Online-Überwachung von Trockentransformatoren

Trockentransformatoren werden aufgrund ihres ölfreien Betriebs, ihrer ausgezeichneten Feuerbeständigkeit und ihres geringen Wartungsbedarfs häufig in Hochhäusern, im städtischen Nahverkehr, in Datenzentren und anderen Szenarien mit strengen Anforderungen an die Sicherheit der Stromversorgung eingesetzt. SeineOnline-ÜberwachungstechnologieDurch die Erfassung von Schlüsselparametern in Echtzeit während des Betriebs von Anlagen können verborgene Fehler frühzeitig erkannt und gewarnt werden, um ungeplante Ausfallzeiten zu vermeiden, was das wichtigste technische Mittel ist, um den kontinuierlichen und zuverlässigen Betrieb des Stromnetzes zu gewährleisten. Im Folgenden finden Sie eine umfassende Beschreibung der wichtigsten Parameter und des Zwecks der Überwachung, der wichtigsten Prinzipien der Überwachungstechnologie, der Systemzusammensetzung, des Anwendungswerts, der Entwicklungstrends und der Anwendungsüberlegungen.

I. Wichtigste Überwachungsparameter und Zweck der Überwachung

Fehler in Trockentransformatoren werden meist erzeugt durchUngewöhnlicher Temperaturanstieg, Auftreten von Teilentladungen, Verschlechterung der Isolationseigenschaften, Abweichung der elektrischen ParameterIn diesem Zusammenhang muss eine Online-Überwachung für die folgenden Kernparameter durchgeführt werden, um das Ziel der "Früherkennung, genauen Diagnose und rechtzeitigen Behandlung" zu erreichen:

Überwachung der Parameter	Zentrale Überwachungszwecke	Zugehörige Fehlertypen
Temperatur der Wicklung	Verhindert eine Überhitzung der Wicklung, die zu einer beschleunigten Alterung des Isoliermaterials führt, und vermeidet Windungsschlussfehler.	Überlastung des Geräts, Ausfall des Kühlgebläses, Beschädigung der Wicklungsisolierung von Windung zu Windung
Kerntemperatur	Vermeidung lokaler Überhitzung durch Mehrpunkt-Erdung des Eisenkerns und abnormale Erhöhung des Verlusts von Siliziumstahlblech	Schlechte Kernerdung, lose oder beschädigte Kernbleche
Teilentladung	Identifizierung interner Defekte im Dämmsystem (z. B. Luftspalten, Risse) zur Vermeidung von Dämmungsausfällen	Alterung der Isoliermaterialien, Verschmutzung der Wicklungsoberfläche, Fehler im Herstellungsprozess
Isolationswiderstand / Dielektrischer Verlust	Bewertung der Gesamtleistung des Dämmsystems und Bestimmung des Feuchtigkeits- und Alterungsgrads der Dämmung.	Feuchtigkeit der Isolierung, Kriechfähigkeit der Oberfläche, Verschlechterung der Eigenschaften des Isoliermaterials
Laststrom / Spannung	Überwachung der tatsächlichen Belastung der Geräte und Analyse der Auswirkungen von Stromungleichgewichten auf die Geräte	Dreiphasige Lastunsymmetrie, externer Kurzschlussschock, Überlastbetrieb
Umgebungstemperatur und Luftfeuchtigkeit	Korrigiert die Temperaturüberwachungsdaten (die Umgebungstemperatur wirkt sich direkt auf die Kühleffizienz der Geräte aus), um vor Feuchtigkeit in der Isolierung zu warnen, die durch hohe Luftfeuchtigkeit verursacht wird	Übermäßige Luftfeuchtigkeit in der Umgebung führt zum Kriechen der Isolierung und zur Verschlechterung der Isolierung

II. die wichtigsten Grundsätze der Überwachungstechnologie

Die verschiedenen Überwachungsparameter müssen mit den strukturellen Merkmalen des Trockentransformators (ölfrei, luftgekühlt oder zwangsluftgekühlt) kombiniert werden, um die geeignete Technologie auszuwählen, mit der die Genauigkeit und Stabilität der Überwachungsdaten gewährleistet werden kann; das spezifische technische Prinzip lautet wie folgt

1) Temperaturüberwachung: Kombination von direkter und indirekter Temperaturmessung, wodurch blinde Flecken bei der Temperaturmessung vermieden werden

Die Wicklungen von Trockentransformatoren sind mit Epoxidharz eingekapselt. Die herkömmliche Methode zur Messung der Kontakttemperatur wird durch die Struktur der Kapselung eingeschränkt, so dass eine Kombination aus indirekter Temperaturmessung und direkter Temperaturmessung erforderlich ist:

