CN111426404B - 一种变压器温度测量系统及测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种变压器温度测量系统及测量方法，用于测量油浸式变压器的油面温度和绕组温度测量。技术方案是：通过变压器冷却系统运行情况传感器获得变压器冷却系统的运行情况，并调整计算参数；通过数据通信的方式，获得变压器负荷电流数值；校核变压器油面温度数据的有效性；计算得到变压器绕组温度数值；用数据通信的方式同时向变压器温度远方显示单元和变压器温度就地显示单元传输变压器油面温度和绕组温度的数值。本发明可以有效地提升油浸式变压器温度测量准确度，同时简化设备配置和回路，提升油浸式变压器监测的技术水平。

Description

一种变压器温度测量系统及测量方法

技术领域

本发明涉及一种变压器温度测量系统及测量方法，用于测量油浸式变压器的油面温度和绕组温度测量，属于电力变压器运行监测技术领域。

背景技术

油浸式变压器是电力系统中非常重要的一种变电设备，它的安全稳定运行关系着整个电力系统的安全稳定。油浸式变压器的油面温度和绕组热点温度是表征变压器运行状态的一个重要数据。为了测量变压器的油面温度和绕组热点温度，工程上会在运行变压器顶部安装温度探头槽位。探头槽位深入变压器内部变压器油内。探头槽位中充油，并布置温度探头。温度探头主要形式有两种，一种是感温金属，其阻值随温度变化；一种是压力介质，常见的为气体，其体积随温度变化。变压器本体部位配置变压器油面温度表，接受温度探头传输的信号，并转换成温度值显示。同时变压器本体还配置绕组温度表，在接受温度探头传输的油温信号的同时，还接受变压器的负荷电流，利用热模拟法或类似原理的方法得出变压器的绕组温度值并显示。这种方法中，绕组温度表和油面表分别单独设置，存在着成本高、回路重复且复杂的问题。标准JB/T6302《变压器油面温控器》给出了变压器油面温度表的相关标准，这也是常用的变压器油面温度测量装置。其一般由温包、毛细管、弹性元件及由上述元件组成的封闭系统中的感温介质组成。这种原理的油温表，通过介质的压力变化来描述温度的变化，同时带动温度表内弹性元件变形，进而带动温度表指针转动显示温度值。这种测温装置测量精度不高，存在时间常数引起的测量迟滞等问题。同时有大量文献反映其使用过程中存在各种问题，比如当毛细管贴近变压器器身引起其环境温度与温度表本体的环境温度不一致时会引入较大误差，再比如毛细管的长度也会引起较大的误差。工程设计上，需要将变压器的油温上传到变电站的测控装置，在监控系统中实现远方显示，以方便运行人员监视。目前实现的方法主要有两种，一种是变压器本体上就地布置的油面温度表，通过内部机械部分传动相关回路模拟输出PT100电阻信号，或是附加电路将电阻信号处理后输出4-20毫安或0-5伏等模拟量，上送到变电站的测控装置。这个过程中各环节都会产生误差，特别是油温表的机械部分传动输出电阻信号的过程存在非常大的误差。另外一种方式，是在变压器上布置专门的温度探头，常见的为PT100传感器，将测量的电阻值直接输入变电站的测控装置，或是将电阻信号通过变送器处理后输出，4-20毫安或0-5伏等模拟量，上送到变电站的测控装置。这种方法存在的问题是，测控装置的温度传感器与变压器本体就地安装的油面温度表、温度传感器，不是同一个，而且安装位置不同，传输回路也不同。上述两种方法，不论哪一种，变压器就地安装的油面温度表的读数与变电站监控系统中远方显示的油温读数会存在差异。DL/T572《变压器运行规程》规定，这种数据差一般不超过五度，各类运行规范中也将就地显示的温度与远方显示的温度差别较大的情况作为缺陷管理。实际工作中，目前的变压器油温测量方法，必然会造成这种差别的存在，也是变压器缺陷的重要构成类别。

标准JB/T8450《变压器用绕组温控器》给出了变压器的绕组温度表的相关标准。变压器绕组温度表，其实质是在变压器油面温度表的基础上附加了热模拟装置，通过采集变压器的负荷电流并模拟一个正比于变压器负荷电流的电流流过热模拟装置，模拟变压器绕组温度和变压器油温的关系，在变压器油温上叠加温升，作为变压器绕组温度的测量值。同时热模拟装置还可以实现模拟PT100阻值输出，或是4-20毫安或0-5伏等模拟量输出。这些输出信号，传输给变电站测控装置，实现在监控系统的变压器绕组温度远方显示。由于变压器绕组温度表是在变压器油面温度表的基础上运转的，因此变压器油面温度表存在的问题，绕组温度表都存在。同时绕组温度表还存在一些其他的问题。首先，变压器绕组温度表一般是采集变压器高压绕组一相的电流，在变压器三相负荷电流不平衡的情况下，被采集的电流可能不是最大的电流，变压器绕组温度表的读数也就不能准确描述变压器绕组内最高的温度。再有，一个特定的变压器绕组温度表它的时间常数和热模拟特性曲线是固定的，而变压器因为容量不同、冷却形式不同等因素的影响，不同的变压器这些参数是不同的。特别是对于配置了冷却系统的变压器，冷却系统的投运情况也决定着这些参数的不同。用固定参数的变压器绕组温度表去测量不同参数的变压器绕组温度，其结果必定是不准确的。还有，现在的设备和相应的设计中，需要将变压器高压侧负荷电流引入绕组温度表。电流回路一旦开路，则会损坏绕组温度表，开路引起的高电压和电弧还可能引发其他设备及人身安全问题。还有，绕组温度表和油面温度表在结构上、采集上有很多重复的地方，现在的工程方案中，现场分别布置变压器油面温度表和绕组温度表，同时采用类似的方式将数据远传至变电站的测控装置，在设备上和回路上都存在重复，也造成了回路的复杂和缺陷点的增加。最后，对于三绕组变压器，如果运行在中低压侧运行而高压侧停运的状态时，由于绕组温度表所获取的电流一般取自变压器高压侧，这种运行方式下由于高压侧没有电流，则变压器绕组温度表不能正常工作。

