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      如何设计制造变压器用温控器校准检定装置

      日期:2021-09-30 浏览:
      2019年度申请的项目编号为JC2019005的南通市指令性科技项目《变压器用温控器自动校准装置研制》,是为了研制一台自动校准装置来规范变压器用温控器的所有校准项目,即:指示示值误差和回差、远传示值误差和回差、动作温度差和通断温度差。变压器用温控器包含变压器用油面温控器和变压器用绕组温控器两类。
       
      变压器用油面温控器主要是用于测量和控制大型电力变压器的油温,可分别用于变压器冷却系统的启动、关闭和信号报警,同时能将温度信号远传至控制中心实时监测变压器油温。变压器用绕组温控器用于测量电力变压器绕组最热点温度,绕组温度的高低对于变压器绝缘体寿命长短起到了决定性的作用,尤其是在绕组自身的温度超过绝缘体所能够承受的温度范围后,变压器便会由于温度过高因素而无法正常运作。变压器用温控器有两个感温元件:一个是由弹性元件、毛细管、温包和微动开关组成的压力式温度计,数值体现在指针温度计表盘上;另一个是安装在温包中的Pt100热电阻传感器,经过温度变送器后远传到数百米外的控制室,电力工作者日常都是从显示屏中观察和记录变压器的油面和绕组温度,因此对于远方显示示值误差的校准尤其重要。
       
      变压器用油面温控器和变压器用绕组温控器的行业标准是国家发展和改革委员会在2016年发布的,但目前对于变压器用温控器的检定或者校准国家并没有颁布检定规程或者仪器校准规范。
       
      技术难点一:研制一款升降温速率可调且不大于1℃/min的恒温液槽。液体恒温槽的升降温速率可控需要通过对加热和制冷系统的精密控制达到,温控界面需要可提供软件编程嵌入。编程设置升降温速率且在温度开关校准点±10℃进入恒定速率升降温,在升降温过程中要保证恒温液槽有效工作区域内的均匀性;通过软件编程还可以分别选择设置示值误差校准点和温度开关校准点;这款独立使用的恒温液槽程序可以通过协议通讯和电脑主机相联实现电脑主控。恒温槽升温速率控制刚开始有两个设计方案:均速更改设定值和控制输出功率。经过多次试验测定升温速率,最终选择控制输出功率的方式来调节升温速率会更稳定。恒温槽的降温通过工作腔、搅拌腔和储液腔三腔循环,采用耐高温输油泵冷热介质快速交换实现高温快降功能。降温速率可控通过压缩机制冷配合储液腔输出量的配比实现,最终本设备的升温速率可控范围在(0.1~3)℃/min,降温速率可控范围在(0.1~2)℃/min,实物见图1。
       图 1 智能恒温槽
      图 1 智能恒温槽
      技术难点二:研制图像识别系统能准确抓取变压器用温控器的温度值,从而达到指针温度计示值误差的自动仪器校准功能。摄像头的选择能清晰准确地提取到表盘指示的温度值,主要针对不同形状、线性度较差的表盘如何准确实现图像识别,从图像再进行软件编程转化为数值。图像识别根据仪表特征与几何特性,应用连通域分析、图像阈值分割、最小二乘法等方法分别实现仪表表盘圆心定位、指针分割和细化、分割表盘的数字和刻度,并使用基于深度学习的卷积神经网络LeNet-5对其进行自动识别,结合刻度线的统计,计算出分度值。通过将扇面的刻度线范围转化为矩形识别,根据指针位置最终识别出仪表的读数。
       
      技术难点三:实现指示示值误差和回差、远传示值误差和回差、动作温度差和通断温度差的全校准项目的检测。温度信号扫描开关连接二等铂电阻温度计和变压器用温控器的热电阻传感器,不断扫描热电阻信号。[2]数字多用表测量温度信号扫描开关,采集到的电阻值通过RS232串口通讯连接到电脑主机,从而计算出远方显示示值误差。过程信号扫描开关不断扫描接点动作信号,发生动作时记录二等铂电阻温度计的电阻值,实现动作温度差和通断温度差的自动仪器校准工作。计算机编程将采集到的二等铂电阻温度计和工业热电阻的电阻值转换为温度值,从而实现远方显示示值误差、动作温度差和通断温度差的校准。
       
      2021年完成的变压器用温控器自动校准装置主要由电脑主控系统、智能恒温槽、标准铂电阻温度计、图像识别系统等组成,具有自动完成仪器校准工作、采集数据分析处理、自动生成原始记录等功能,系统组成见图2。
      图 2 变压器用温控器自动校准装置组成图 
      图 2 变压器用温控器自动校准装置组成图
      整个装置的完成希望能帮助规范计量行业变压器用温控器的校准工作,从而保障变压器使用过程中的安全性,保障人民群众的电力需求得到持续供应。
       
      温度计量检测工作讲求的是“稳定”,被检温度和标准温度示值稳定后才进行读数,这时的数值才准确可靠,因此温度计量的时间成本高、工作效率低。装置配套的图像识别和软件还可扩展至数字温度计、双金属温度计、压力式温度计、温度开关、工业用热电阻的自动检定校准工作,可以大幅度提高工作效率,节省检定人员的机械劳动力。

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