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一體化數顯溫度變送器在變壓器溫度控制的應用

作時間:2019-03-22 16:02:10  来源:  作者:
   
    本文中心主旨:國家電力投资公司分宜發電有限責任公司地處江西西部,是國産大型循環流化床示範基地。本着提高大型變壓器運行的穩定性和可靠性出發,對本廠 330 MW 機組的大型變壓器溫度監控系統進行測量技術改進,使用數字智能型溫度控制儀替換機械式觸點溫控儀,用铠裝熱電阻感溫元件代替熱脹冷縮式感溫元件,使變壓器溫度監控系統更加的準确、穩定、可靠,更适合安全生産、長周期生産的需要。
變壓器是發電廠的主要設備之一,分宜發電廠#9 機組有主要的大型變壓器 3 台,分别为高廠變、啟備變、高主變。變壓器的使用壽命取決于它的溫度[1],變壓器運行時,其繞組和鐵芯的電能損耗都将轉化为熱能,而繞組溫度對絕緣材料老化起着決定性作用,为了有效地監視變壓器溫度,防止變壓器絕緣老化,延長變壓器的運行壽命,必須采用先進可靠的監控手段。
1 設備概況
1.1 設備及系統概況
    分宜發電廠 #9 機組主變是魯能辰明山東電力設備廠生産的型号为 SFFZ10-45000/200 型電力變壓器;額定容量为 45000/28000-28000 kVA;額定電壓(230 ±8) ×1.25% /6.3-6.3 kV; 冷 卻 方 式 为 ONAN/ONAF; 絕 緣 水 平 为 h.v 線 路 端 子 LI/AC 950/395kV、h.v 中性點端子 LI/AC 480/200 kV、l.v 線路端子 LI/AC 75/35 kV。使用 4 組溫度變送器分别为油面溫度變送器 (BWY1 和 BWY2)、繞組溫度變送器 (BWR1 和 BWR2),其中油面溫度變送器型号为BWY-804B (TH)、繞組溫度變送器型号为 BWR-04J [2]。
1.2 主要結構及工作原理
1.2.1 油面溫度變送器
    BWY-804B(TH)溫度指示控制器主要由彈性元件 (波紋管)、毛細管和溫包組成,主要結構如圖 1所示。这 3 部分構成的密封系統内充滿感溫液體,當被測溫度變化時,溫包内的感溫液體的體積随之變化。这個體積增量通過毛細管傳遞到儀表内彈性元件 (波紋管),使之産生 1 個相對應的位移。这個位移经機構放大後便可以指示被測溫度,并驅动微动開關,輸出信号以驅动冷卻系統,达到控制變壓器溫升的目的。BWY-804B(TH)型溫度指示控制器,可以給計算機提供 4~20 mA 标準電流信号或 0~5V 标準電壓信号。
BWY-804B(TH) 溫度指示控制器主要結構
    溫度指示控制器的主要工作參數:在環境溫度-40~55 ℃,相對濕度<95%,測量範圍 0~150 ℃的工況下能夠达到準确度 2.0 級;4 組可調開關,各組開關在 0~150 ℃範圍内可自由設定,開關动作誤差±4 ℃,開關切換差为(6±2)℃,開關額定功率其中AC 为 250 V、5 A,DC 为 250 V、0.3 A (電阻負載)。在戶外,溫度指示控制器的防水、防塵性能达到 GB 4208-82 中 IP55 的規定,配備 XMT-2 數字溫度顯示調節儀,可輸出 4~20 mA 标準電流信号或0~5 V 标準電壓信号供給計算機,它的主要接線如圖 2 所示。
 