中国实用新型专利CN201720673209.3，公开了一种全数字液晶显示变压器油温表，包括电子温度传感器、变压器本体温度表和盘装远程表，其结构要点是：电子温度传感器为电子型智能数字传感器包括温度检测模块；模/数转换模块，串行数据通讯模块，电子温度传感器把测量到的温度值直接转换成数字量，通过电缆传送至变压器本体温度表；变压器本体温度表内设有抗电磁干扰模块；盘装远程表上设有变光式报警装置。变压器运行环境相对恶劣，高温、日照、雨淋、强磁场等情况都存在，该专利方案中温度传感器采用电子设备，运行可靠性难以得到保证，同时温度传感器的运算、传输环节的附加误差也会是严重的问题。专利方案中的远传方案是变压器本体温度表将数字信号发送至盘装远程表，远程表也能够通过输出电流、电压或数字信号向上级设备传输。这种多环节的传输，也无法避免误差的产生，同时也会影响设备运行的可靠性。另外该专利方案依然是单独实现变压器油面温度测量，而绕组温度表仍需单独配置。中国实用新型专利CN201220203764.7一种数字式多传感器变压器油面温度表，该实用新型采用三路数字温度传感器同时测量变压器油面温度，任何一路传感器故障均不至于导致测温失败，具有测温可靠性高的特点。重点在于采用三只数字温度传感器DS18B20作为变压器油面温度测量传感器，能够提高变压器油面温度测量的准确性与可靠性。电子传感器在恶劣环境下的可靠性，多环节计算、转发引起的误差问题依然存在。该专利方案依然是单独实现变压器油温测量，而绕组温度表仍需单独配置。特别是一只油温表三个传感器的配置，挤占了温度传感器探头槽位，减少了油面温度表和绕组温度表传感器安装的位置。而且一旦温度表的公共部分损坏，则会温度表整体失效，温度表运行的可靠性并没有得到提升。中国发明专利CN201510689797.5变压器温度监测装置，采用的外接蓄电池设计，可以保证在主电源发生故障的情况下，由蓄电池应急供电，避免在断电期间由于不能即时监控导致危险发生，同时该专利方案集绕组温控器和油面温度控制器的供能于一体，可取代现有的绕组温控器和油面温度控制器。该方案中存在一些不足：一是电流采用电流互感器的形式现场采集变压器负荷电流，存在电流回路开路并引发设备、人身安全风险；二是上传数据存在多级换算和模数转换，会逐级增大误差；三是现场装置电子元件和回路较多，环境因素影响较大；四是计算方法固定，计算参数固定，计算参数无法与不同的变压器运行参数相匹配，计算结果准确度无法得到保障，方法不具有通用性。

目前，相关研究和方案都存在电子设备可靠性差、回路重复复杂、转发环节多、外界因素影响测量准确度和传输准确度、以及电流回路引发的安全风险等问题，没有有效方案解决背景技术中所述的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种变压器温度测量系统及测量方法，简化测温装置配置，简化测温回路，减少转发环节，提高测量准确率，解决背景技术存在的上述问题。

本发明目的可以通过下面技术方案实现的：

一种变压器温度测量方法，包含如下步骤：

①通过油面温度传感器获得变压器油面温度；

②通过运行环境温度传感器获得变压器运行环境温度；

③通过变压器冷却系统运行情况传感器获得变压器冷却系统的运行情况，并调整计算参数；

④通过数据通信的方式，获得变压器负荷电流数值；

⑤校核变压器油面温度数据的有效性；

⑥计算得到变压器绕组温度数值；

⑦用数据通信的方式同时向变压器温度远方显示单元和变压器温度就地显示单元传输变压器油面温度和绕组温度的数值。

所述的通过变压器冷却系统运行情况传感器获得变压器冷却系统的运行情况，并调整计算参数；有的变压器装有冷却系统，最典型的是冷却器和冷却用风扇。带有冷却系统的变压器，冷却设备投入的数量与变压器的额定容量有关系，需要根据冷却设备投入数量来调整变压器的额定容量用于后续计算。特别是对于风冷变压器，当冷却用风扇全部停止运行后，其实质上就是自冷变压器，有的风冷变压器也会在铭牌标明当处于自冷状态时的额定容量。当风冷变压器处于自冷运行状态时，不仅变压器的额定容量会变化，在计算变压器绕组温度的过程中相应的参数也需要调整。

所述的获得变压器负荷电流数值，对于单相两绕组变压器而言，需要获得高压侧单相负荷电流数据；对于单相三绕组变压器而言，需要获得高、中压侧单相负荷电流数据；对于三相两绕组变压器而言，需要获得高压侧三相负荷电流数据；对于三相三绕组变压器而言，需要获得高、中压侧三相电流数据。

所述的计算得到变压器绕组温度数值，计算过程中使用负荷电流遵循以下原则。单相两绕组变压器，使用高压侧单相负荷电流数据；单相三绕组变压器，首先使用高压侧单相负荷电流数据，如果高压侧负荷电流数据为零、中压侧负荷电流数据不为零，则使用中压侧单相负荷电流数据；三相两绕组变压器，使用高压侧三相负荷电流数据中最大值；对于三相三绕组变压器而言，首先使用高压侧三相负荷电流数据中最大值，如果高压侧三相负荷电流数据为零、中压侧负荷电流数据不为零，则使用中压侧三相负荷电流数据中最大值。对于单相三绕组变压器和三相三绕组变压器，高压侧负荷电流数据为零、中压侧负荷电流数据不为零，认为是变压器处于中、低压两绕组方式运行。

所述的校核变压器油面温度数据的有效性，是指利用变压器出厂试验数据、变压器负荷电流、变压器运行环境温度等数据，计算判断所采集的变压器油面温度数据是否为异常数据。

所述的计算得到变压器绕组温度数值，是指基于采集和预先设定的数据，使用任何证明实际有效的方法，计算获得变压器绕组温度数值。

所述的数据通信，其主要强调的目的是说明数值的传输均采用数字量，减少了各环节的模拟量和数字量的转换，和这些转换引起的误差，确保了准确性。

所述的用数据通信的方式同时向变压器温度远方显示单元和变压器温度就地显示单元传输变压器油面温度和绕组温度的数值，是指变压器温度远方显示单元和变压器温度就地显示单元获得的是相同的变压器油面温度和绕组温度的数值，确保两者显示相同。

