干式变压器的温度保护

电力变压器的安全运行和使用寿命，很大程度上取决于变压器绕组的安全可靠，而绕组温度超过绝缘耐受温度使绝缘破坏，是导致变压器不能正常工作的主要原因之一。因此在干式变压器的外壳围板或附近的墙壁围栏上应装设温度控制器（简称温控器）。

温控器一般采用单片机为核心，通过埋设在低压线圈中的铂热电阻反映绕组的温度状态，并能通过控制超温报警及超温跳闸输出，能自动启停冷却风机对绕组进行强迫风冷，从而避免或减少因温度过高而引发故障，保证变压器的安全稳定的运行，从而延长其寿命。

一、测温原理

Pt100铂电阻是一种在-30℃~240℃范围内线性度较好的热电阻，其阻温曲线如下图所示：

我司选用的传感参数如下：

B级；

分辨率为0.1℃；

三线制。

温控器可对温度信号进行数字补偿，范围为-19,9~+19.9。

拓展：

为了防止误动作，市面上某些温控器还带有pt100与PTC联锁控制超温报警。即当pt100测量的温度值达到定值且PTC电阻发生阻值突变，延时一段时间（常规为6s）后，输出信号。

PTC是正温度系数热敏电阻，是一种典型的具有温度敏感性的半导体电阻，超过一定温度（温度点固定不可调）时，它的电阻值随着温度的升高呈阶跃性的增高，即阻值突变。

二、超温跳闸原理

超温跳闸的原理图如下所示：

解释：Pt100传感器输出的电信号经过滤波和A/D转换传至单片机系统，经内部程序判断是否有超温现象的发生。根据上述简易原理图，绕组温度若超过动作设定值，IC输出高电平信号，使中间继电器（KA与KA1）线圈得电，它们的常开触点变位，而后继电器AH2与AH1线圈得电。

而AH1与AH2的常开触点是作为干接点接入高压馈线柜中。

AH1的常开触点与分闸线圈回路串联形成动作点，使得变压器高压侧进线断路器跳闸，杜绝温度继续上升。

AH2常开触点与保护装置开入点串联形成信号点，使得保护装置可以获得超温跳闸的信息，从而向SCPADA传送信号，使得远方人员知晓现场状态。

三、超温报警（含铁芯）

超温报警（含铁芯）的原理是绕组温度若超过报警设定值，IC输出高电平信号，使另一个中间继电器动作，从而使温控器上的报警指示灯亮，蜂鸣器发声。

超温报警信号的无源接点，本司并未采用，而是直接通过485通讯线上传至通讯管理机。所以超温报警信号不会出现在35kV的保护装置中，而是在SCPADA中可以得到反映。

四、常规温度定值

绕组超温报警：130℃；返回值为125℃

绕组超温跳闸：150℃；返回值为145℃

铁芯超温报警：130℃；返回值为125℃。

五、温度信号传输

1、模拟量传输（4~20mA电流信号）

温控器通过模拟电流输出端口，输出四路独立的、与四个测量通道温度值（0℃~200℃）成线性对应关系的4~20mA电流信号，可以直接与远端A/D卡相连，以组成集散式监控系统。其端子图如下所示：

温度（T）与输出电流（I）的关系式为：

温度（T）与输出电流（I）的曲线图如下所示：

可直接在现有的电流输出端并接高精度电阻（250Ω），即可取得1-5V的电压信号。

当电流输出时，负载电阻需小于等于500Ω；当转为电压信号时，外接设备阻抗应大于20kΩ。

2、RS485通讯

现假设仪表地址为0x01，举个一个例子来说明仪表和主站之间是如何通讯的。

主站的读数据的帧结构（下行帧）为1个字节地址+1个字节功能码+2个字节的内存地址+2个字节的数据数量+2个字节的CRC校验码，共计8个字节。

示例：

通信帧（下行帧）：01 03 00 08 00 04 F8 33

其中释义为主站读取装置地址为01中以0008为内存起始地址，数据长度为4个字的数据。

仪表的回应帧（上行帧）的帧结构为1个字节地址+1个字节功能码+1个字节数据区字节数+具体数据（长度等于数据区字节数）+2个字节CRC校验码

示例：

通信帧（上行帧）：01 03 08 02 58 02 58 02 58 02 58 B0 83

其中释义为装置地址01所采集到的四通道温度信号为A相60℃、B相60℃、C相60℃、D（铁芯）60℃。

备注：本司所采用温控器的实际温度为温度数据/10。

六、强迫风冷

干式变压器冷却风机一般采用横流式冷却风机，安装在变压器绕组的下端两侧，将冷风直接吹进变压器的线圈高、低压冷却风道，散热效果明显，可保障变压器的正常运行并延长其使用寿命。它由单相或三相小功率异步电动机、横流式叶轮、机壳、导风装置组成。

