Temperaturüberwachung von Trockentransformatoren und Öltransformatoren

发布时间：11. August 2025 15:46:08

Trockentransformatoren und Öltransformatoren sind die beiden am häufigsten verwendeten Transformatoren in Stromnetzen, und aufgrund der unterschiedlichen Strukturen und Kühlmethoden gibt es erhebliche Unterschiede bei den Prioritäten, Methoden, Grenzwerten und dem Systemdesign der Temperaturüberwachung. Die Temperatur ist der wichtigste Faktor, der sich auf die Lebensdauer und den sicheren Betrieb von Transformatoren auswirkt (die Lebensdauer von Isoliermaterialien hängt exponentiell von der Temperatur ab, und die Lebensdauer kann sich pro 10℃ Temperaturanstieg um die Hälfte verkürzen), daher ist eine wissenschaftliche Temperaturüberwachung der Schlüssel zur Gewährleistung eines zuverlässigen Betriebs.

I. Temperaturüberwachung von Trockentransformatoren

Die Wicklungen und der Kern eines Trockentransformators sind der Luft ausgesetzt, und die Wärme wird hauptsächlich über die Luft abgeführt (natürliche oder erzwungene Luftkühlung).Temperatur der Wicklung(wo sich die Wärme am stärksten konzentriert), und die Kern- und Umgebungstemperaturen müssen überwacht werden.

1. zentrale Messstellen

  • Temperatur der WicklungDie Wicklungen eines Trockentransformators sind die Hauptwärmequelle (durch Kupfer- oder Aluminiumverluste erzeugte Wärme), und die Isolierung der Wicklungen wird direkt von der Temperatur beeinflusst, weshalb sie im Mittelpunkt der Überwachung stehen.
  • KerntemperaturDer Kern erwärmt sich aufgrund von Hysterese- und Wirbelstromverlusten und ist in der Regel etwas kühler als die Wicklungen, kann aber unter anormalen Bedingungen überhitzen (z. B. wenn der Kern an mehreren Punkten geerdet ist) und erfordert eine zusätzliche Überwachung.
  • UmgebungstemperaturTrockentransformatoren sind auf Luftkühlung angewiesen, die Umgebungstemperatur wirkt sich direkt auf die Kühleffizienz aus (z. B. führt eine Umgebung mit hohen Temperaturen zu einem höheren Temperaturanstieg der Wicklungen), weshalb sie als Referenzmaßstab verwendet werden müssen.

2. die Methodik der Überwachung

Die Wicklungen eines Trockentransformators sind der Luft ausgesetzt, indem diedirekte MessungvielleichtIndirekte ÜberwachungAktiviert die Temperaturerfassung:

 

  • Direkte Messung (empfohlen)::
    Zum Zeitpunkt der Herstellung der Wicklung ist diePlatin-Widerstandssensoren (Pt100) Pre-embedded in der internen Wicklung (in der Regel dreiphasige Wicklung Hot-Spot-Standort), direkte Erfassung der realen Temperatur der Wicklung. pt100 hohe Genauigkeit (Fehler ± 0,1 ℃), starke Stabilität, ist die erste Wahl für die Temperaturüberwachung von Trocken-Transformatoren.
  • Indirekte Überwachung::
    Bei Trockentransformatoren ohne vorinstallierte Sensoren ist dieInfrarotthermometerBerührungslose Messung der Oberflächentemperatur der Wicklung (zu beachten ist, dass die Oberflächentemperatur niedriger ist als die interne Hot-Spot-Temperatur, mit einem Fehler von ca. 5-10°C), oder Schätzung mittels "Umgebungstemperatur + berechneter Temperaturanstieg des Wicklungsstroms" (weniger genau, nur für eine vorübergehende Überwachung).

3. die Temperaturgrenzen (Kernsicherheitsindikatoren)

Die Temperaturgrenzwerte für Trockentransformatoren werden durch den Grad der Isolierung der Wicklungen (Temperaturbeständigkeit des Isoliermaterials) wie folgt bestimmt:

 

Isolationsklasse Maximal zulässige Wicklungstemperatur (°C) Temperaturanstiegsgrenze (K, bei 40°C Umgebungstemperatur) Typische Anwendungsszenarien
Stufe F 155 100 (155-40-15, 15 sind Umweltschwankungen) Industrielle Energieverteilung
H-Note 180 125 (180-40-15) Umgebungen mit hohen Temperaturen (z. B. Stahlwerke)
Stufe B 130 80 (130-40-10) Szenario mit geringer Last

 

Hinweis: Die "Temperaturanstiegsgrenze" bezieht sich auf die Differenz zwischen der Wicklungstemperatur und der Umgebungstemperatur (die Umgebungstemperatur basiert auf 40 °C); ein Überschreiten der Grenze beschleunigt die Alterung der Isolierung.