所述的变压器温度远方显示单元和变压器温度就地显示单元，均能够显示变压器油面温度和变压器绕组温度两个数值，而不是再分别设置油面温度显示和绕组温度显示装置。

基于上述方法，本发明还提供了与之对应的变压器温度测量系统，至少包含如下两种技术方案：

技术方案一：

一种变压器温度测量系统，包含变压器油面温度传感器、变压器环境温度传感器、变压器冷却系统运行情况传感器、变电站自动化系统变压器测量控制设备、变压器温度管理单元、变压器温度远方显示单元和变压器温度就地显示单元；变压器油面温度传感器放置在变压器顶部温度传感器安装槽位内，测量变压器内部油面温度，其输出信号接入变电站自动化系统变压器测量控制设备；变压器环境温度传感器布置在变压器运行环境中，测量变压器运行环境的温度，其输出接入变电站自动化系统变压器测量控制设备；变压器冷却系统运行情况传感器，针对有冷却器或者冷却用风扇的变压器布置，采集冷却器或冷却用风扇的运行情况，输出为开关量，表征冷却器或冷却用风扇处于运行状态或是停止状态，其输出接入变电站自动化系统变压器测量控制设备。

变电站自动化系统变压器测量控制设备，正常运行时采集变压器各侧负荷电流，这是其传统功能。

本发明使用变电站自动化系统变压器测量控制设备，采集到变压器油面温度传感器传送的油面温度信号，通过计算得到变压器油面温度；变电站自动化系统变压器测量控制设备，采集到变压器环境温度传感器传送的变压器运行环境温度信号，通过计算得到变压器运行环境温度；电站自动化系统变压器测量控制设备，采集到变压器冷却系统传感器传送的冷却系统运行情况信号，判断变压器冷却器或冷却用风扇的运行情况，并输出表征冷却器或冷却用风扇运行或停运的开关量；变电站自动化系统变压器测量控制设备，将变压器负荷电流、变压器运行环境温度、变压器油面温度和变压器冷却系统运行状态数据，传送给变压器温度管理单元。

变压器温度管理单元，根据计算方法和变压器具体参数，提前设定好计算参数。变压器温度管理单元，从变电站自动化系统变压器测量控制设备接收到变压器负荷电流、变压器运行环境温度、变压器油面温度和变压器冷却系统运行状态数据。变压器温度管理单元，根据接受到的数据和提前设定的计算参数，计算、判断变压器油面温度数据是否有效。如果判断变压器油面温度数据为异常数据，则输出数据异常告警信号。如果判断变压器油面温度数据为有效数据，则根据接收到的数据和提前设定的计算参数，计算出变压器绕组温度。变压器温度管理单元，将变压器油面温度和计算得到的变压器绕组温度数据传送给变压器温度远方显示单元和变压器温度就地显示单元。

变压器温度远方显示单元，接收到变压器温度管理单元传送的变压器油面温度和绕组温度后，显示相关温度。

变压器温度就地显示单元，接收到变压器温度管理单元传送的变压器油面温度和绕组温度后，显示相关温度。

所述的变压器油面温度传感器，优先使用感温电阻材料，提高可靠性，比如PT100。

所述的温度传感器安装槽位，应能深入变压器顶层油面内部。

所述的变压器环境温度传感器，布置在变压器附近，与变压器在同一空间内。优先使用感温电阻材料，提高可靠性，比如PT100。

所述的变压器冷却系统运行情况传感器，布置在变压器冷却系统，用来检测变压器冷却设备的运行情况，应能够准确测量单独控制的冷却设备最小单元的运行情况，输出被测量设备运行和停运两种状态。感知变压器冷却系统运行状态，主要是因为配置冷却器或是冷却用风扇的变压器，投入不同的冷却容量时其额定容量是不同的，这将涉及到计算过程中对变压器额定电流、额定容量数值和相关参数的选择和调整。对于自冷变压器，不布置变压器冷却系统运行情况传感器。

所述的变电站自动化系统变压器测量控制设备，是变电站自动化设备的组成部分，主要用于采集变压器运行相关的模拟量和开关量信息，监视变压器运行状态，输出变压器运行相关的控制和调整信号。其测量结果数据和控制信息能够输出至其他设备，实现数据共享，输出的方式主要是数据通信，遵循一定的通信规约。采集变压器各侧负荷电流的功能，是该设备传统设备就具有的功能。变电站自动化系统变压器测量控制设备是已知设备，比如北京四方继保自动化股份有限公司生产的CSI-200E变压器测量控制装置，国电南瑞科技股份有限公司NSD500变压器测量控制装置。

所述的变电站自动化系统变压器测量控制设备，将变压器负荷电流传送给变压器温度管理单元。对于单相两绕组变压器而言，传送高压侧单相负荷电流数据；对于单相三绕组变压器而言，传送高、中压侧单相负荷电流数据；对于三相两绕组变压器而言，传送高压侧三相负荷电流数据；对于三相三绕组变压器而言，传送高、中压侧三相电流数据。

所述的变压器温度管理单元，具备数据采集和计算能力。变压器温度管理单元可以根据每台变压器运行参数的不同，设定不同的计算参数，来实现计算参数与变压器参数的匹配。变压器温度管理单元接收到计算所需的数据后，根据设定好的计算方法和计算参数计算出变压器绕组温度。计算方法可以选择任何被验证过的有效的计算方法。需要设定的计算参数与计算方法相关。对于自冷变压器，计算过程不需要变压器冷却系统运行状态数据。

