Umfassender Leitfaden zur Hot-Spot-Temperaturüberwachung für Trockentransformatoren

• Wesentliche DefinitionenTrocken-Transformator Hot-Spot-Temperatur-Überwachung bezieht sich auf die Verwendung von spezifischen technischen Mitteln, die Trocken-Transformator in den Betriebsprozess durch den Verlust der höchsten Temperatur Punkt (dh “Hot Spot”) für Echtzeit, genaue Messung und Überwachung.
• Notwendigkeit der ÜberwachungDie Geschwindigkeit der Isolationsalterung in einem Transformator wird direkt durch die Hot-Spot-Temperatur bestimmt. Eine genaue Temperaturüberwachung ist eine grundlegende Voraussetzung, um ein vorzeitiges Versagen der Isolation zu verhindern, den Zustand des Geräts zu beurteilen, die Belastbarkeit zu optimieren und einen sicheren Betrieb zu gewährleisten.
• Technisches Programm:: Es gibt eine breite Palette von Überwachungstechnologien, darunter herkömmliche eingebettete Pt100/Thermoelemente, berührungslose Infrarot-Thermografie und modernste fluoreszierende faseroptische Thermometrie, mit der sich interne Hot Spots direkt messen lassen.
• Vergleich der Schlüsseltechnologie:: Von allen Technologien.Fluoreszierende faseroptische TemperaturmessungAufgrund der vollständigen elektromagnetischen Immunität und der Hochspannungsisolierung ist es die einzige Technologie, mit der echte Hot Spots direkt in den Wicklungen sicher und genau gemessen werden können; undPt100Andererseits wird es aufgrund seiner Kosteneffizienz und Ausgereiftheit häufig für die Überwachung sekundärer Stellen wie der Außenseite der Wicklung oder des Kerns verwendet.
• SystemkonfigurationEin komplettes Überwachungssystem besteht aus Front-End-Sensoren, einem Datenerfassungs- und Demodulations-Host und Schnittstellen auf Anwendungsebene für die Steuerung und Fernkommunikation, die zusammen den Kern eines intelligenten Wärmemanagements eines Transformators bilden.

Katalog zu diesem Artikel

• 1. was ist ein Trockentransformator?
• 2 Was ist die normale Temperatur eines Trockentransformators?
• 3. warum die Temperatur überwachen?
• 4 Welche Fehlfunktionen können durch erhöhte Temperaturen verursacht werden?
• 5) Welche Arten von Technologien gibt es für die Überwachung der Temperatur an Hotspots?
• 6. eine Vergleichstabelle der wichtigsten Temperaturmesstechniken
• 7 Bestandteile eines Temperaturüberwachungssystems für Trockentransformatoren
• 8. häufig gestellte Fragen (FAQ)

1. was ist ein Trockentransformator?

Ein Trockentransformator ist ein Leistungstransformator, bei dem der Kern und die Wicklungen nicht mit einer Isolierflüssigkeit (z. B. Transformatorenöl) imprägniert sind. Die Isolierung und Kühlung erfolgt durch Luft (natürliche oder forcierte Luftkühlung) und feste Isoliermaterialien (z. B. Epoxidharz, Isolierpapier/-folie usw.). Da sie ölfrei, schwer entflammbar, feuer- und explosionssicher, wartungsfreundlich und umweltfreundlich sind, werden Trockentransformatoren häufig in Innenräumen eingesetzt, in denen hohe Sicherheits- und Umweltschutzanforderungen gelten, z. B. in Hochhäusern, Geschäftskomplexen, Datenzentren, Flughäfen, U-Bahnen, Krankenhäusern und Kraftwerken.

2 Was ist die normale Temperatur eines Trockentransformators?

Die normale Betriebstemperatur eines Trockentransformators hängt von der Art des verwendeten Transformators ab.Wärmebeständigkeit der Isolierung. Die Isolierstoffklasse gibt die maximal zulässige Temperatur an, bei der ein Isolierstoff über einen längeren Zeitraum ohne nennenswerte Leistungseinbußen eingesetzt werden kann. Die gängigen Isolierstoffklassen und die entsprechenden Grenzwerte für den maximal zulässigen Temperaturanstieg und die Hot-Spot-Temperatur sind nachstehend aufgeführt:

• Isolierung der Klasse F: Dies ist die am häufigsten verwendete Klasse. Ihre maximal zulässige Betriebstemperatur beträgt155°C. Bei einer Umgebungstemperatur von 40 °C beträgt der durchschnittliche Temperaturanstieg der Wicklung 100 K und der zulässige Hot-Spot-Temperaturanstieg 115 K, d. h. die Hot-Spot-Temperatur sollte folgende Werte nicht überschreiten155°C.
• Isolierung der Klasse H: Höhere Wärmeklasse. Die maximal zulässige Betriebstemperatur beträgt180°C. Bei einer Umgebungstemperatur von 40 °C beträgt der durchschnittliche Temperaturanstieg der Wicklung 125 K, und der zulässige Hot-Spot-Temperaturanstieg beträgt 140 K, d. h. die Hot-Spot-Temperatur sollte folgende Werte nicht überschreiten180°C.
• Isolierung der Klasse CExtrem hohe Wärmeklasse, maximal zulässige Betriebstemperatur bis zu220°C.