Der Infrarot-Temperatursensor empfängt die Infrarotenergie, die von der Oberfläche der Wicklung oder dem freiliegenden Teil des Kerns abgestrahlt wird, und berechnet den entsprechenden Temperaturwert nach dem Gesetz der Schwarzkörperstrahlung. Bei der Installation dieser Technologie muss die Struktur des Geräts nicht zerstört werden, sie ist einfach zu bedienen, aber sie ist anfällig für Umweltstaub, Lichtinterferenzen und die Notwendigkeit einer regelmäßigen Reinigung und Wartung der Sensorlinse.

Der Temperaturfühler des faseroptischen Fluoreszenzsensors ist in den Hot-Spot-Bereich innerhalb der Wicklung eingebettet oder eingeklebt, und das Empfangsende des Sensors ist mit dem Temperaturdemodulator verbunden. Im Betrieb sendet der Demodulator das UV-Impuls-Anregungslicht durch den Lichtwellenleiter an die Temperaturmesssonde und regt das fluoreszierende Material in der Sonde zur Fluoreszenz an; nach dem Erlöschen des Anregungslichts wird das Nachleuchten der Fluoreszenz durch den Lichtwellenleiter zurück an den Demodulator übertragen und dann durch das fotoelektrische Wandlerelement in ein elektrisches Signal umgewandelt, woraufhin die Fluoreszenzlebensdauer durch die MCU berechnet und der Temperaturwert entsprechend der entsprechenden Beziehung zwischen der Fluoreszenzlebensdauer und der Temperatur ausgegeben wird. Diese Technologie zeichnet sich durch eine hohe Widerstandsfähigkeit gegenüber elektromagnetischen Störungen (der Lichtwellenleiter besteht nicht aus leitendem Material), eine Temperaturmessgenauigkeit von ± 0,5 ℃ und eine schnelle Ansprechgeschwindigkeit aus.

Erfasst synchron die Betriebsstrom- und Drehzahlsignale des Lüfters des Zwangskühlungssystems (AF) und stellt anhand der Änderung des Stromwerts und der abnormalen Drehzahl fest, ob Störungen wie Blockierung und Ausfall des Lüfters vorliegen, um sicherzustellen, dass das Kühlsystem die Wärmeabfuhr normal abwickelt.

2) Überwachung der Teilentladung: Schwerpunkt auf Fragen der Interferenzvermeidung

Dry-Typ-Transformator läuft in einer Hochspannungsumgebung, lokale Entladung Signalamplitude ist schwach (in der Regel zehn bis Tausende von Picocurie), und anfällig für Netzoberschwingungen, Schaltvorgänge und andere elektromagnetische Störungen, die Notwendigkeit für "Signalerfassung + Anti-Interferenz-Verarbeitung" Kombination von Technologien, um eine effektive Überwachung zu erreichen:

Auf der Hardwareebene werden Bandpassfilter und abgeschirmte Kabel zur Unterdrückung der Störsignale eingesetzt; auf der Softwareebene werden Wavelet-Transformation, Schwellenwertentrauschung, Singulärwertzerlegung und andere Algorithmen verwendet, um die erfassten Signale zu verarbeiten, die Störkomponenten zu eliminieren und die effektiven lokalen Entladungssignale zu extrahieren.

3 Überwachung der Dämmleistung: Bewertung der Alterungstendenzen von Dämmstoffen

Trockene Transformator-Isoliermaterialien (Epoxidharz, Glasfaser) sind langfristig Temperatur, elektrisches Feld, Feuchtigkeit Alterung auftreten, müssen durch die folgenden Parameter überwacht werden, um den Zustand des Isoliersystems zu bewerten:

Mit einem Online-Isolationswiderstandsmessgerät wird der Isolationswiderstand der Wicklungen gegen Erde und zwischen den Wicklungen gemessen, indem eine bestimmte hohe Gleichspannung (z. B. 10 kV) an die Wicklungen angelegt wird, wenn der Transformator stromlos ist oder mit geringer Last arbeitet (um Störungen durch elektrische Felder zu verringern). Wenn der Isolationswiderstandswert unter 1/3 des Standardwerts fällt, deutet dies darauf hin, dass möglicherweise Feuchtigkeit oder Alterungsprobleme im Isolationssystem vorliegen.