所述的变压器温度管理单元，计算过程中使用负荷电流遵循以下原则。单相两绕组变压器，使用高压侧单相负荷电流数据；单相三绕组变压器，首先使用高压侧单相负荷电流数据，如果高压侧负荷电流数据为零、中压侧负荷电流数据不为零，则使用中压侧单相负荷电流数据；三相两绕组变压器，使用高压侧三相负荷电流数据中最大值；对于三相三绕组变压器而言，首先使用高压侧三相负荷电流数据中最大值，如果高压侧三相负荷电流数据为零、中压侧负荷电流数据不为零，则使用中压侧三相负荷电流数据中最大值。对于单相三绕组变压器和三相三绕组变压器，高压侧负荷电流数据为零、中压侧负荷电流数据不为零，认为是变压器处于中、低压两绕组方式运行。

所述的变压器温度管理单元将变压器油面温度和绕组温度数据传送给变压器温度远方显示单元和变压器温度就地显示单元，其传输数据采用数字量，通道采用数字通道，以确保变压器温度远方显示单元和变压器温度就地显示单元的显示数值一致。

所述的变压器温度远方显示单元，布置在变电站控制室等远离变压器安装位置的区域，用以展示变压器油面温度和变压器绕组温度，供值班员收集、分析数据和远程查看设备情况。变压器温度就地显示单元，布置在变压器本体附近，接收变压器油面温度和绕组温度数值并显示，供运维人员现场检查设备时使用。

所述的变压器温度就地显示单元，能同时或轮流显示变压器油面温度和变压器绕组温度，不再独立设置变压器油面温度显示装置和变压器绕组温度显示装置，以简化设备。

技术方案二：

一种变压器温度测量系统，包含变压器油面温度传感器、变压器环境温度传感器、变压器冷却系统运行情况传感器、变电站自动化系统变压器测量控制设备、变压器温度管理单元、变压器温度远方显示单元和变压器温度就地显示单元；变压器油面温度传感器放置在变压器顶部温度传感器安装槽位内，测量变压器内部油面温度，其输出信号接入变压器温度管理单元；变压器环境温度传感器布置在变压器运行环境中，测量变压器运行环境的温度，其输出信号接入变压器温度管理单元；变压器冷却系统运行情况传感器，针对有冷却器或者冷却用风扇的变压器布置，采集冷却器或冷却用风扇的运行情况，输出为开关量，表征冷却器或冷却用风扇处于运行状态或是停止状态，其输出接入变压器温度管理单元。

变电站自动化系统变压器测量控制设备，正常运行时采集变压器各侧负荷电流，这是其传统功能。变电站自动化系统变压器测量控制设备，将采集到的变压器负荷电流传输给变压器温度管理单元。

变压器温度管理单元，接收变压器环境温度传感器传送的变压器运行环境温度信号，通过计算得到变压器运行环境温度；变压器温度管理单元，接收变压器油面温度传感器传送的油面温度信号，通过计算得到变压器油面温度；变压器温度管理单元，接收变压器冷却系统传感器传送的冷却系统运行情况信号，判断变压器冷却器或冷却用风扇的运行情况。

变压器温度管理单元，根据计算方法和变压器具体参数，提前设定好计算参数。变压器温度管理单元，根据接收到的数据和提前设定的计算参数，计算、判断变压器油面温度数据是否有效。如果判断变压器油面温度数据为异常数据，则输出数据异常告警信号。如果判断变压器油面温度数据为有效数据，则根据接收到的数据和提前设定的计算参数，计算出变压器绕组温度。变压器温度管理单元，将变压器油面温度和计算得到的变压器绕组温度数据传送给变压器温度远方显示单元和变压器温度就地显示单元。

变压器温度远方显示单元，接收到变压器温度管理单元传送的变压器油面温度和绕组温度后，显示相关温度。

变压器温度就地显示单元，接收到变压器温度管理单元传送的变压器油面温度和绕组温度后，显示相关温度。

所述的变压器油面温度传感器，优先使用感温电阻材料，提高可靠性，比如PT100。

所述的温度传感器安装槽位，应能深入变压器顶层油面内部。

所述的变压器环境温度传感器，布置在变压器附近，与变压器在同一空间内。优先使用感温电阻材料，提高可靠性，比如PT100。

所述的变压器冷却系统运行情况传感器，布置在变压器冷却系统，用来检测变压器冷却设备的运行情况，应能够准确测量单独控制的冷却设备最小单元的运行情况，输出被测量设备运行和停运两种状态。感知变压器冷却系统运行状态，主要是因为配置冷却器或是冷却用风扇的变压器，投入不同的冷却容量时其额定容量是不同的，这将涉及到计算过程中对变压器额定电流、额定容量数值和相关参数的选择和调整。对于自冷变压器，不布置变压器冷却系统运行情况传感器。

所述的变电站自动化系统变压器测量控制设备，是变电站自动化设备的组成部分，主要用于采集变压器运行相关的模拟量和开关量信息，监视变压器运行状态，输出变压器运行相关的控制和调整信号。其测量结果数据和控制信息能够输出至其他设备，实现数据共享，输出的方式主要是数据通信，遵循一定的通信规约。采集变压器各侧负荷电流的功能，是该设备传统设备就具有的功能。变电站自动化系统变压器测量控制设备是已知设备，比如北京四方继保自动化股份有限公司生产的CSI-200E变压器测量控制装置，国电南瑞科技股份有限公司NSD500变压器测量控制装置。

所述的变电站自动化系统变压器测量控制设备，将变压器负荷电流传送给变压器温度管理单元。对于单相两绕组变压器而言，传送高压侧单相负荷电流数据；对于单相三绕组变压器而言，传送高、中压侧单相负荷电流数据；对于三相两绕组变压器而言，传送高压侧三相负荷电流数据；对于三相三绕组变压器而言，传送高、中压侧三相电流数据。

所述的变压器温度管理单元，具备数据采集和计算能力。变压器温度管理单元可以根据每台变压器运行参数的不同，设定不同的计算参数，来实现计算参数与变压器参数的匹配。变压器温度管理单元接收到计算所需的数据后，根据设定好的计算方法和计算参数计算出变压器绕组温度。计算方法可以选择任何被验证过的有效的计算方法。需要设定的计算参数与计算方法相关。对于自冷变压器，计算过程不需要变压器冷却系统运行状态数据。

