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1 前言

目前， 上海超高壓輸變電公司運行管理中的103 個220kV 及以上變電站的大型電力變壓器配套的超過2000 臺（套）測溫裝置中，逾50%存有因環(huán)境溫度變化而引發(fā)就地與遠方之間兩表偏差超過規(guī)定5℃以內(nèi)要求的缺陷。為從事故源頭杜絕非電量保護誤報警或誤跳閘，筆者結合日常檢驗工作對測溫裝置兩表偏差缺陷機理進行了系統(tǒng)的試驗分析。

2 朝夕巡視法

2011 年8 月4 日，500kV 上海遠東變電站巡視中發(fā)現(xiàn)三號主變壓器A 相1 號德國產(chǎn)油溫計（12m長度毛細管）在凌晨6 點時的就地指針示值與后臺網(wǎng)絡數(shù)據(jù)之間偏差為1.0℃;中午12 點時，上述兩表偏差升至6.0℃。也就是說環(huán)境溫度從凌晨6 點的30℃變化到中午12 點的37℃時，同一臺溫度計遠方與就地之間的偏差變化了5℃，記錄數(shù)據(jù)如表1。

大型油浸電力變壓器是變電站的重要設備，繼電保護規(guī)范要求采用獨立通道采集和傳輸重要設備的運行數(shù)據(jù)如圖1 所示，遠方（或就地）系統(tǒng)中任一元件故障只可能造成某一獨立通道失效， 而不會影響另一獨立通道繼續(xù)完成監(jiān)控任務。

圖1 測溫裝置圖

指針式溫度計一般由感溫部件（溫包）、傳導部件（毛細管）及彈性元件（銅管壓扁后盤圓制成）三部分組成（如圖2）。密閉腔體內(nèi)填充感溫介質（氣體或液體）后，溫包內(nèi)感溫介質熱脹冷縮產(chǎn)生的壓力變化通過毛細管傳遞給彈性元件并推動指針偏轉實現(xiàn)指示溫度。

圖2 指針裝置圖

圖1 所示測溫裝置包括就地方式的指針溫度計和遠方數(shù)字顯示系統(tǒng)兩個獨立通道，其中遠方顯示系統(tǒng)采用諸如三線制補償?shù)仍S多微電子技術， 基本消除了環(huán)境溫度變化影響（例如環(huán)境溫度變化±40K時溫度變送器的附加誤差僅僅±0.4℃）。雖然指針溫度計因為不受電磁場干擾和不需要工作電源以及可以適應IP55 等級的戶外條件等特點而被世界各國變電站廣泛選作非電量保護執(zhí)行組件，但當環(huán)境溫度變化±40K 時其附加誤差上限均在±3℃以上（即便是發(fā)達國家標準也僅如此，即0.5℃%FS/10℃）。綜上所述，表1 所示兩表偏差變化量多數(shù)情況下就是指針溫度計的環(huán)境溫度變化影響量。

3 校驗裝置的研制

雖然按照Q/GDW 440-2010 《油浸式變壓器測溫裝置現(xiàn)場校準規(guī)范》附錄E 規(guī)定的環(huán)境溫度影響試驗方法（如表2）能夠鑒別出指針溫度計中的不合格品，但是僅僅完成一臺試品就至少需要一個人工作兩天時間。巨大的時間成本導致各個基層供電公司在指針溫度計進貨檢驗時無法進一步關注試品的環(huán)境溫度變化影響量水平是否符合要求。

為此，筆者開發(fā)了一臺試驗裝置（如圖3）。KH-2010 型全自動環(huán)境溫度變化試驗裝置共有三個工作室，每個工作室的環(huán)境溫度都能夠產(chǎn)生-20℃的低溫環(huán)境（模擬冬天氣候）或+60℃高溫環(huán)境（模擬陽光直射條件下的夏季工況）。

表2 環(huán)境溫度影響試驗方法

圖3 全自動環(huán)境溫度變化試驗裝置

指針溫度計的溫包基本上不存在環(huán)境溫度變化影響;指針刻度盤部分（表計部分）在溫度計制造環(huán)節(jié)已經(jīng)通過環(huán)境溫度補償機構對可能出現(xiàn)的工況實施了修正;KH-2010 中部工作室用于毛細管傳導部分承受環(huán)境溫度變化時試驗研究。

KH-2010 同時配置了工控計算機和攝像頭以及打印機等， 按照預設的恒溫槽工作溫度（20℃或100℃）和工作室試驗溫度以及必要的保溫時間等程序要素自動完成全部試驗項目，并通過對溫度計表盤示值進行拍照作為記錄數(shù)據(jù)依據(jù)，如表4-1 所示。為了確定遠東站用溫度計的缺陷機理， 按照Q/GDW 440-2010 進行如下試驗：

依據(jù)Q/GDW440-2010 附錄E，按照上海地區(qū)氣候條件模擬0℃的冬天環(huán)境（比較20℃與0℃環(huán)境溫度條件下的20℃刻度線上的示值變化， 合格上限應不大于1.6℃/20K）; 模擬上海地區(qū)夏季陽光直射條件下的60℃環(huán)境（比較20℃與60℃環(huán)境溫度條件下的100℃刻度線上的示值變化，合格上限應不大于3.2℃/40K）。

4 檢測數(shù)據(jù)

我們將上海地區(qū)常用的4種品牌18m 尾長的指針溫度計作為試品。將溫度計表盤和毛細管分別放入上述環(huán)境溫度模擬箱中， 依次改變兩個環(huán)境溫度模擬箱溫度在0℃或20℃或60℃（此時標準恒溫油槽溫度分別穩(wěn)定在20℃或100℃），環(huán)境模擬溫度穩(wěn)定后讀取溫度計示值， 從而獲得夏季或冬季環(huán)境溫度變化對該被檢溫度計示值造成的偏差，測試數(shù)據(jù)見表4-1、表4-2、表4-3、表4-4。

表4-1 測試數(shù)據(jù)

#104照片是在表計和毛細管都處在20℃條件下，獲得的溫度示值數(shù)據(jù)是99℃.