Durch die Hochspannungs-Dielektrizitätsverlust-Tester, um AC-Hochspannung gelten, messen Sie die Isolierung Material in das elektrische Feld unter der Wirkung der Energieverlust, ausgedrückt in tanδ Wert. tanδ Wert größer ist, was darauf hindeutet, dass der Verlust der Isolierung ist schwerwiegender, desto höher ist der Grad der Alterung; Raumtemperatur Trocken-Transformator tanδ Wert müssen in der Regel in der 0,005 oder weniger kontrolliert werden.

4. elektrische Parameterüberwachung: Echtzeitkontrolle der Betriebslasten der Geräte

Dreiphasige Strom- und Spannungssignale werden über Stromwandler (CT) und Spannungswandler (PT) erfasst, und Leistung, Leistungsfaktor, Lastfaktor und andere Parameter werden durch Kombination mit einem intelligenten Leistungserfassungsmodul berechnet:

III. die Komponenten des Online-Überwachungssystems

Das komplette Online-Überwachungssystem für Trockentransformatoren besteht ausErfassungsschicht, Transportschicht, Analyseschicht, AnwendungsschichtEs besteht aus vier Schichten, die einen geschlossenen Kreislauf "Datenerfassung - Übertragung - Analyse - Frühwarnung" bilden:

1. die Wahrnehmungsebene: die Grundlage für die Datenerhebung

Es besteht aus verschiedenen Arten von Sensoren und Datenerfassungsmodulen, die die Anforderungen an die Isolierung und den Schutz vor Störungen in einer Hochspannungsumgebung erfüllen müssen:

2. die Transportschicht: Datenübertragungskanäle

Sie ist für die Übermittlung der in der Erfassungsschicht gesammelten Rohdaten an die Auswertungsschicht zuständig, wobei die Stabilität und Sicherheit der Datenübertragung gewährleistet sein sollte:

3. analytische Schicht: Datenverarbeitungskern

Es besteht aus einem Edge-Computing-Gateway oder einem Cloud-Server, der Rohdaten mittels Algorithmen verarbeitet und analysiert, um den Betriebszustand des Geräts zu ermitteln:

4. die Anwendungsschicht: Benutzerschnittstelle

Anzeige von Überwachungsergebnissen und Bereitstellung von Betriebsfunktionen für Benutzer über lokale Überwachungsterminals, Webplattformen und mobile APPs:

IV. Wert von Online-Überwachungsanwendungen

Im Vergleich zur traditionellen "periodischen Inspektion" kann die Online-Überwachungstechnologie für Trockentransformatoren erhebliche Sicherheits- und wirtschaftliche Vorteile bringen:

Frühzeitige Erkennung von Isolationsalterung, Teilentladungen und anderen versteckten Gefahren (z.B. ein plötzlicher Anstieg der Teilentladungen deutet in der Regel darauf hin, dass die Isolation innerhalb von 1-3 Monaten zusammenbrechen kann), um Zeit für Wartungsarbeiten zu reservieren und Produktionsunterbrechungen aufgrund plötzlicher Geräteausfälle zu vermeiden (z.B. können Stromausfälle im Rechenzentrum wirtschaftliche Verluste in Höhe von Hunderttausenden Dollar pro Stunde verursachen).

Die herkömmliche Inspektion beruht auf manueller Erfahrung und ist anfällig für "Überholungen" (z. B. Austausch von Bauteilen, die das Ende ihrer Lebensdauer noch nicht erreicht haben) oder "Leckage"-Probleme. Die Online-Überwachung basiert auf dem tatsächlichen Betriebszustand der Anlage, um einen Inspektionsplan zu erstellen (z. B. Verlängerung des Inspektionszyklus, wenn der Isolationswiderstandsindex normal ist), was die Anzahl der Inspektionen und die Investitionskosten reduziert. Die Online-Überwachung kann die Zahl der Inspektionen und die Investitionskosten reduzieren.

Durch die Echtzeit-Überwachung von Last und Temperatur wird ein langfristiger Überlastungs- oder Überhitzungsbetrieb der Geräte vermieden, die Alterung der Isoliermaterialien verlangsamt (Forschungsdaten zeigen, dass sich die Lebensdauer der Isolierung pro 10℃ Verringerung der Wicklungstemperatur um das 1fache verlängern lässt), die Lebensdauer von Transformatoren um 5 bis 8 Jahre verlängert und die Effizienz der Anlagennutzung verbessert.