所述的变压器温度管理单元，计算过程中使用负荷电流遵循以下原则。单相两绕组变压器，使用高压侧单相负荷电流数据；单相三绕组变压器，首先使用高压侧单相负荷电流数据，如果高压侧负荷电流数据为零、中压侧负荷电流数据不为零，则使用中压侧单相负荷电流数据；三相两绕组变压器，使用高压侧三相负荷电流数据中最大值；对于三相三绕组变压器而言，首先使用高压侧三相负荷电流数据中最大值，如果高压侧三相负荷电流数据为零、中压侧负荷电流数据不为零，则使用中压侧三相负荷电流数据中最大值。对于单相三绕组变压器和三相三绕组变压器，高压侧负荷电流数据为零、中压侧负荷电流数据不为零，认为是变压器处于中、低压两绕组方式运行。

所述的变压器温度管理单元将变压器油面温度和绕组温度数据传送给变压器温度远方显示单元和变压器温度就地显示单元，其传输数据采用数字量，通道采用数字通道，以确保变压器温度远方显示单元和变压器温度就地显示单元的显示数值一致。

变压器温度就地显示单元，布置在变压器本体附近，接收变压器油面温度和绕组温度数值并显示，供运维人员现场检查设备时使用。

所述的变压器温度远方显示单元，布置在变电站控制室等远离变压器安装位置的区域，用以展示变压器油面温度和变压器绕组温度，供值班员收集、分析数据和远程查看设备情况。

所述的变压器温度就地显示单元，能同时或轮流显示变压器油面温度和变压器绕组温度，不再独立设置变压器油面温度显示装置和变压器绕组温度显示装置，以简化设备。

本发明的创新点有：

1、原有的变压器绕组温度表，无论应用于何种参数的变压器，其热模拟曲线、时间常数等参数均为固定值，因此参数不能做到匹配，结果存在固有的误差。本发明方案中，能够根据不同的变压器参数设定匹配的计算参数，能够提高绕组温度数据的准确度。

2、原有的变压器绕组温度表，通过电流互感器的方式获得变压器的负荷电流，存在电流开路引起高电压或者电弧的问题，从而造成人身和设备安全的隐患。本发明方案中，变压器负荷电流通过数据通信的方式获得，不存在上述问题。

3、原有的变压器绕组温度表，仅取得变压器高压侧负荷电流，当三绕组变压器高压侧停运而中低压侧运行时，由于高压侧负荷电流数据为零，则变压器绕组温度表失效。本发明方案中，对于三绕组变压器，获取高、中压侧负荷电流，计算中首先使用高压侧负荷电流，如果高压侧负荷电流数据为零、而中压侧负荷电流数据不为零，则使用中压侧负荷电流数据。解决了三绕组变压器高压侧停运、中低压侧运行方式下绕组温度表失效的问题。

4、原有的变压器绕组温度表，仅取得变压器高压侧负荷电流中的一相电流。对于三相变压器，如果高压侧三相负荷电流不平衡，所取得的电流可能不是最大值，计算结果不能真正反映变压器绕组温度的最大值。本发明方案中，对于三相变压器，获取三相负荷电流，取其中最大值进行计算，能够准确反映变压器绕组温度的最大值。

5、原有的变压器油面温度和绕组温度测量方法中，温度远方显示回路和就地显示回路存在不是同一信号来源、信号传输通道存在多环节转换的问题，造成温度的就地显示和远方显示数值存在偏差。本发明方案中，变压器温度远方显示和就地显示的数据来源一致，且采用数据通信的方法，能够保证两者显示数值一致。

6、原有的变压器温度测量方法中，在变压器本体设置变压器油面温度表和变压器绕组温度表，并分别有信号远方传输回路。本发明方案中，变压器温度就地显示单元能够完成油面温度和绕组温度的显示，不需要再分别配置设备，且信号传输回路为同一个回路，从而简化了设备和回路配置。

7、原有的变压器温度测量方法中，变压器顶部布置的温度传感器安装槽位，分别分配给变压器油面温度表、变压器绕组温度表和变压器油温远传用的油温传感器使用。如果槽位少，则不能满足使用需求；如果槽位过多，则会增加变压器渗漏油的风险。本发明方案中，变压器油面温度、绕组温度和温度远传使用一个油面温度传感器完成，可以适当减少对温度传感器安装槽位的需求，而且还可以实现多套完整的变压器油面温度、绕组温度测量显示系统的功能。

本发明的积极效果是：能够根据不同的变压器设定匹配的计算参数，从而能够准确的获得变压器绕组温度；保证变压器温度远方温度显示单元和变压器温度就地显示单元获得的温度数据一致性，从而防止两者显示数值出现偏差，甚至形成变压器缺陷；采用数据通信的方式获得负荷电流数据，防止因使用电流互感器电流回路采集负荷电流时电流回路开路产生人身和设备安全隐患；采用变压器油面温度和绕组温度同一显示装置显示，从而简化了设备配置和回路；对于三绕组变压器采用高压侧和中压侧电流均采集的方法，保证三绕组变压器在高压侧停运而中低压侧运行的状态下，绕组温度表可以正常工作。本发明可以有效地提升油浸式变压器温度测量准确度，同时简化设备配置和回路，提升油浸式变压器监测的技术水平。

附图说明

图1是本发明实施例一的示意图；

图2是本发明实施例二、实施例三的示意图。

图中：变压器油面温度传感器1，变压器环境温度传感器2，变压器冷却系统运行情况传感器3，变压器温度就地显示单元4，变电站自动化系统变压器测量控制设备5，变压器温度管理单元6，变压器温度远方显示单元7。

具体实施方式

以下结合附图，通过实施例对本发明作进一步说明。

实施例一：

参照附图1，实现方案采用技术方案一。

被测量变压器具体数据：

产品型号：SFPSZ10-180000/220

额定容量：180/180/90MVA

额定电流：472/900/4950A

冷却方式：ODAF

出厂报告额定损耗下顶层油温的稳态温升数据：55K

额定电流下热点温度对顶层油温的梯度数据：10K

配置四组散热器全部投入运行。

变压器油面温度传感器1，放置在变压器顶部温度传感器安装槽位内，用来测量变压器内部油面温度。传感器采用Pt100温度传感器，输出随温度变化的电阻信号，输出信号通过三线制接线连接到变电站自动化系统变压器测量控制设备5。