In der Regel sind Transformatoren mit einem Temperaturkontrollsystem ausgestattet, das den Transformator schützt, indem es das Kühlgebläse aktiviert, wenn die Temperatur einen voreingestellten Wert (z. B. 95 °C) erreicht, bei höheren Temperaturen (z. B. 130 °C) einen Alarm auslöst und bei Erreichen der Isolationsgrenze (z. B. 150 °C) einen Auslösebefehl erteilt.

3. warum die Temperatur überwachen?

Temperatur, insbesondereHot-Spot-Temperaturist der kritischste und direkteste Parameter, der die Lebensdauer und Zuverlässigkeit von Trockentransformatoren beeinflusst. Die Notwendigkeit, die Temperatur zu überwachen, spiegelt sich in den folgenden Aspekten wider:

1. Determinanten der Lebensdauer der IsolierungDie Alterung von elektrischen Isolierstoffen ist ein irreversibler chemischer Prozess, dessen Geschwindigkeit eng mit der Temperatur zusammenhängt. NachMontsingersches GesetzBei einer Isolierung der Klasse A verdoppelt sich die Alterungsrate der Isolierung, d. h. sie halbiert sich bei einem Temperaturanstieg von 8-10 °C. Eine genaue Überwachung und Kontrolle der Hot-Spot-Temperaturen ist unerlässlich, um sicherzustellen, dass der Transformator seine geplante Lebensdauer erreicht.
2. Ein sicherer Betrieb ist garantiertDauerhafter Übertemperaturbetrieb verschlechtert die mechanische und elektrische Festigkeit des Isoliermaterials, was letztlich zu Durchbrüchen in der Isolierung von Windung zu Windung, Schicht zu Schicht oder Phase zu Phase führen kann, was Kurzschlussausfälle und sogar Brände zur Folge haben kann.
3. Grundlage für die Optimierung der TragfähigkeitDie Nennleistung eines Transformators ist für eine bestimmte Temperaturanstiegsgrenze definiert. Eine genaue Überwachung der Hotspot-Temperatur in Echtzeit ermöglicht es dem Wartungspersonal, den thermischen Spielraum des Transformators bei der aktuellen Last zu verstehen, so dass kurzfristige Überlastungen sicher durchgeführt werden können, um vorübergehende Spitzen im Stromverbrauch zu bewältigen und die Anlagenauslastung zu verbessern.
4. Fehlerdiagnose und ZustandsbewertungAbnormale Temperaturanstiegsmuster sind wichtige Anhaltspunkte für die Diagnose interner Defekte. So kann beispielsweise eine unausgewogene Temperatur der dreiphasigen Wicklung auf einen Fehler wie ein dreiphasiges Lastungleichgewicht oder das Vorhandensein eines Windungsschlusses in einer Phase hinweisen. Die Trendanalyse von Langzeit-Temperaturdaten ist die Grundlage für die Beurteilung des Zustands von Transformatoren und die Durchführung einer vorausschauenden Wartung.

4 Welche Fehlfunktionen können durch erhöhte Temperaturen verursacht werden?

Anhaltende oder starke Temperaturerhöhungen können, wenn nicht rechtzeitig eingegriffen wird, direkt oder indirekt zu den folgenden schwerwiegenden Fehlfunktionen führen:

