干式变压器温度监测方式和传感器有哪些

干式变压器的安全运行和使用寿命，与其绝缘材料的健康状况直接相关，而温度是影响绝缘材料老化速度的最关键因素。因此，精确、可靠的温度监测是干式变压器保护系统的核心。与依赖变压器油进行绝缘和冷却的油浸式变压器不同，干式变压器主要依靠空气（自然对流或强迫风冷）和固体绝缘材料（如环氧树脂、绝缘纸等），这使其对内部热点的监测要求更为严格。

以下是干式变压器温度监测的所有主要方式，从核心到辅助，从内部到外部的详细介绍：

方式一：嵌入式绕组温度直接测量

这是最核心、最主要的监测方式。传感器在变压器制造过程中被直接预埋到绕组中或紧贴绕组表面，以最直接地反映绕组这个最热部件的实际温度。

1. 铂电阻温度传感器 (Pt100/Pt1000)

这是目前干式变压器中最普遍、最标准、应用最广泛的测温方式。

• 部署位置：在变压器制造时，将铂电阻感温元件（通常是三只，对应A、B、C三相绕组）预埋进三相低压绕组的上半部分靠近出线端的位置。这个区域通常是绕组散热最差、温度最高的热点区域。传感器被牢固地固定在绕组线圈的缝隙中，并与绕组一同进行环氧树脂浇注或VPI真空压力浸漆，成为变压器本体的一个永久组成部分。

• 工作原理：利用纯铂金丝的电阻值会随着温度变化而发生精确、线性变化的物理特性。Pt100指的是在0℃时，其电阻值为100.00欧姆。温度控制器通过专用的屏蔽电缆向铂电阻传感器施加一个极小的、恒定的测量电流，然后精确测量传感器两端的电压。根据欧姆定律（电阻=电压/电流），可以计算出传感器当前的电阻值。由于铂电阻的电阻值与温度之间存在国际公认的标准对应关系（ITS-90温标），控制器查表即可将电阻值精确换算成当前的温度值。

• 系统组成：

  • 感温元件：预埋在绕组中的Pt100铂电阻。

  • 连接导线：从传感器引出，耐高温且带有屏蔽层的专用导线，以防止电磁干扰。

  • 温度控制器：接收并处理传感器信号的核心设备。

• 功能与特点：

  • 高精度：测量准确，线性度好。

  • 稳定性好：长期运行性能稳定，漂移小。

  • 标准化：Pt100是国际通用标准，互换性好。

  • 局限性：属于单点测量，其读数的准确性高度依赖于制造时预埋位置是否精确对准了实际热点。

2. 光纤温度传感器

这是一种更先进但成本也更高的方式，主要用于高电压等级、大容量或有特殊要求的干式变压器。

• 部署位置：光纤传感器体积小，可以更灵活地放置在变压器内部。可以直接粘贴在高压绕组的表面，甚至可以埋入高压绕组内部，这是传统金属传感器（如Pt100）由于绝缘问题而无法做到的。

• 工作原理：光纤测温技术有多种实现原理，常见于变压器应用的有：

  • 荧光光纤测温：在光纤的末端涂有一小块特殊的稀土荧光材料。测温主机通过光纤向其发射一束特定波长的激励光，荧光材料吸收能量后会发出荧光。当激励光停止后，荧光的衰减时间（寿命）与温度有精确的对应关系。主机通过测量这个衰减时间来计算出温度。