变压器环境温度传感器2，放置变压器附近，与变压器同一空间，避免阳光直晒、远离其他热源，用来测量变压器运行环境温度。传感器采用Pt100温度传感器，输出随温度变化的电阻信号，输出信号通过三线制接线连接到变电站自动化系统变压器测量控制设备5。

变压器冷却系统运行情况传感器3，布置在变压器冷却器控制箱内。变压器冷却系统运行情况传感器3采用电流继电器形式。每组冷却器电源回路布置电流互感器，通过电流互感器测量冷却器电源回路电流，电流互感器输出电流至电流继电器，电流继电器动作值按冷却器额定电流0.5倍整定。如果冷却器电源回路电流大于0.5倍冷却器额定电流，电流继电器动作，表示该组冷却器运行，电流继电器常开接点闭合。如果电流继电器未动作，表示该组冷却器停运，电流继电器常开接点打开。本实施例中被测量变压器共配置了四组冷却器，对应的变压器冷却系统运行情况传感器3配置四只电流继电器，电流继电器常开接点通过电缆连接至变电站自动化系统变压器测量控制设备5。本实施例中被测量变压器四组冷却器均为运行状态，因此四个电流继电器常开接点均闭合。

变电站自动化系统变压器测量控制设备5实时采集、计算得到变压器各侧负荷电流数据。变电站自动化系统变压器测量控制设备5，接收变压器油面温度传感器1传送的Pt100电阻值，并计算得到变压器油面温度数据。本实施例中计算得到的变压器油面温度为70摄氏度。变电站自动化系统变压器测量控制设备5，接收变压器环境温度传感器2传送的Pt100电阻值，并计算得到变压器运行环境温度数据。本实施例中计算得到的变压器运行环境温度为39.8摄氏度。变电站自动化系统变压器测量控制设备5，接收变压器冷却系统运行情况传感器3传输的冷却器运行状态。本实施例中四只电流继电器常开接点均为闭合状态，因此判断四组冷却器均投入运行。

变电站自动化系统变压器测量控制设备5，将变压器负荷电流、变压器油面温度、变压器运行环境温度、变压器冷却系统运行状态数据，传送给变压器温度管理单元6。被测量变压器为三相三绕组变压器，传送的电流数据为高压侧三相电流和中压侧三相电流。其中高压侧三相电流分别为324A、324A、325A。变电站自动化系统变压器测量控制设备5与变压器温度管理单元6之间数据传输采用数据通信，遵循IEC61850规约。

变压器温度管理单元6，计算方法采用《GB 1094.2-2013电力变压器第2部分：油浸式变压器的温升》、《GB 1094.7-2008电力变压器第7部分：油浸式电力变压器负载导则》推荐的油浸式变压器油面温度和绕组温度计算方法。用式1、式2完成油面温度的计算，用式3至式7完成绕组温度的计算。

θ_0(n)＝θ_0(n-1)+Dθ_0(n) (式2)

Δθ_h(n)＝Δθ_h(n-1)+Dθ_h(n) (式5)

Δθ_h(n)＝Δθ_h1(n)-Δθ_h2(n) (式6)

θ_h(n)＝θ_0(n)+Δθ_h(n) (式7)

各式中：

算子D表示与每个时间段Dt相对应的相关变量的差分

θ_0(n)为第n个时段时变压器顶层油温度值

θ_0(n-1)为上一时段变压器顶层油温度值

Dθ_0(n)为第n个时段变压器顶层油温度的增加值

Δθ_0r为额定损耗下顶层油稳态温升

Δθ_hr为额定电流下热点温度对顶层油温的梯度

R为额定电流下负载损耗与空载损耗的比值

K为负载系数＝负载电流/额定电流

K₁₁、K₂₁、K₂₂为常数，与变压器容量和冷却方式有关

τ₀为平均油时间常数

τ_w为绕组时间常数

θ₀为顶层油温

θ_a为环境温度

x为总损耗对顶层油温升的指数幂

y为电流对绕组温升的指数幂

本实施例中，根据变压器的型号和参数，变压器温度管理单元6整定计算参数如下：

K₁₁＝1

K₂₁＝1

K₂₂＝1

τ₀＝90

τ_w＝7

Δθ_0r＝55

Δθ_hr＝10

R＝6

x＝1

y＝2

由于四组冷却器全部投入，变压器高压侧额定电流按变压器额定容量计算，取值为472A。由于变压器高压侧负荷电流数据不为零，则计算取变压器高压侧负荷电流数据中最大值325A用于计算。

变压器温度管理单元6，设定变压器油面温度测量数据与变压器油面温度理论计算数据偏差值，取值10摄氏度。变压器油面温度测量数据与变压器油面温度理论计算数据偏差超过设定的偏差值则判断变电站自动化系统变压器测量控制设备5传送的变压器油面温度数据异常，否则认为数据有效。变压器温度管理单元6根据设定的计算参数和从变电站自动化系统变压器测量控制设备5获得的数据，通过计算得到变压器油面温度的理论计算值为69摄氏度。变压器油面温度理论计算值69摄氏度与变压器油面温度测量值70摄氏度相差1摄氏度，偏差小于两者偏差值设定值10摄氏度，认为变电站自动化系统变压器测量控制设备5传送的变压器油面温度数据为有效数据。

变压器温度管理单元6，根据设定的计算参数和从变电站自动化系统变压器测量控制设备5获得的数据，以变压器油面温度为计算基础，根据上述用式3至式7，计算得到变压器绕组温度。

变压器温度管理单元6，将从变电站自动化系统变压器测量控制设备5获得的变压器油面温度和计算得到的变压器绕组温度数据，传送给变压器温度远方显示单元7和变压器温度就地显示单元4。

变压器温度远方显示单元7整合在变电站监控工作站中。变压器温度管理单元6与变压器温度远方显示单元7之间数据传输采用IEC61850规约。

变压器温度就地显示单元4，布置在变压器器身上，采用具备485通信功能的数字显示温度仪表，仪表具有两排数码管，同时显示变压器油面温度和变压器绕组温度。变压器温度管理单元6与变压器温度就地显示单元4之间数据传输采用485通信规约。

