Supervisión en línea de transformadores de tipo seco

发布时间：29 de septiembre de 2025 15:36:17

Los transformadores de tipo seco se utilizan ampliamente en edificios de gran altura, transporte ferroviario urbano, centros de datos y otros escenarios con estrictos requisitos de seguridad en el suministro eléctrico, debido a su funcionamiento sin aceite, su excelente resistencia al fuego y sus escasos requisitos de mantenimiento. SuTecnología de vigilancia en líneaMediante la recopilación en tiempo real de parámetros clave durante el funcionamiento de los equipos, es posible identificar y alertar con antelación de fallos ocultos para evitar tiempos de inactividad imprevistos, lo que constituye el principal medio técnico para garantizar el funcionamiento continuo y fiable del sistema eléctrico. A continuación se describen de forma exhaustiva los parámetros fundamentales y la finalidad de la monitorización, los principios clave de la tecnología de monitorización, la composición del sistema, el valor de aplicación, las tendencias de desarrollo y las consideraciones de aplicación.

I. Principales parámetros de control y objetivo del control

Los fallos en los transformadores de tipo seco se generan principalmente conAumento anormal de la temperatura, aparición de descargas parciales, deterioro de las propiedades de aislamiento, desviación de los parámetros eléctricos.En relación con esto, es necesario realizar un seguimiento en línea de los siguientes parámetros básicos para alcanzar el objetivo de "detección precoz, diagnóstico preciso y tratamiento oportuno":
Parámetros de control
Principales objetivos de la vigilancia
Tipos de avería asociados
Temperatura de bobinado
Evita el sobrecalentamiento del devanado que conduce a un envejecimiento acelerado del material aislante y evita los fallos por cortocircuito de vuelta a vuelta.
Sobrecarga del equipo, fallo del ventilador de refrigeración, daños en el aislamiento del devanado vuelta a vuelta
Temperatura central
Evitar el sobrecalentamiento local causado por la puesta a tierra multipunto del núcleo de hierro y el aumento anormal de la pérdida de chapa de acero al silicio.
Mala conexión a tierra del núcleo, laminaciones del núcleo sueltas o dañadas
descarga parcial
Identificación de defectos internos en el sistema de aislamiento (por ejemplo, huecos de aire, grietas) para evitar averías en el aislamiento.
Envejecimiento de los materiales aislantes, suciedad de la superficie del bobinado, defectos del proceso de fabricación
Resistencia de aislamiento / Pérdida dieléctrica
Evaluar el rendimiento global del sistema de aislamiento y determinar el grado de humedad y envejecimiento del aislamiento.
Humedad del aislamiento, fluencia de la superficie, deterioro de las propiedades del material aislante
Corriente de carga / Tensión
Supervisión de la carga real del equipo y análisis del impacto del desequilibrio de corriente en el equipo.
Desequilibrio de carga trifásica, choque por cortocircuito externo, funcionamiento con sobrecarga
Temperatura y humedad ambiente
Corrige los datos de monitorización de la temperatura (la temperatura ambiente afecta directamente a la eficacia de la refrigeración de los equipos) para advertir de la humedad del aislamiento causada por entornos con mucha humedad.
Una humedad ambiente excesiva provoca la fluencia del aislamiento y la degradación de su rendimiento

II. Principios clave de la tecnología de vigilancia

Es necesario combinar diferentes parámetros de monitorización con las características estructurales del transformador de tipo seco (sin aceite, refrigerado por aire o refrigerado por aire forzado) para seleccionar la tecnología adecuada que garantice la precisión y estabilidad de los datos de monitorización, el principio técnico específico es el siguiente:

1. Control de la temperatura: combinación de medición directa e indirecta, que elimina los puntos ciegos de la medición de la temperatura.

Los devanados de los transformadores de tipo seco están encapsulados con resina epoxi, el método tradicional de medición de la temperatura por contacto está limitado por la estructura del encapsulado, y se requiere una combinación de "medición indirecta de la temperatura + medición directa de la temperatura":
  • Termometría indirecta (termometría infrarroja)::
El sensor infrarrojo de temperatura recibe la energía infrarroja irradiada desde la superficie del bobinado o la parte expuesta del núcleo, y calcula el valor de temperatura correspondiente según la ley de radiación del cuerpo negro. La instalación de esta tecnología no necesita destruir la estructura del equipo, fácil de operar; pero susceptible al polvo ambiental, la interferencia de la luz, la necesidad de limpieza periódica y el mantenimiento de la lente del sensor.
  • Medición directa de la temperatura (medición de la temperatura por fibra óptica fluorescente)::
La sonda de detección de temperatura del sensor de fibra óptica fluorescente está incrustada o pegada en la zona del punto caliente dentro del bobinado, y el extremo receptor del sensor está conectado con el demodulador de temperatura. Cuando está en funcionamiento, el demodulador envía la luz de excitación del pulso UV a través de la fibra óptica a la sonda de detección de temperatura, y excita el material fluorescente de la sonda para producir fluorescencia; después de que la luz de excitación se detiene, el resplandor de fluorescencia se transmite de vuelta al demodulador a través de la fibra óptica, y luego se convierte en una señal eléctrica por el elemento de conversión fotoeléctrica, y luego la vida de fluorescencia se calcula a través de la MCU, y el valor de la temperatura se emite de acuerdo con la relación correspondiente entre la vida de fluorescencia y la temperatura. Esta tecnología tiene una gran resistencia a las interferencias electromagnéticas (la fibra óptica no está hecha de material conductor), una precisión de medición de la temperatura de ± 0,5 ℃, y una velocidad de respuesta rápida.
  • Control auxiliar (estado del sistema de refrigeración)::
Recoge de forma síncrona las señales de corriente y velocidad de funcionamiento del ventilador del sistema de refrigeración por aire forzado (AF), y determina si hay fallos como bloqueo y avería del ventilador mediante el cambio del valor de corriente y la velocidad anormal, para garantizar que el sistema de refrigeración desempeña la función de disipación de calor con normalidad.

