500kV以上超高电压等级油浸式变压器荧光光纤温度监测系统研究

500kV以上超高电压等级油浸式变压器荧光光纤温度监测系统研究

王维铭

国网辽宁省电力有限公司建设分公司辽宁沈阳110000

摘要：现在人们对于电力的需求越来越大，变压器在应用的过程中安全问题也为人们所重视起来，文章分析了油浸式变压器的光线温度相配套的温度监测系统。

关键词：变压器；油浸式变压器；温度监测

1、前言

油浸式变压器运行过程中可能会因为各种各样的原因出现温度变化幅度的问题，进而会给变压器的运行带来一定的负面影响，文章就此分析，并针对性的给出系统设计过程。

2、有关研究现状

新世纪，随着我国现代化建设蓬勃发展，作为能源、动力工业的电力工业先行大发展，带来了一大批新建的输变电系统的出现，其中将有大量新的大型变压器，需要建立状态监测与故障诊断系统。此外，我国电网中运行的变压器尚有一批已接近或超过30年，绝缘寿命已进入晚期。对这类大型关键变压器，尤其需要能做到故障早期报警，以便及时有效地采取措施并进行检修维护，防止故障发生、发展和扩大，以避免恶性事故的发生。在当前我国大力发展电力生产和已有设备日趋老化的具体情况下，大型变压器的状态监测与故障诊断系统具有相当广阔的市场前景。长期以来，人们结合变压器的参数、结构特征和环境条件，发展了各种技术手段与方法，对可能要发生或已发生的故障进行预报、分析和判断，确定故障的性质、类型和程度，如预防性电气试验、油中溶解气体分析（DGA，DissolvedGasAnalysis）以及绝缘油的特性试验等。这些技术对于变压器状态检测和故障诊断，防止事故发生起到了很大作用。其中，DGA由于能够在无须停电的情况下进行，不受外界电场和磁场因数的影响，其结果反映变压器的潜伏性故障比较灵敏，并且易于在线实现，已被公认为监测和诊断充油电力变压器早期故障、防治灾难性事故最好的方法，因而得到了广泛的应用并制定了相应的国际标准如InternationalStandardIEC60599-1999InternationalStandardIEC567-1992。1987年我国国标局也批准并实施了《变压器油中溶解气体分析和判断导则》－GB7252-87。1996年我国国标局又颁布了《电力变压器第二部分温升》－GB1094.2-1996，规定了油浸式变压器在连续额定容量稳态下的温升限值。虽然变压器的状态监测与故障诊断技术已经取得了一定的进展，但其可靠性、实时性等还不能很好地满足实际安全生产的需要。因此，利用现代科技发展的最新成果，进一步研发大型变压器的状态监测与故障诊断技术与系统始终是当前科技工作者应关注的重要任务之一。

3、油浸式变压器温度限度

GB1094.2中油浸式变压器绕组的温升限值为65K。该数值系用电阻法量测得，测出的是绕组平均温度，并非指最热点温度。油浸变压器最热点温度，一般是指变压器绕组靠近顶部最热点的温度。这里说靠近顶部并未指出确切位置，准确位置不易计算，也很难测出。它不同于故障点最热点温度，例如存在匝间短路又在继续运行的油浸变压器，其最热点多在匝间短路处，不一定在绕组顶部。油浸电力变压器的设计温升也是指平均值，首先计算绕组对油的温升，它与绕组的热负荷、绕组的型式、绕组的表面积以及变压器油路的结构有关。计算出油的温升，然后再求出绕组平均温升。我们研究绕组温升或温度限值主要是涉及绕组绝缘在正常使用条件下的寿命问题。一般油浸变压器属A级绝缘，正常运行允许在105℃长期使用，其经济使用寿命为20～30年（参见标准JB794）。如最热点温度与平均温度之差取13K，则油浸变压器最热点的温度限值为65+13+20=98（℃）（式中+20℃系按GB1094.1的正常使用条件的最高年平均温度为+20℃），即在最高年平均气温为+20℃的地区，在正常运行条件下的经济使用寿命为20～30年。曾有一种说法，认为GB1094规定的绕组温升65K的限值，对油浸变压器而言，是限制在环境温度不高于40℃下运行，因为105－40=65（℃）。这种说法是对GB1094规定限值和正常使用条件缺乏全面理解。首先是混淆了绕组平均温度和最热点温度，其次是将寿命问题扩大成为安全问题。其实，变压器绕组最热点105℃这个限值并非不能逾越，限值与变压器负荷的性质相关。IEC354《油浸变压器负载导则》的有关技术规定，有助于解决这一问题。IEC354指出：在正常周期性负载下，允许大型变压器绕组的热点温度限值为120℃，中小型允许140℃。正常周期性负载系指变压器在额定或在限期内超过额定电流和在低于额定值下周期性的交替运行，只要在较长一段运行期内，平均相对老化率不大于1的运行方式。（2）在长期急救周期性负载运行下，允许大型变压器绕组的热点温度限值为130℃，中型允许140℃，小型允许150℃。长期急救周期性负载系指由于与之相关的变压器检修、运行方式改变以及用户负载增加等，为了减少停电损失，有的变压器将在较长时间内周期性超过（在限值内）额定电流运行。整个运行期间的相对老化率可能大于1或远大于1。决定采用这种运行方式需综合考虑社会和经济效益，且风险比较小时。（3）在短期急救周期性负载运行下，允许大中型变压器绕组热点温度限值为160℃。短期急救性负载系指，相当于原规程中的事故过负荷，但现在需要按温度控制。当变电站内某台变压器有故障或系统局部故障，部分特别重要的负荷急需转移到该变压器，也属短期急救性运行。这种方式有一定的风险，只允许持续半小时。