其实物图如下所示：

配有冷却风机的变压器，常用风机数量、功率及电源配置如下表所示：

1、风机原理

横流风机又称贯流风机，气流从叶轮敞开处进入叶栅，穿过叶轮内部，从另一面叶栅处排入蜗壳，形成工作气流。气流在叶轮内的流动情况很复杂，气流在叶轮内的流动情况很复杂，而且叶轮内的气流速度场是非稳定的。根据观察，在叶轮内有一个旋涡。旋涡中心位于蜗舌附近。旋涡的存在使叶轮输出端产生循环流；在旋涡外，叶轮内的气流流线呈圆弧形。因此，在叶轮外圆周上各点的气体速度是不一致的；越靠近涡心，速度愈大，越靠近涡壳，则速度愈小。由此可见，在风机出风口处气流速度和压力不是均匀的，因而风机的流量系数及压力系数是平均值。旋涡的位置对横流风机的性能影响较大，旋涡中心接近叶轮内圆周且靠近蜗舌，风机性能较好；旋涡中心离涡舌较远，则循环流的区域增大，风机效率降低，流量不稳定程度增加。其原理图如下所示：

横流风机的动压高、出口气流速度大、气流达到距离较远，其宽度可按需要选定，在宽度较大时，气流速度比较均匀，虽然效率较低（气流在叶轮内强制转折），仍然在变压器强迫风冷上得到广泛应用。

2、风机控制

风机的就地控制比较简单，当到达设定温度时，控制模块输出高电平通过控制继电器使得接触器线圈得电，接触器控制风机运转。

默认风机启动温度为100℃，关闭温度为80℃。

远程控制通过RS485进行控制。其格式上文以有叙述。下面直接举例。

下行帧：01 05 00 00 FF 00 7B 94

其释义为启动装置地址01的风机。

上行帧：01 05 00 00 FF 00 7B 94

其释义为装置地址01的风机处于运行状态。

七、注意事项

1、在进行变压器耐压试验前应先将传感器总成插头及电源线与温控器分离，避免损坏温控器。

2、严禁用电烙铁在测温探头的钢套上焊接，同时禁止明火烧烤测试探头进行功能检测，若需要检测温控器的输出状态，请使用温控器的模拟输出功能。

3、为防止风机堵转和去除灰尘，风机有必要设置定时开启。

4、运行当中由于B相散热条件较差，B相温度会偏高。若B相温度不大于其他两相10℃，属于正常情况，若差距较大，则检查温控器探头是否安置到位及三相负载是否平衡。

八、拓展

目前市场上常见的两种变压器为F级（允许温度155℃、允许温升100K）和H级（允许温度180℃、允许温升125K）。由于测量出来的温度是线圈传导出来的平均温度，并不能检测到线圈的最高温度，温升也是一样的道理。所以根据经验，运行时线圈的允许温度及温升，应低于材料的允许温度及温升10℃。因此只有运行时线圈的温度和温升均不超过允许值，才能保证变压器的安全运行。

以H级的干式变压器为例，运行时线圈的允许温度及温升分别为170℃和115K。

当其环境温度为33℃，线圈温度为120℃，未超过170℃，温升为120℃-33℃=87℃，小于115℃，变压器可正常运行。

当其环境温度为65℃，线圈温度为175℃，虽然温升为175℃-65℃=110℃小于温升限值，但线圈温度却超过了允许值，故不允许运行。

当其环境温度为-20℃，线圈温度为100℃，虽然线圈温度小于175℃，但温升为100℃-（-20）℃=120℃，已经超过了温升限值，故也不允许运行。

变压器的寿命遵循“八度规则”，每超过允许温度8度，则变压器的使用年限降低1/2。