实施例二：

参照附图2，实现方案采用技术方案二。

图中：变压器油面温度传感器1，变压器环境温度传感器2，变压器冷却系统运行情况传感器3，变压器温度就地显示单元4，变电站自动化系统变压器测量控制设备5，变压器温度管理单元6，变压器温度远方显示单元7。

被测量变压器具体数据：

产品型号：SFPSZ10-180000/220

额定容量：180/180/90MVA

额定电流：472/900/4950A

冷却方式：ODAF

出厂报告额定损耗下顶层油温的稳态温升数据：55K

额定电流下热点温度对顶层油温的梯度数据：10K

配置四组散热器全部投入运行。

变压器油面温度传感器1，放置在变压器顶部温度传感器安装槽位内，用来测量变压器油面温度。传感器采用Pt100温度传感器，输出随温度变化的电阻信号，输出信号通过三线制接线连接到变压器温度管理单元6。

变压器环境温度传感器2，放置在变压器附近，与变压器同一空间，避免阳光直晒、远离其他热源，用来测量变压器运行环境温度。传感器采用Pt100温度传感器，输出随温度变化的电阻信号，输出信号通过三线制接线连接到变压器温度管理单元6。

变压器冷却系统运行情况传感器3，布置在变压器冷却器控制箱内。变压器冷却系统运行情况传感器3采用电流继电器形式。每组冷却器电源回路布置电流互感器，通过电流互感器测量冷却器电源回路电流，电流互感器输出电流至电流继电器，电流互感器动作值按冷却器额定电流0.5倍整定。如果冷却器电源回路电流大于0.5倍冷却器额定电流，电流继电器动作，表示该组冷却器运行，电流继电器常开接点闭合。如果电流继电器未动作，表示该组冷却器停运，电流继电器常开接点打开。本实施例中被测量变压器共配置了四组冷却器，对应的变压器冷却系统运行情况传感器3配置四只电流继电器，电流继电器常开接点通过电缆连接至变压器温度管理单元6。本实施例中被测量变压器四组冷却器均为运行状态，因此四个电流继电器常开接点均闭合。

变压器温度管理单元6，接收变压器油面温度传感器1传送的Pt100电阻值，并计算得到变压器油面温度数据。变压器温度管理单元6，接收变压器环境温度传感器2传送的Pt100电阻值，并计算得到变压器运行环境温度数据。变压器温度管理单元6，接收变压器冷却系统运行情况传感器3传输的冷却器运行状态。本实施例中四组冷却器运行，四只电流继电器常开接点均为闭合状态，因此变压器温度管理单元6判断四组冷却器均投入运行。

变电站自动化系统变压器测量控制设备5，实时采集、计算得到变压器各侧负荷电流数据。

变电站自动化系统变压器测量控制设备5，将变压器负荷电流数据，传送给变压器温度管理单元6。被测量变压器为三相三绕组变压器，传送的电流数据为高压侧三相电流和中压侧三相电流。其中高压侧三相电流为零，中压侧三相电流分别为300A、301A、302A。变电站自动化系统变压器测量控制设备5与变压器温度管理单元6之间数据传输采用数据通信，遵循IEC61850规约。

变压器温度管理单元6，计算方法采用《GB 1094.2-2013电力变压器第2部分：油浸式变压器的温升》、《GB 1094.7-2008电力变压器第7部分：油浸式电力变压器负载导则》推荐的油浸式变压器油面温度和绕组温度计算方法。详见实施例一。

本实施例中，根据变压器的型号和参数，变压器温度管理单元6整定计算参数如下：

K₁₁＝1

K₂₁＝1

K₂₂＝1

τ₀＝90

τ_w＝7

Δθ_0r＝55

Δθ_hr＝10

R＝6

x＝1

y＝2

由于变压器高压侧负荷电流数据为零、中压侧负荷电流数据不为零，因此变压器温度管理单元6取变压器中压侧负荷电流数据中最大值302A用于计算。

由于四组冷却器全部投入，变压器中压侧额定电流按额定容量选取用于计算。

变压器温度管理单元6，设定变压器油面温度测量数据与变压器油面温度理论计算数据偏差值。变压器油面温度测量数据与变压器油面温度理论计算数据的差值如果超过设定的偏差值，则判断变压器油面温度传感器1传送的Pt100电阻值异常，否则认为数据有效。变压器温度管理单元6根据设定的计算参数、自身采集的变压器油面温度、变压器运行环境温度、变压器冷却设备运行状态数据和从变电站自动化系统变压器测量控制设备5获得的变压器负荷电流数据，计算得到变压器绕组温度。

变压器温度管理单元6，计算得到变压器油面温度和变压器绕组温度，传送给变压器温度远方显示单元7和变压器温度就地显示单元4。

变压器温度就地显示单元4，布置在变压器器身上，采用具备485通信功能的数字显示温度仪表，仪表具有两排数码管，同时显示变压器油面温度和变压器绕组温度。变压器温度管理单元6与变压器温度就地显示单元4之间数据传输采用485通信规约。

变压器温度远方显示单元7，整合在变电站监控工作站中。变压器温度管理单元6与变压器温度远方显示单元7间数据传输采用数据通信，遵循IEC61850规约。

实施例三：

参照附图2，实现方案采用技术方案二。

图中：变压器油面温度传感器1，变压器环境温度传感器2，变压器冷却系统运行情况传感器3，变压器温度就地显示单元4，变电站自动化系统变压器测量控制设备5，变压器温度管理单元6，变压器温度远方显示单元7。

被测量变压器具体数据：

产品型号：SSZ10-50000/110

额定容量：50MVA

额定电流：262A

冷却方式：ONAN

出厂报告额定损耗下顶层油温的稳态温升数据：55K

额定电流下热点温度对顶层油温的梯度数据：10K

变压器油面温度传感器1，放置在变压器顶部温度传感器安装槽位内，用来测量变压器油面温度。传感器采用Pt100温度传感器，输出随温度变化的电阻信号，输出信号通过三线制接线连接到变压器温度管理单元6。