4、油浸式变压器的冷却和温度监控

变压器运行时，由于电阻和磁阻的存在，铁芯、绕组和钢结构件中均要产生损耗。这些损耗将转变为热量散发到周围介质中，从而引起变压器发热和温度升高。同时，温度升高会使输电损耗进一步加大。为了保证变压器的使用寿命，降低损耗，电力变压器国家标准第二部分《温升》中对电力变压器的温升限值有着明确的规定[5]。为使变压器各部分温升不超过规定的限值，应采取有效的冷却措施。绕组和铁芯温度升高，开始时温度上升很快，但随着绕组及铁芯温度的升高，它们对周围冷却介质就有一定的温度差，从而将一部分热量传给周围介质，使介质温度升高；随着发热过程的继续，绕组、铁心等发热体本身的温度上升速度就逐渐减慢，经过一段时间后，发热体本身的温度不再升高。他们所产生的热量将全部散发到周围介质中，即单位时间内发热体产生的热量等于单位时间内发热体向周围介质散发的热量，这时，变压器达到了热稳定状态，各部件的温度不再变化，这种状态称为热平衡状态。在热平衡状态下，“热流”所经过的路径是相当复杂的。在油浸变压器中一般有[37]：变压器绕组、铁芯等发热体所产生的热量，将由它们内部最热点以传导方式传到与被油冷却的各自表面；当绕组及铁芯内部的热量传到表面后，它们的表面温度与周围介质（即油）产生温差，通过对流作用将部分热量传给附近的油，从而使油温逐渐上升；当绕组、铁芯附近的油温升高后，热油向上流动与油箱壁相接触发出部分热量后，再向下流动，冷油重新流入绕组，形成闭合的对流路线，从而使整个油箱中的油温升高。对于自冷式变压器来说，一般上层油温比平均油温高20%左右。

5、结束语

油浸式变压器有着良好的应用效果，但是与此同时如果温度升高超过上限也会带来严重的后果，文章分析了其运行过程中的温度控制措施和效果，希望可以给有关从业人员以启发。

参考文献：

[1]张丽萍.基于光纤布喇格光栅的配电变压器分布式温度监测方法[J].广东电力，2019，32（1）：152-157.

[2]刘振.光纤护套材料在变压器油中的电老化特性研究[J].绝缘材料，2019，52（02）：58-63.

[3]王红英.基于荧光光纤传感的油浸式变压器绕组测温研究[J].西安文理学院学报（自然科学版），2018，21（2）.

[4]高树国，高骏，陈志勇，等.基于等温松弛电流的变压器测温用荧光光纤护套的老化状态评估[J].绝缘材料，2018（1）：64-69.

[5]郭力.大型电力变压器振动分析及试验研究[D].

[6]李平.基于荧光测温的开关柜触头无线监测系统[D].沈阳工业大学，2018.