升限值,故也不允許運行。

變壓器的壽命遵循“八度規則”,每超過允許溫度 8度,則變壓器的使用年限降低1/2。