4. die Überwachungssysteme und Schutzfunktionen

Temperaturüberwachungssysteme für Trockentransformatoren bestehen in der Regel ausThermostate + Sensoren + StellantriebeZutaten:

 

  • Der Temperaturregler empfängt ein Pt100-Signal, zeigt die Wicklungstemperatur in Echtzeit an und verfügt über eine integrierte Schutzlogik:
    • Übertemperaturalarm: Wenn die Temperatur die "Alarmschwelle" erreicht (z. B. Stufe F ist auf 130 °C eingestellt), wird ein akustischer und optischer Alarm ausgelöst, der das Wartungspersonal zur Überprüfung auffordert;
    • Übertemperaturauslöser: Wenn die Temperatur den "Auslöseschwellenwert" erreicht (z. B. Klasse F ist auf 150℃ eingestellt), wird ein Auslösesignal ausgegeben, um die Stromversorgung des Transformators zu unterbrechen, damit die Isolierung nicht verbrennt.
  • Bei zwangsluftgekühlten Trockentransformatoren schaltet sich der Temperaturregler auch automatisch in Abhängigkeit von der Temperatur ein und aus.Kühlung Ventilatoren(z. B. Start, wenn die Temperatur 100 °C übersteigt, und Stopp, wenn sie unter 80 °C sinkt), um die Wärmeableitung zu verbessern.

5. die Überwachung der Wartungspunkte

  • Die regelmäßige Kalibrierung des Pt100-Sensors (1 Mal pro Jahr) gewährleistet die Messgenauigkeit;
  • Prüfen Sie, ob der Kontakt zwischen dem Sensor und der Wicklung fest ist (ein lockerer Kontakt führt zu einem niedrigen Messwert);
  • Reinigen Sie die Wickelflächen (Staubablagerungen können die Wärmeabgabe behindern und zu falsch hohen Temperaturen führen);
  • Überprüfen Sie die Alarm- und Auslösefunktionen des Temperaturreglers (Prüfung durch analoge Signale).

II. die Temperaturüberwachung von Öltransformatoren

Öltransformatoren, bei denen die Wicklungen und der Kern in Isolieröl getaucht sind, werden durch einen "Ölkreislauf + Kühler" (natürlicher oder erzwungener Ölkreislauf) gekühlt, dessen Temperaturüberwachung eine gleichzeitige Aufmerksamkeit erfordert.Öltemperaturim Gesang antwortenHeißpunkttemperatur der Wicklung(Das Vorhandensein von Öl erschwert die direkte Messung der Wicklung).

1. zentrale Messstellen

  • Obere ÖltemperaturDas Isolieröl wird durch Aufwärtskonvektion erwärmt, die obere Öltemperatur ist die höchste Temperatur im Öl und spiegelt direkt den Gesamtwärmeableitungsstatus des Transformators wider und ist der wichtigste Überwachungspunkt.
  • Heißpunkttemperatur der WicklungDie maximale Temperatur im Inneren der Wicklungen (je nach Kühlmethode 5-15°C höher als die obere Öltemperatur) hat einen direkten Einfluss auf die Alterung der Isolierung (die Hot-Spot-Temperaturgrenze für ölgetränktes Transformatorenisolierpapier liegt bei 105°C).
  • BodenöltemperaturUm festzustellen, ob die Ölzirkulation normal ist (normalerweise beträgt der Temperaturunterschied zwischen oberer und unterer Schicht etwa 10-20°C, ein zu geringer Unterschied kann ein Zirkulationsfehler sein).

2. die Methodik der Überwachung

Bei ölgefüllten Transformatoren ist es schwierig, die Wicklungstemperatur direkt zu messen, da die Wicklungen in Öl getaucht sind und mit der Temperaturmessung kombiniert werden müssen.Direkte Messung der Öltemperaturim Gesang antwortenIndirekte Berechnung der Wicklungstemperatur::

 

  • Messung der Öltemperatur::
    Einbau im oberen Bereich des Tanks (10-20 cm unter dem oberen Ölstand)TemperatursensorZu den gängigen Typen gehören:
    • Ausdehnungsthermometer (Quecksilber/Alkohol, direkte Ablesung, für die Überwachung vor Ort);
    • Platin-Widerstand (Pt100) oder Thermoelement (zur Fernübertragung an ein Überwachungssystem, Genauigkeit ±0,5°C).
  • Berechnung der Heißpunkttemperatur der Wicklung::
    Wenn eine direkte Messung nicht möglich ist, wird die Temperatur indirekt durch "obere Öltemperatur + zusätzliche Erwärmung durch den Wicklungsstrom" berechnet:
    Heißpunkttemperatur der Wicklung = obere Öltemperatur + (Anstieg der Heißpunkttemperatur bei Nennstrom) x (tatsächlicher Strom / Nennstrom)²
    (Hinweis: Der Temperaturanstieg an der heißen Stelle beträgt bei Nennstrom typischerweise 10-15°C, wie vom Hersteller angegeben).

