最新变压器绕组热点温度测量方法

基于IEC57.90 变压器热点温度测温方法

目前，变压器绕组热点温度测量方法有直接测量法、热模拟测量法 和间接计算测量法。
直接测量方法是在变压器绕组直接埋设传感器，使用温度测量仪测量显示绕组温度。成熟的方法是使用光纤技术，在变压器绕组制造过程中埋入光纤，埋入点越多越精确。但维护技术复杂，成本昂贵，主要用于变压器在实验过程中于热模拟测量法进行比较，校对热模拟测量的误差。
热模拟测量方法是根据变压器负载损耗与负载电流成正比平方关系而发展的一种绕组测量方法。绕组温度表在油温表的基础上配备一台电流匹配器和电热元件，通过温度叠加来反映变压器绕组温度。这种测温方法具有简单、适用的特点，但误差较大。
间接计算测量方法是根据国际电工委员会推荐的油浸式电力变压器绕组热点计算公式，通过计算各种关键参数和变压器负载电流值来计算绕组热点温度。这个公式是公认的经典方法，具有相当的精度。本文以美国威斯科勒公司生产的Advantage CT型产品为例，介绍这种智能化仪表在温度运算方面的参数应用。
Transformer Advantage CT 是一种紧凑、全电子、可编程的智能型的用于精确和可靠测量油浸式变压器温度的仪表，在这个仪器中应用了摩托罗拉公司ColdFire 微处理器，可以监控顶层油温、负载电流、和模拟计算绕组温度。模拟计算绕组温度使用了13个关键的变压器参数和公认的变压器温度运算法则。而不是仅仅通过测量线电流来运算绕组温度值。
WTA（绕组温度运算）使用了基于逻辑和数学关联的方程式，即油浸式变压器IEEE标准 C57.92-1995。这个标准包含比AdvantageWTA更多的变量，许多变量是基于安装的变压器特性，但并不是都有用途 。因此WTA 放弃了一些不切实际的变量。Advantage 专注于使用最新的知识来设计仪表，在绕组温度测量方面具有优势地位。
下边重点介绍与WTA有关的13个变量
1． 绝缘油类型
绝缘油包括矿物油和硅油。矿物油用于高温变压器，具有高热传导和高阻抗。因为硅油有较低的热特性，可以比矿物油带走更多的热量，这将导致较慢的温升和快的热量传递。
2． 油容量。
是指变压器主油箱内的油容量，而不包括油枕或着其他额外的油箱。油容量对于变压器温升有逆向作用，既油容量增加，温升或冷却速率就降低。
3． 空气循环方式。（必要参数）
是指空气在散热片流动的方式。选项是强制循环 或自然循环。这个选项对应工业标准AF 和AN的描述。强制循环包括 风冷片式散热 和 风冷却器强制散热。自然循环指没有风扇强制通风的情况。对于水冷，选择 自然循环。
4． 油循环方式。（必要参数）
是指变压器油是如何流过散热器或其他的热交换设备的。选项有强制、直接 或自循环。这些变量对应工业标准OF、OD、ON的描述。选择正确的油循环方法非常重要，因为强油循环和直接油冷却设备对于绕组温度时间常数有重要的影响。直接油冷能快速提高顶层油温，当油泵启动时，顶层油温和线圈温度事实上聚合在一点。强制循环和直接循环都是有油泵驱动变压器油的流动。但是直接循环使用特殊的方法来使油直接从换热器流动到线圈油隙。直接油循环比简单的强制循环更有效率，和更有优势。
5． 线圈结构形式
线圈结构变量指线圈的结构。选项是矩形结构 或圆形结构。矩形结构通常用在10MVA以下的变压器，这种结构通常在铁心和线圈之间的传热效率较低。而圆形结构的线圈中有大量的冷却油隙，因此有明显的冷却优越性。
6． 器身重量
器身重量指铁心和绕组的合计重量，不包括油箱重量。这个数据通常为铭牌中器身重。铁心重量和热传导时间常数成反比关系，器身越重则发热梯度越大。

7． 变压器容量（必要参数）
指在全部冷却设备开启，温升在允许的范围内的变压器最大功率，在铭牌数据中这个数据通常表达为在开启不同数量的冷却设备下，对应的一系列数值。本参数要求输入最大的数值，即在开启全部冷却设备和都运行正常的工况下。
8． 最大线电流（必要参数）
是指通过测量CT 的变压器线电流（主回路），测量CT 是提供二次电流到仪表的的互感器。可能是套管型或仪表式互感器。而不论互感器是在高压测还是低压侧。
9． 油自然循环温升梯度（必要参数）
自然循环梯度指在没有油泵推动的情况下油通过散热器自然循环状态下 ，顶层和线圈温度的温差。在变压器实验报告中会提供ONAF 冷却下 ON 梯度。不论油循环条件如何，这个值是必需的。即使在OF 或OD 冷却状态下也要输入这个值，是因为变压器ON 温升响应先于冷却设备启动前。ON状态下单位时间内温升高于OF 或OD 状态下的温升梯度。
10． 强制油循环温升梯度（必要参数）
是指在油泵的推动下，油通过散热设备 （如散热片）的循环条件下顶层油温和绕组温度的差异。当在FCIRC 菜单中选择FORCE 选项时才要求输入这个数据。OF数据应该在实验报告中找到。
11． 直接油循环温升梯度（必要参数）
直接油循环（OD）温升梯度是在油泵驱动下，通过特殊的多通道直接流动到器身绕组油隙中进行冷却的条件下，顶层温度和绕组温度的差异。只有在FCIRC 选项菜单中选择了OD 方法，才要求这个数据。
12． 低压线圈阻抗
线圈阻抗是发热的主要原因。由于这个数据很小，WAT 使用这个数据仅作为参考。
13． 高压线圈阻抗
高压线圈阻抗也是产生热量的主要原因。由于这个数据太小，Advantage WTA 使用这个数据只是作为参考因素。

上边是影响绕组运算的关键13个参数，其中7个必要参数决定了计算的精度。这些参数通常情况下可以很容易在铭牌数据或实验报告中获得。因此，对于实际应用这种智能型变压器监控表，具有实用、精确、可靠的特性。
基于微处理技术的应用，威斯科勒仪器公司赋予仪表丰富的冷却控制能力和智能检测、输出能力及
柔性通信需求
 全电子设计，经过EMI电磁兼容测试，适用于野外苛刻条件；
 最多12组继电器控制和报警信号，提供了经济卓越的温度监控系统
 4信道标准0-1mA 或4-20mA输出信号,适配SCADA或DNP3系统通信；
 RS-485 /232/422 或光纤适配器可实现遥感、遥控能力；
 精确的绕组温度测量、运算方法，可以延长变压器寿命，最大限度地利用变压器的能力；
 谷峰值存储能力，通过软件或仪表可检查温度谷峰值和报警信号；
 风扇顺启，定时启动备用风扇或其他冷却设备，从而平衡磨损和测试备用冷却设备；
 传感器和内部线路故障报警功能，适时发现故障减少停机时间。