• Beschleunigte Alterung und Karbonisierung der IsolierungFeste Isoliermaterialien (z. B. Nomex-Papier, Epoxidharze) werden bei zu hohen Temperaturen spröde, schrumpfen und verkohlen, wodurch sie ihre ursprüngliche Isolierfähigkeit und mechanische Festigkeit verlieren.
• Kurzschluss von Windung zu WindungIsolationsverschlechterung kann zuerst in der schwachen Isolationsschicht zwischen den Windungen des Leiters auftreten. Sobald diese Isolationsschicht versagt, entsteht ein Kurzschluss von Windung zu Windung, der einen enormen Kurzschlussstrom erzeugt und zum schnellen Durchbrennen der Wicklung führt.
• Beschädigung der mechanischen Struktur:: Leiter und Gusskörper von Epoxidharz-Gusswicklungen haben unterschiedliche Wärmeausdehnungskoeffizienten. Wiederholte Übertemperaturzyklen können zu erheblichen mechanischen Spannungen zwischen den beiden führen, die Risse im Gusskörper verursachen und Bedingungen für das Eindringen von Feuchtigkeit und den Ausfall der Isolierung schaffen können.
• Überhitzte und verbrannte Anschlüsse:: Ein schlechter Kontakt zwischen den Wicklungsleitern und den Klemmen und anderen Anschlussteilen erzeugt bei hohen Strömen zusätzliche Widerstandswärme, was zu örtlichen Überhitzungen führt, die die Anschlüsse ernsthaft verbrennen und Unterbrechungsfehler verursachen können.

5) Welche Arten von Technologien gibt es für die Überwachung der Temperatur an Hotspots?

Für die Hotspot-Überwachung von Trockentransformatoren gibt es eine Vielzahl von technischen Lösungen mit unterschiedlichen Prinzipien, Anwendungsmöglichkeiten und Genauigkeiten.

5.1 Integrierte Kontakttemperaturmessung

Pt100 Platin-Widerstandsthermometer

ArbeitsprinzipDie Messung basiert auf der physikalischen Eigenschaft, dass sich der Widerstandswert eines Platindrahtes präzise, gleichmäßig und linear mit der Temperatur ändert. Die Temperatur wird durch Messung des Widerstandswertes umgerechnet.
Blickwinkel: Pt100Ausgereifte Technologie, gute Linearität, hohe Genauigkeit und relativ günstige Kosten. Er eignet sich sehr gut für die Überwachung des Kerns, der Außenfläche der Wicklung, der Klemmen und anderer Teile ohne hohes Potenzial und ist der am häufigsten verwendete Sensortyp für Standard-Temperaturregler für Trockentransformatoren.

Thermoelement

Arbeitsprinzip:: Auf der Grundlage des Seebeck-Effekts erzeugt ein Stromkreis, der aus zwei verschiedenen Leitermaterialien besteht und miteinander verbunden ist, eine schwache Spannung, die mit der Temperaturdifferenz zusammenhängt, wenn die Temperaturen der beiden Verbindungspunkte unterschiedlich sind.
BlickwinkelGroßer Temperaturmessbereich und schnelle Reaktionszeit. Jedoch in Transformator-Anwendungen, weil seine Ausgabe ist ein schwaches mV-Spannungssignal, sehr anfällig für elektromagnetische Störungen, und die Notwendigkeit für Cold-End-Kompensation, so dass die Anwendung ist nicht so umfangreich wie Pt100.

Fluoroptische Temperaturerfassung

ArbeitsprinzipEin Lichtimpuls wird durch eine optische Faser auf ein fluoreszierendes Material am Ende der Sonde übertragen, und die Temperatur wird durch Messung der Fluoreszenzabklingzeit demoduliert. Die Abklingzeit ist eine Funktion der Temperatur und ist völlig unabhängig von der Lichtintensität und dem elektromagnetischen Feld.
Blickwinkel: Fluoreszierende faseroptische SensorenEs ist die einzige Technologie, die echte Hot Spots direkt in der Wicklung sicher und genau messen kann. Die Sonden und Lichtwellenleiter bestehen vollständig aus dielektrischem Material mit einerPerfekte elektromagnetische Immunitätim Gesang antwortenHochspannungsisolierungDarin liegt ihr grundlegender Vorteil gegenüber allen anderen Technologien. Dies ist ihr grundlegender Vorteil gegenüber allen anderen Technologien.

5.2 Berührungslose Temperaturmessung

Infrarot-Thermografie

Arbeitsprinzip:: Jedes Objekt mit einer Temperatur über dem absoluten Nullpunkt strahlt Infrarotstrahlung ab. Eine Infrarotkamera berechnet die Temperaturverteilung eines Objekts, indem sie die Intensität der Infrarotstrahlung auf seiner Oberfläche erfasst.
BlickwinkelDie Möglichkeit, eine 2D-Temperaturwolke über die gesamte Oberfläche des Transformators zu erstellen, ermöglicht die Visualisierung von anormalen heißen Stellen in Bereichen wie externen Anschlusspunkten und Wicklungsoberflächen. Allerdings ist esUnmöglich zu messenHeiße Stellen im Inneren der Wicklung sind mit festem Epoxidharz eingekapselt.