3. die Temperaturgrenzen (Kernsicherheitsindikatoren)

Die Temperaturgrenzwerte für ölgefüllte Transformatoren hängen von der Temperaturbeständigkeit des Isolieröls und des Isolierpapiers ab, und zwar wie folgt

 

  • Obere ÖltemperaturNicht mehr als 85℃ während des normalen Betriebs (die Hot-Spot-Temperatur der Wicklung beträgt zu diesem Zeitpunkt etwa 95-100℃) und nicht mehr als 95℃ während einer kurzen Zeitspanne (die Hot-Spot-Temperatur ist ≤105℃);
  • Heißpunkttemperatur der Wicklung: Maximal zulässige 105°C (oberhalb dieser Temperatur wird die Alterung des Isolierpapiers drastisch beschleunigt und die Lebensdauer erheblich verkürzt);
  • Umgebungstemperatur: 40°C als Referenz (über 40°C ist die Last zu reduzieren, um die Öltemperatur zu begrenzen).

4. die Überwachungssysteme und Schutzfunktionen

Temperaturüberwachungssysteme für ölgefüllte Transformatoren sind komplexer und erfordern die gleichzeitige Überwachung von Öl- und analogen Wicklungstemperaturen:

 

  • ÖltemperaturreglerÜberwachung der oberen Öltemperatur und Einrichtung von zwei Schutzstufen:
    • Alarm: Alarm, wenn die Öltemperatur 80℃ erreicht (was darauf hinweist, dass die Wärmeabfuhr möglicherweise unzureichend ist);
    • Auslösung: Auslösung, wenn die Öltemperatur 90℃ erreicht (vermeiden Sie eine Hot-Spot-Temperatur von über 105℃).
  • Wicklungstemperatur Analoger ReglerErfassen des Wicklungsstroms über den Stromwandler, Berechnung der Wicklungs-Hotspot-Temperatur durch Kombination mit der oberen Öltemperatur und Bereitstellung einer Alarm- und Auslösefunktion ähnlich wie beim Öltemperaturregler (näher am tatsächlichen Zustand der Wicklung).
  • Bei Transformatoren mit erzwungenem Ölumlauf muss auch der Betriebszustand der Ölpumpe und des Kühlerlüfters überwacht werden (ein Ausfall kann zu einem plötzlichen Anstieg der Öltemperatur führen).

5. die Überwachung der Wartungspunkte

  • Prüfen Sie den Öltemperatursensor regelmäßig auf Öllecks (in Öl getauchte Sensoren können aufgrund eines Dichtungsfehlers undicht werden);
  • Kalibrieren Sie das Temperaturmessgerät (einmal im Jahr), um sicherzustellen, dass die obere Öltemperatur mit einem Fehler von ≤ 2°C gemessen wird;
  • Überprüfen Sie den Ölstand (ein niedriger Ölstand verringert die Wärmeabgabefläche, was zu höheren Öltemperaturen führt) und die Ölqualität (Ölverschlechterung verringert die Wärmeabgabeeffizienz);
  • Überprüfen Sie die Funktion des Kühlsystems (Ölpumpe, Lüfter) (z. B. automatisches Einschalten bei einer Öltemperatur von 60 °C).

Drittens, der Hauptunterschied zwischen der Temperaturüberwachung von Trockentransformatoren und Öltransformatoren

Vergleichsmaßstab Trocken-Transformatoren Ölgefüllte Transformatoren
Zentrale Überwachungsziele Wicklungstemperatur (direkte Messung) Obere Öltemperatur + Heißpunkttemperatur der Wicklung (indirekte Berechnung)
Temperaturgrenze Kern Isolationsklasse der Wicklung (z.B. Klasse F 155°C) Heißpunkttemperatur der Wicklung (105°C)
Schwierigkeit der Messung Gering (freiliegende Wicklungen, Sensoren können vormontiert werden) Hoch (Wicklung in Öl getaucht, beruht auf indirekten Berechnungen)
Temperaturänderungsrate Schnell (geringe Wärmekapazität der Luft, starke Auswirkungen von Lastschwankungen) Langsam (große Ölwärmekapazität, sanfter Temperaturwechsel)
Umweltauswirkungen Groß (Luftkühlung wird durch Umgebungstemperatur und Luftfeuchtigkeit beeinflusst) Kleiner (die Wärmeabgabe des Öls wird von der Umgebung nur wenig beeinflusst)

Zusammenfassungen

Bei der Temperaturüberwachung von Trockentransformatoren und Öltransformatoren steht die Verhinderung von Überhitzung und Alterung der Isolierung im Mittelpunkt, aber aufgrund der strukturellen Unterschiede sind die Überwachungspunkte, -methoden und -grenzwerte unterschiedlich. Trockentransformatoren müssen sich auf die direkte Überwachung der Wicklungstemperatur konzentrieren, während bei Öltransformatoren die Wicklungsüberhitzung indirekt über die obere Öltemperatur und den Strom überwacht werden muss. In der Praxis müssen zuverlässige Überwachungssysteme und Schutzlogiken in Kombination mit der Art des Transformators, dem Isolationsniveau und der Betriebsumgebung konfiguriert werden, um einen langfristig sicheren Betrieb zu gewährleisten.