Bei Trockentransformatoren besteht zwar keine Gefahr eines Brandes durch Ölleckagen, aber die Alterung der Isolierung kann einen Kurzschlussbrand verursachen; ein Online-Überwachungssystem kann im Frühstadium des Fehlers mit dem Leistungsschalter verbunden werden, um die Stromversorgung zu unterbrechen und so Feuer, Explosionen und andere Sicherheitsunfälle zu vermeiden.

V. Technologische Entwicklungstrends

Mit dem Übergang des Energiesystems zu "intelligenten, digitalen", Trocken-Transformator Online-Überwachung Technologie stellt die folgende Entwicklungsrichtung:

Ein einzelner Parameter kann nicht vollständig den Zustand der Ausrüstung Betrieb widerspiegeln, wird die Zukunft zu erreichen "Temperatur + lokale Entladung + Isolierung + Vibration" Multi-Parameter-Fusion-Analyse, durch die AI-Algorithmus zu bauen Ausrüstung "Gesundheits-Index", zur Verbesserung der Genauigkeit der Fehlerdiagnose.

Herkömmliche kabelgebundene Sensoren haben einen hohen Installationsaufwand. In Zukunft werden passive drahtlose Sensoren (z. B. Sensoren, die auf elektromagnetischer Induktion und Schwingungsenergieerfassung basieren) häufiger eingesetzt, um die Installationskosten zu senken, und eignen sich für Nachrüstungsprojekte alter Transformatoren.

Konstruktion eines digitalen Zwillingsmodells eines Trockentransformators, Kombination von Online-Überwachungsdaten mit dem physischen Modell, Simulation des Betriebszustands der Anlage unter verschiedenen Lasten und Umgebungsbedingungen und Realisierung des gesamten Lebenszyklusmanagements von "Fehlersimulation - Frühwarnung - Optimierung von Inspektions- und Wartungsplänen".

Durch die Anwendung des Modus "Edge Computing Gateway Preprocessing Data + Cloud Big Data Analysis" wird die Menge der Datenübertragung reduziert (nur Hochladen von anormalen Daten am Edge), die Reaktionsfähigkeit in Echtzeit verbessert (lokale Kontrolle der Geräteverknüpfung kann am Edge erreicht werden) und gleichzeitig die Rechenleistung der Cloud genutzt, um eine kollaborative Diagnose mehrerer Geräte zu erreichen (z. B. vergleichende Analyse des Status mehrerer Transformatoren in der Region).

VI. Überlegungen zur Anwendung

Hochspannungsseitige Sensoren müssen die entsprechenden Isolationsanforderungen erfüllen (z.B. 10kV Transformator-Sensor-Isolationsniveau ≥ 35kV), um Sicherheitsunfälle durch unzureichende Isolierung zu vermeiden; Sensoren für den Außenbereich müssen die Schutzart IP65 und höher aufweisen, um die Wasser- und Staubdichtigkeit zu gewährleisten.

Sensorkabel müssen abgeschirmt sein und dürfen nicht parallel zu Hochspannungskabeln verlegt werden (Abstand ≥ 0,5 m); Teilentladungsüberwachungsgeräte müssen weit entfernt von Frequenzumrichtern, statischen Blindleistungsgeneratoren (SVG) und anderen Oberwellenquellen aufgestellt werden, um die Auswirkungen elektromagnetischer Störungen zu verringern.

Die Sensoren müssen alle 1 bis 2 Jahre kalibriert werden (z. B. werden fluoreszierende faseroptische Sensoren gegen Standardthermometer kalibriert), um eine Verzerrung der Überwachungsdaten aufgrund der Sensordrift zu vermeiden; die Linse des Infrarotsensors sollte regelmäßig gereinigt werden, und die Signalstärke der drahtlosen Kommunikation sollte überprüft werden.

Bei der Datenübertragung sollten Verschlüsselungsalgorithmen wie AES verwendet werden, und die Cloud-Plattform sollte mit abgestuften Zugriffsrechten eingerichtet werden (z. B. Differenzierung zwischen Administrator und Betriebs- und Wartungspersonal), um Datenlecks oder böswillige Manipulationen zu verhindern.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die Online-Überwachungstechnologie für Trockentransformatoren die wichtigste Unterstützung bei der Verwirklichung der "Zustandswartung" von Stromversorgungsanlagen ist, die die Zuverlässigkeit und Wirtschaftlichkeit des Stromversorgungssystems durch die genaue Erfassung von Schlüsselparametern und die intelligente Analyse des Zustands der Anlagen erheblich verbessern kann. Mit der weiteren Entwicklung der Technologie wird ihre Anwendung im intelligenten Netz und in neuen Stromversorgungssystemen weiter zunehmen.