• 系统组成：

  • 光纤传感器探头：带有感温材料或光栅的光纤。

  • 光纤解调仪（测温主机）：负责发射和接收光信号，并进行计算和显示。

  • 连接光纤：用于连接探头和主机。

• 功能与特点：

  • 本质安全：完全的电绝缘体，不受任何电磁干扰（EMI/RFI）影响，可以安全地直接接触高压部件。

  • 测量精准：精度高，响应速度快。

  • 多点测量：光纤测温技术可实现变压器不同热点温度的同时监测，能更全面地捕捉热点分布。

方式二：非接触式外部表面温度测量

这种方式不进入变压器内部，而是通过检测其外表面温度来进行辅助监测和巡检。

3. 红外热成像检测

这是一种非常有效的巡检和诊断工具，但不作为主要的实时保护手段。

• 部署位置：操作人员手持红外热像仪，或在变压器室安装固定的红外热像仪，对准变压器的绕组表面、铁芯、接线端子、套管等部位进行扫描。

• 工作原理：任何温度高于绝对零度的物体都会向外辐射红外线。物体的温度越高，其辐射出的红外能量就越强。红外热像仪通过其内部的红外探测器（焦平面阵列）接收物体表面发出的红外辐射，并将其转换成电信号。经过处理后，系统以伪彩色的方式生成一幅“热图”，图像上不同的颜色代表不同的温度，使人眼可以直观地看到物体表面的温度分布。

• 系统组成：手持式或固定式红外热像仪。

• 功能与特点：

  • 非接触式：无需停电，可在变压器运行时进行检测，非常安全。

  • 全面直观：提供的是一个“温度面”的图像，而非“温度点”的数据，能快速发现局部过热缺陷，尤其对于检查接线端子是否松动、接触不良等问题非常有效。

  • 表面测温：其测量的仅仅是变压器绕组或铁芯的表面温度，无法反映内部绕组的最高温度，其读数会比实际绕组内部热点温度低很多。

  • 辅助诊断：主要用于定期巡检和预防性维护，发现潜在问题，而不是用于实时控制和保护。

方式三：其他关键部件及环境温度监测

除了监测最核心的绕组温度，对铁芯和环境温度的监测也十分重要。

4. 铁芯温度监测

• 部署位置：通常在铁芯的轭部（上铁轭）或夹件上安装一个温度传感器（可以是Pt100或热电偶）。

• 工作原理：与绕组测温原理相同，用于测量铁芯的温度。

• 功能与特点：铁芯温度异常升高可能意味着铁芯存在多点接地、硅钢片间绝缘损坏导致涡流过大等故障。监测铁芯温度可以为这些特定故障提供报警和诊断依据。

5. 环境温度监测

• 部署位置：在变压器所在的房间或柜体内，选择一个能代表周围冷却空气温度、且不受变压器直接热辐射影响的位置，安装温度传感器。

• 工作原理：测量冷却介质（空气）的温度。

• 功能与特点：环境温度是计算变压器温升的基准。过高的环境温度会大大降低变压器的散热能力，从而限制其负载能力。监测环境温度可用于控制变压器室的通风系统，或在环境温度过高时发出预警。

总结与系统集成：温控系统

上述所有传感器都只是“眼睛”，它们看到的数据最终都需要汇集到一个“大脑”中进行处理，这个“大脑”就是 干式变压器温度控制器。

一台完整的干式变压器温控器，通常是以上述多种方式组合而成的，并通过一个智能温控器实现以下核心功能：

1. 三相温度巡检与显示：自动轮流显示A、B、C三相绕组的实时温度，并可手动切换查看最高相温度。

2. 风机自动控制：当任意一相绕组温度达到预设的“风机启动”值时，控制器会自动闭合继电器触点，启动冷却风机进行强制风冷；当温度下降到“风机停止”值后，自动关闭风机，节能降噪。

3. 超温报警：当任意一相绕组温度达到预设的“报警”值时，控制器会发出声光报警信号，提醒运行人员关注。

4. 超温跳闸：当任意一相绕组温度达到预设的“跳闸”值（这是保护绝缘的最后防线）时，控制器会输出一组无源的跳闸触点信号，送至变压器的高压侧开关，使其跳闸，切断变压器电源，实现最终保护。

5. 传感器故障检测：控制器能自动检测传感器是否存在断路或短路故障，并发出故障报警。

6. 数据远传：现代温控器通常具备RS485等通信接口，支持Modbus等标准协议，可将所有温度数据和设备状态远传至后台监控系统（SCADA）。