BWY-804B(TH)溫度指示控制器接線端子

1.2.2 繞組溫度變送器
    BWY-04J (TH) 變壓器繞組溫度計主要由測量溫包、指示儀表和變流器 3 部分組成,主要結構示意圖如圖 3 所示,溫包裝在變壓器油箱頂部,溫包内密封的感溫液體,通過毛細管和指示儀表内的測量元件 (波紋管) 相接,當變壓器頂層油溫變化時,感溫液體的體積也随之改變,这個體積變化量通過毛細管的傳遞,促使指示儀表内的測量元件産生相
 BWY-04J (TH) 溫度指示控制器主要結構
    應的位移,當變壓器空載時,这個位移经機械傳动、推动儀表指針偏轉,儀表指針指示變壓器油的溫度。BWY-04J (TH) 變壓器繞組溫度計裝有同步滑动電阻和變送器,同時配備二次儀表 (帶穩壓電源),可輸出 4~20 MA 标準電流信号,輸入計算機,實現微機化管理。溫度計裝有 4 個控制開關,根據需要可分别用于冷卻器 (散熱器) 控制,報警信号和事故跳閘。
    溫度指示控制器的主要參數:在環境溫度-40~55 ℃下,防護性能达到 GB 4208—1993 的要求;在50~120 Hz 振、0.2 mm 振幅下可正常工作。測量範为可达 0~150 ℃,指示精度 2.0 級。感溫處溫包尺寸 Φ 14 mm×120 mm,可延長毛細管長度最長 (從表頭到溫包距離) L =5 m。使用螺紋 M 27 mm×2mm 固定在支架上。4 個機械式開關在 0~150 ℃範圍内可調,誤差在±4 ℃以内,切換差不超過 (6±2) ℃。 接點容量在 AC 下为 220 V、5 A,響應時間常數<30 s,它的主要接線如圖 4 所示。
 BWY-04J (TH) 溫度指示控制器接線端子
2 使用中存在的主要問題
    運行中的發現變壓器繞組溫度現場指針指示與遠方溫度顯示儀 (指針式遠方測溫表、數顯表、計算機顯示) 的溫度不一致的情況[3],尤其是溫度越高,誤差會越大,特别是在 70 ℃以上高溫測量時,就地與遠方溫差高达 5 ℃以上。事後原因分析为溫度變送器指針機構卡澀。#9 機組變壓器長期工作在惡劣環境中,加上變壓器本體散發的熱量,就地表頭傳动機構、彈性元件松动等,造成指針指示溫度與實際溫度指示不一致。
    就地實際动作的溫度值與設定值不符。事後原因分析是溫控儀就地顯示表盘的精度不高,造成設定值偏差大,機械式觸點把誤差進一步擴大。現場實測 #9 機組主變溫控儀在正常運行情況下动作誤差达到±1.5 ℃。
    新安裝後不久的溫控儀溫度顯示無變化[4]。在現場認真查找原因,發現是溫包或毛細管出現損壞。溫包感溫後轉化为壓力信号经毛細管傳輸[5],如果在溫包或者毛細管上出現毛孔就不能将信号傳導控制櫃中,毛細管也不能有彎曲過大或者擠壓踩扁現象,也會影響溫包里的感溫介質的膨脹傳到控制櫃。
3 主要改進措施
    針對壓力式溫度計常見的故障:儀表無指示、跳針、指示值偏大或偏小、指示值突然下降等,和現場實際使用缺陷和故障情況,對 #9 機組主變變壓器溫度變送器進行了改進。
    壓力式溫度計的一些固有的缺點限制了在壓力式溫度計改進的潛力,換成 Pt100 作为感溫元件,同時采用智能溫度計控制和遠傳。金屬鉑的電阻随溫度變化而變化,并且具有很好的重現性和溫度性,利用鉑的物理特性制成的傳感器具有精度高,溫度性好,使用範圍廣,是中低溫區 (-200~650 ℃)最常用的一種溫度檢測器。采用 Pt100 作为感溫元件能夠有效的避免溫包感溫的一些缺陷。比如溫包易出現磨損損壞,傳壓毛細管受熱也會膨脹增加誤差,而且毛細管不能太大彎曲現象都能有效改善,改進後使用的數顯溫度計操作面闆如圖 5 所示。
 智能溫控器面闆
    數顯溫度計面闆的主要參數:在環境溫度-10~55 ℃和濕度 10%~90%RH 下測量準确度±0.2%FS;采用輸入信号熱電阻 Pt100,经過測量變換後经RS485 與集控室通訊;耐壓強度輸入 / 輸出 / 電源 /通訊≥1 000 V/min,絕緣阻抗輸入 / 輸出 / 電源 / 通訊≥100 MΩ,它的主要接線如圖 6 所示。
智能溫控器接線方式
    为了減少環境的電磁幹擾,采用铠裝的熱電阻測量元件。提高了傳感器的抗幹擾能力、可靠性和性价比。在控制部分中,使用了控制芯片後能夠很好的控制溫度報警的回差。智能控制器面闆指示和按鍵說明表如表 1 所示。
智能控制器面闆指示和按鍵說明
    沒有設置報警回差值時,當測量溫度在報警點(溫度 T) 附近波动時,t2-t1 和 t3-t2 的值都會很小,儀表不斷進入和退出報警狀态这樣輸出觸點就會经常跳动,産生頻繁報警,導致外部聯鎖的冷卻風機産生故障[4]如圖 7 所示報警輸出狀态。設置了回差值後,回差值等于 T1-T2。在 t2 處将不會引起外部聯鎖的冷卻風機动作,能夠消除控制儀頻繁報警引起的觸點頻繁跳动。輸出報警狀态如圖 8 所示。
報警輸出狀态設置報警回差後輸出狀态
4 結語
    一體化數顯溫度變送器是變壓器非電量保護裝置中較直觀且使用頻率較高的儀表。溫度測量的準确、可靠能夠對變壓器的運行狀态提供分析、判斷依據。通過對溫度變送器實施上述換型技改措施,從而保證變壓器安全穩定運行,有效避免了可能發生的設備損壞事故。變壓器在運行中油的溫度升高,特别是接近設定上限值時,一定要引起警覺,準備采取措施,把變壓器的溫度控制在規定的值之内。必須要控制變壓器的油溫不要超出上限值,这樣可以使絕緣材料不容易老化,经久耐用,從而延長電力變壓器的使用壽命。溫度的變化對變壓器産生的影響很大,故溫度的監測對變壓器的安全穩定運行具有重要的影響。分宜電廠自變壓器溫度變送器技改以来,繞組及油面溫度計運行良好,未發生誤報警現象,對變壓器的穩定運行起到了重要作用。
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