#105照片是表計在20℃環(huán)境下，毛細管在60℃（模擬高溫走線槽環(huán)境）條件下，獲得溫度示值數(shù)據(jù)是108℃，說明毛細管在環(huán)境溫度變化40K時，造成偏差9℃。

#106照片是表計和毛細管在60℃（模擬夏天陽光直射高溫環(huán)境）條件下，獲得溫度示值數(shù)據(jù)是111℃，說明表計和毛細管在陽光直射高溫環(huán)境時，造成偏差12℃。

從表4-1 數(shù)據(jù)可以發(fā)現(xiàn)：環(huán)境溫度從春天的20℃變化到上海地區(qū)夏天陽光直射條件下的60℃時，該溫度計出現(xiàn)12℃的誤差，其中表計部分影響量為3℃（尚在合格上限范圍以內(nèi)）; 而毛細管的影響量卻高達9℃。

表4-2 測試數(shù)據(jù)

表4-3 測試數(shù)據(jù)

表4-4 測試數(shù)據(jù)

4 組件質量排查

上海地區(qū)常用的4種品牌18m 尾長的指針溫度計環(huán)境溫度影響試驗數(shù)據(jù)匯總見表6。

表6：不同產(chǎn)地儀表測試數(shù)據(jù)

6 缺陷分析

（1）毛細管長度影響。

指針溫度計的毛細管長度因以下三個原因呈增長趨勢：

①油浸式變壓器技術發(fā)展呈現(xiàn)高電壓大容量特點。

②毛細管及其他管線均采用走線槽方式固定安裝。

③繞組和油溫共三個表計合裝在同一板面（見圖5）。

從表4-1 數(shù)據(jù)可以發(fā)現(xiàn)：環(huán)境溫度從春天的20℃變化到上海地區(qū)夏天陽光直射條件下的60℃時，該溫度計出現(xiàn)12℃的誤差，其中表計部分影響量為3℃（尚在合格上限范圍以內(nèi)）; 而毛細管的影響量卻高達9℃。

圖5 現(xiàn)場指針溫度計安裝板

（2）充灌介質影響。需要關注的是表6 中兩臺不合格產(chǎn)品密閉系統(tǒng)內(nèi)充灌介質均為液體; 而兩臺合格溫度計充灌介質都是氣體。

（3）毛細管內(nèi)徑影響。如果毛細管內(nèi)徑無限減小甚至接近至零時其環(huán)境溫度影響將可降忽略不計。然而，事實上對于內(nèi)徑尺寸小于0.10mm 毛細管而言液體流阻之巨大程度相當于管道阻塞; 同樣0.10mm 內(nèi)徑條件下的氣體流阻尚處于正常工作范疇， 所以只有氣體介質的指針溫度計才能采取小直徑毛細管以達到大幅度減小環(huán)境溫度影響量的目的。

7 解決方法

鑒于環(huán)境溫度變化影響試驗消耗大量的人力物力，Q/GDW 440-2010 標準提出環(huán)境溫度變化試驗項目免檢的必要條件： 指針溫度計按毛細管長度可分為較長（如18m）、中等長度（如12m）和較短長度（如6m）三種類型。凡18m 尾長溫度計試品穩(wěn)定合格的可以免除其12m（及以下）尾長試品的環(huán)境溫度變化影響試驗。委托第三方檢測機構使用上述全自動檢測裝置進一步對兩種合格的24m 尾長溫度計進行環(huán)境溫度變化試驗。測試記錄見表7-1和表7-2，試驗數(shù)據(jù)匯總見表8。

表7-1 測試數(shù)據(jù)

表7-2 測試數(shù)據(jù)

表8 試驗數(shù)據(jù)匯總

表7-1和表7-2 所示24m 尾長溫度計試驗合格，因此18m（及以下） 尾長溫度計符合Q/GDW 440-2010 標準附錄E 環(huán)境溫度變化試驗項目免檢條件。

8 結束語

綜上所述，“朝夕巡視法” 可以在大量運行溫度計中有效剔除那些環(huán)境溫度影響量超差進而剔除兩表偏差不合格的產(chǎn)品， 為今后變電站非電量保護組件的日常維護更新提供了依據(jù)。為此專門立項開發(fā)的為指針溫度計環(huán)境溫度變化試驗的全自動檢測裝置， 不僅在解決試驗人員作業(yè)工作量上創(chuàng)造了新方法，還為全面治理“兩表偏差”找到了一種有效方法。

作者：戴緣生1，陜?nèi)A平2，童在林1，李文1  （1.上海超高壓輸變電公司，上海200063;2.公司運行分公司，北京100005）