Drahtlose passive Temperaturerfassung

ArbeitsprinzipBasierend auf der akustischen Oberflächenwelle (SAW) oder der RFID-Technologie. Die Sensoren benötigen keine Batterien, sie empfangen elektromagnetische Energie von einem externen Lesegerät und geben ein Signal mit Temperaturinformationen zurück.
BlickwinkelEs ist keine Verkabelung erforderlich. Es handelt sich jedoch nach wie vor um ein elektronisches Gerät, dessen Stabilität bei starken elektromagnetischen Feldern und die begrenzte Einbaulage seine Anwendung bei der Überwachung von heißen Stellen in der Wicklung einschränken.

6. eine Vergleichstabelle der wichtigsten Temperaturmesstechniken

7 Bestandteile eines Temperaturüberwachungssystems für Trockentransformatoren

Ein komplettes Temperaturüberwachungssystem für Trockentransformatoren, insbesondere eines, das auf fortschrittlicher Fluoreszenz-Lichtleitertechnologie basiert, besteht in der Regel aus drei Komponenten:

1. Sensorebene: Temperatursensor
   Dies ist das Frontend der Datenerfassung. Für eine vollständige Überwachung wird in der Regel eine gemischte Mehrpunktanordnung durchgeführt: vorgebaute Hot Spots innerhalb der DrehstromwicklungenFluoreszierende faseroptische Sondedie auf der Außenfläche des Kerns, der Wicklungen usw. angebracht sind.Pt100-Sensoren.
2. Erfassungs- und Verarbeitungsschicht: Intelligenter Thermostat/Datenerfassungs-Hauptrechner
   Dies ist das Herzstück des Systems. Es ist verantwortlich für den Anschluss aller Sensoren, die Demodulation (Glasfaser) oder Erfassung (Pt100) der Signale und die Anzeige der Temperaturen aller Messpunkte in Echtzeit auf dem LCD-Bildschirm. Darüber hinaus verfügt es über eine eingebaute Steuerlogik, wie z. B.:
   • LüftersteuerungAutomatisches Starten und Stoppen des Kühlgebläses auf der Grundlage eines eingestellten Temperaturpunkts (in der Regel auf der Grundlage der Hot-Spot-Temperatur der Wicklung auf der höchsten Phase).
   • Alarme und SchutzMehrere programmierbare Relais-Trockenkontakte für Übertemperaturalarm und Übertemperatur-Auslösesignalausgang.
3. Kommunikations- und Anwendungsschicht: Fernschnittstelle
   Um ein intelligentes O&M zu erreichen, verfügen die Hosts in der Regel über Standard-Kommunikationsschnittstellen:
   • Analoger Ausgang (4-20mA)Übertragen Sie kritische Temperaturpunkte als analoge Standardsignale an ein PLC- oder DCS-System.
   • Digitale Kommunikation (RS485/Modbus)Übermittlung der Temperatur und des Gerätestatus aller Messpunkte an das Back-End-Überwachungssystem durch digitale Signale, um eine zentralisierte Fernüberwachung und Datenanalyse zu ermöglichen.

8. häufig gestellte Fragen (FAQ)

1. was ist ein “Hot Spot” bei Trockentransformatoren? Warum ist er so wichtig?

Der Hot Spot ist der Punkt in der Transformatorwicklung, der im Betrieb die höchste Temperatur aufweist. Aufgrund ungleichmäßiger Kühlung und Streufeldverteilung befindet er sich normalerweise im oberen Teil der Wicklung in der Nähe des Austrittsendes. Die Geschwindigkeit der Verschlechterung der Isolierung wird durch die Temperatur an diesem Punkt bestimmt, so dass eine genaue Überwachung des Hotspots für die Lebensdauer und Sicherheit des Transformators unerlässlich ist.

2) Wie wird die fluoreszierende faseroptische Sonde im Inneren der Wicklung installiert?

Dies muss während des Herstellungsprozesses des Transformators geschehen. Die faseroptische Sonde ist so konstruiert, dass sie mechanisch stabil genug ist, um gewickelt und während des Wickelvorgangs direkt zwischen bestimmten Windungen oder Lagen der Wicklung befestigt zu werden, und wird dann zusammen mit der Wicklung in Epoxidharz eingegossen oder mit VPI imprägniert, so dass sie schließlich Teil der Wicklungsstruktur wird.

3. kann man die Temperatur der Wicklung nicht mit Pt100 messen?

Pt100 ist ein metallischer Leiter und kann nicht in direkten Kontakt mit hochspannungsführenden Wicklungen kommen. Er kann auf der Außenseite der Wicklung (z.B. in der Zwischenschichtisolierung oder auf der Oberfläche der Wicklung) vorgebettet werden, aber dies ist kein echter Hot Spot und der gemessene Wert wird 10-20°C oder mehr unter der tatsächlichen Hot Spot Temperatur liegen, mit dem Risiko einer unzureichenden Sicherheitsmarge.