变压器环境温度传感器2，放置于变压器附近，与变压器同一空间，避免阳光直晒、远离其他热源，用来测量变压器运行环境温度。传感器采用Pt100温度传感器，输出随温度变化的电阻信号，输出信号通过三线制接线连接到变压器温度管理单元6。

变压器冷却方式为ONAN，未配置冷却器或冷却器用风扇，因此不布置变压器冷却系统运行情况传感器3。

变压器温度管理单元6，接收变压器油面温度传感器1传送的Pt100电阻值，并计算得到变压器油面温度数据。变压器温度管理单元6，接收变压器环境温度传感器2传送的Pt100电阻值，并计算得到变压器运行环境温度数据。

变电站自动化系统变压器测量控制设备5，实时采集、计算得到变压器各侧负荷电流数据。

变电站自动化系统变压器测量控制设备5，将变压器负荷电流数据，传送给变压器温度管理单元6。被测量变压器为三相两绕组变压器，传送的电流数据为高压侧三相电流。三相电流分别为190A、190A、190A。变电站自动化系统变压器测量控制设备5与变压器温度管理单元6之间数据传输采用数据通信，遵循IEC61850规约。

变压器温度管理单元6，计算方法采用《GB 1094.2-2013电力变压器第2部分：油浸式变压器的温升》、《GB 1094.7-2008电力变压器第7部分：油浸式电力变压器负载导则》推荐的油浸式变压器油面温度和绕组温度计算方法。详见实施例一。

本实施例中，变压器为自冷变压器，根据变压器的型号和参数，变压器温度管理单元6整定计算参数如下：

K₁₁＝0.5

K₂₁＝2

K₂₂＝2

τ₀＝210

τ_w＝10

Δθ_0r＝55

Δθ_hr＝10

R＝6

x＝0.8

y＝1.3

变压器温度管理单元6，取变压器高压侧负荷电流数据中最大值190A用于计算。

变压器温度管理单元6，设定变压器油面温度测量数据与变压器油面温度理论计算数据偏差值。变压器油面温度测量数据与变压器油面温度理论计算数据的差值如果超过设定的偏差值，则判断变压器油面温度传感器1传送的Pt100电阻值异常，否则认为数据有效。变压器温度管理单元6根据设定的计算参数、自身采集的变压器油面温度、变压器运行环境温度和从变电站自动化系统变压器测量控制设备5获得的变压器负荷电流数据，计算得到变压器绕组温度。

根据变压器的冷却方式，变压器为自冷变压器，不配置冷却器和冷却用风扇，因此变压器温度管理单元6计算时不使用变压器冷却设备运行状态数据。

变压器温度管理单元6，计算得到变压器油面温度和变压器绕组温度，传送给变压器温度远方显示单元7和变压器温度就地显示单元4。

变压器温度就地显示单元4，布置在变压器器身上，采用具备485通信功能的数字显示温度仪表，仪表具有两排数码管，同时显示变压器油面温度和变压器绕组温度。变压器温度管理单元6与变压器温度就地显示单元4之间数据传输采用485通信规约。

变压器温度远方显示单元7，整合在变电站监控工作站中。变压器温度管理单元6与变压器温度远方显示单元7间数据传输采用数据通信，遵循IEC61850规约。

Claims (4)

1.一种变压器温度测量方法，其特征在于包含如下步骤：

①通过油面温度传感器获得变压器油面温度；

②通过运行环境温度传感器获得变压器运行环境温度；

③通过变压器冷却系统运行情况传感器获得变压器冷却系统的运行情况，并调整计算参数；

④通过数据通信的方式，获得变压器负荷电流数值；

⑤校核变压器油面温度数据的有效性；

⑥计算得到变压器绕组温度数值；

⑦用数据通信的方式同时向变压器温度远方显示单元和变压器温度就地显示单元传输变压器油面温度和绕组温度的数值；所述的获得变压器负荷电流数值，对于单相两绕组变压器而言，需要获得高压侧单相负荷电流数据；对于单相三绕组变压器而言，需要获得高、中压侧单相负荷电流数据；对于三相两绕组变压器而言，需要获得高压侧三相负荷电流数据；对于三相三绕组变压器而言，需要获得高、中压侧三相电流数据；

计算过程中使用负荷电流遵循以下原则；单相两绕组变压器，使用高压侧单相负荷电流数据；单相三绕组变压器，首先使用高压侧单相负荷电流数据，如果高压侧负荷电流数据为零、中压侧负荷电流数据不为零，则使用中压侧单相负荷电流数据；三相两绕组变压器，使用高压侧三相负荷电流数据中最大值；对于三相三绕组变压器而言，首先使用高压侧三相负荷电流数据中最大值，如果高压侧三相负荷电流数据为零、中压侧负荷电流数据不为零，则使用中压侧三相负荷电流数据中最大值；对于单相三绕组变压器和三相三绕组变压器，高压侧负荷电流数据为零、中压侧负荷电流数据不为零，认为是变压器处于中、低压两绕组方式运行。

2.根据权利要求1所述的一种变压器温度测量方法，其特征在于：所述的通过变压器冷却系统运行情况传感器获得变压器冷却系统的运行情况，并调整计算参数；对于带有冷却系统的变压器，冷却设备投入的数量与变压器的额定容量有关系，需要根据冷却设备投入数量来调整变压器的额定容量用于后续计算；对于风冷变压器，当冷却用风扇全部停止运行后，其实质上就是自冷变压器，当风冷变压器处于自冷运行状态时，不仅变压器的额定容量会变化，在计算变压器绕组温度的过程中相应的参数也需要调整。

3.根据权利要求1所述的一种变压器温度测量方法，其特征在于：所述的校核变压器油面温度数据的有效性，是指利用变压器出厂试验数据、变压器负荷电流、变压器运行环境温度，计算判断所采集的变压器油面温度是否为异常数据。

4.根据权利要求1所述的一种变压器温度测量方法，其特征在于：所述的计算得到变压器绕组温度数值，是指基于采集和预先设定的数据，使用任何证明实际有效的方法，计算获得变压器绕组温度数值。

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