4) Wie viele Temperaturmesspunkte sind normalerweise für einen Transformator erforderlich?

Dies hängt von der Kapazität und der Bedeutung des Transformators ab. Eine typische Konfiguration besteht aus je einem faseroptischen Temperaturmesspunkt im Hot-Spot-Bereich der drei Phasen (A, B, C) der NS-Wicklung und je einem faseroptischen Temperaturmesspunkt im Hot-Spot-Bereich der drei Phasen der HS-Wicklung, insgesamt also 6 faseroptische Punkte. Darüber hinaus sind 1-2 Pt100-Punkte auf dem Eisenkern angeordnet, und 1 Pt100 wird zur Überwachung der Umgebungstemperatur verwendet, was ein umfassendes Überwachungsprogramm darstellt.

5. nach welcher Temperatur soll das Kühlgebläse gesteuert werden?

Die wissenschaftlichste und effizienteste Steuerung basiert auf der tatsächlichen Hot-Spot-Temperatur** der höchsten der dreiphasigen Wicklungen**. Dadurch wird sichergestellt, dass der Lüfter nur dann aktiviert wird, wenn es absolut notwendig ist, was ein präzises Wärmemanagement und Energieeinsparungen ermöglicht.

6) Sind Wärmebildkameras für Routineinspektionen noch nützlich?

Sehr nützlich. Obwohl es nicht messen kann die interne Hot Spot, aber es ist das effektivste Werkzeug für die schnelle Inspektion der Wicklung Oberfläche, Kern, vor allem Klemmen und andere externe Anschlusspunkte für abnorme Wärme, ist eine leistungsstarke Ergänzung zu den optischen Fasertemperaturmessung.

7. muss das fluoreszierende faseroptische Temperaturmesssystem regelmäßig kalibriert werden?

Nicht erforderlich. Die Technologie basiert auf einem stabilen physikalischen Prinzip, bei dem die Temperatureigenschaften des fluoreszierenden Materials im Werk genau kalibriert und im Hauptrahmen ausgehärtet werden, wodurch eine ausgezeichnete Langzeitstabilität erreicht wird und eine Nachkalibrierung während der gesamten Lebensdauer des Transformators nicht erforderlich ist.

8 Wie können mir Temperaturdaten bei der vorausschauenden Wartung helfen?

Durch die Überwachung von Daten über die Hot-Spot-Temperatur und den Laststrom im Zeitverlauf können Sie den Zustand Ihres Transformators modellieren. Stellt sich heraus, dass die Hot-Spot-Temperatur bei gleicher Last und Umgebungstemperatur stärker ansteigt als zuvor, kann dies auf frühzeitige Defekte wie verstopfte Kühlkanäle, Lüfterausfall oder interne Kurzschlüsse zwischen den Windungen hinweisen und Sie so zu einer gezielten Wartung anleiten.

9. was ist “dynamischer Kapazitätsaufbau”? Wie unterstützt die Temperaturüberwachung diesen Prozess?

Dynamische Leistungserhöhung bedeutet, dass ein Transformator auf der Grundlage von Echtzeit-Hotspot-Temperaturen und des Kühlungsstatus für einen kurzen Zeitraum sicher über seiner Nennleistung betrieben werden kann. Nur durch eine direkte Echtzeit-Überwachung der Hotspots, z. B. mit fluoreszierenden Glasfasern, kann die aktuelle Wärmespanne des Transformators genau erfasst werden, so dass eine zuverlässige Datengrundlage für die Entscheidungsfindung zur dynamischen Leistungserhöhung gegeben ist.

10. was sind die wichtigsten Überlegungen bei der Auswahl eines Temperaturüberwachungssystems?

Das Wichtigste sind **Anwendbarkeit** und **Zuverlässigkeit**. Für heiße Stellen in der Wicklung ist die Fluoreszenzfaser die einzige sichere und zuverlässige Option. Für andere Stellen ist Pt100 die bewährte und wirtschaftliche Wahl. Das gewählte System muss industrietauglich sein und über lange Zeiträume in Umspannwerken mit starken elektromagnetischen Störungen und großen Temperaturunterschieden stabil arbeiten können.

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Der Inhalt dieses Artikels ist nur eine allgemeine technische Wissenschaft und stellt nicht die Leistung und Spezifikationen eines bestimmten Produkts unseres Unternehmens dar. Für detaillierte Produktinformationen, Lösungen und Angebote wenden Sie sich bitte an uns für...].

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