2. Control de descargas parciales: centrarse en cuestiones antiinterferencias

El transformador de tipo seco funciona en un entorno de alta tensión, la amplitud de la señal de descarga local es débil (normalmente de decenas a miles de picocurios), y susceptible a los armónicos de la red, las operaciones de conmutación y otras interferencias electromagnéticas, la necesidad de "adquisición de la señal + procesamiento anti-interferencia" combinación de tecnologías para lograr una vigilancia eficaz:
  • Método de adquisición de señales::
    • Método de frecuencia ultra alta (UHF): Los sensores UHF se utilizan para capturar las señales de ondas electromagnéticas UHF de 300MHz~3GHz generadas por la descarga parcial, que tiene menos señales de interferencia, una fuerte capacidad anti-interferencia, y puede ser realizada por el conjunto de sensores múltiples para localizar la posición de la descarga;
    • Método de corriente de radiofrecuencia (RFCT): en la línea de puesta a tierra del transformador conjunto de sensor RFCT, la recogida de descarga parcial generada por la señal de corriente de radiofrecuencia, la instalación no es necesario cambiar el cuerpo del equipo, aplicable a la transformación del equipo se ha puesto en proyecto de operación;
    • Método ultrasónico: el uso de sensores ultrasónicos para recibir 20kHz~200kHz onda de vibración mecánica generada por la descarga parcial, puede ayudar en la localización del punto de descarga, pero vulnerable a la vibración del cuerpo del equipo, la interferencia de ruido ambiental.
  • tecnología antiinterferencias::
A nivel de hardware, se utilizan filtros pasabanda y cables apantallados para suprimir las señales de interferencia; a nivel de software, se utilizan la transformada wavelet, la eliminación de ruido por umbral, la descomposición de valores singulares y otros algoritmos para procesar las señales recogidas, eliminar los componentes de interferencia y extraer las señales de descarga locales efectivas.

3. Control del rendimiento del aislamiento: evaluación de las tendencias de envejecimiento del aislamiento

Los materiales de aislamiento de transformadores de tipo seco (resina epoxi, fibra de vidrio) están sometidos a largo plazo a temperatura, campo eléctrico, humedad se producirá el envejecimiento, la necesidad de ser supervisado por los siguientes parámetros para evaluar el estado del sistema de aislamiento:
  • Control de la resistencia del aislamiento::
Utilizando un comprobador de resistencia de aislamiento en línea, se mide la resistencia de aislamiento de los devanados a tierra y entre devanados aplicando una alta tensión continua especificada (por ejemplo, 10 kV) a los devanados cuando el transformador está sin tensión o funcionando con poca carga (para reducir las interferencias del campo eléctrico). Cuando el valor de la resistencia de aislamiento cae por debajo de 1/3 del valor estándar, esto indica que puede haber problemas de humedad o envejecimiento en el sistema de aislamiento.
  • Control del factor de pérdida dieléctrica (tanδ)::
A través del probador de pérdida dieléctrica de alta tensión para aplicar alta tensión de CA, medir el material de aislamiento en el campo eléctrico bajo la acción de la pérdida de energía, expresada en valor tanδ. valor tanδ es mayor, lo que indica que la pérdida de aislamiento es más grave, mayor es el grado de envejecimiento; temperatura ambiente transformador de tipo seco valor tanδ por lo general necesitan ser controlados en el 0,005 o menos.

4. Monitorización de parámetros eléctricos: control en tiempo real de las cargas de funcionamiento de los equipos

Las señales trifásicas de corriente y tensión se recogen a través del transformador de corriente (TC) y el transformador de tensión (PT), y la potencia, el factor de potencia, el factor de carga y otros parámetros se calculan combinándolos con el módulo inteligente de recogida de potencia:
  • Cuando el factor de carga supera el valor nominal (100%) durante un periodo de tiempo prolongado, se requiere un aviso de sobrecarga para evitar el sobrecalentamiento del bobinado;
  • Cuando el desequilibrio de corriente trifásica supera los 10%, sugiere que la distribución de la carga es desigual, y es necesario ajustar la carga para evitar el aumento de la pérdida de núcleo y el sobrecalentamiento local.

III. Componentes del sistema de vigilancia en línea

El sistema completo de supervisión en línea para transformadores de tipo seco consta deCapa de detección, capa de transporte, capa de análisis, capa de aplicaciónConsta de cuatro capas, que forman un mecanismo de funcionamiento en bucle cerrado de "recogida de datos - transmisión - análisis - alerta temprana":

1. Capa perceptiva: la base de la recogida de datos

Consta de varios tipos de sensores y módulos de adquisición de datos, que deben cumplir los requisitos de aislamiento y antiinterferencias en entornos de alta tensión:
  • Sensores de temperatura: sensores de fibra óptica fluorescente, sensores de temperatura por infrarrojos, sensores de resistencia de platino (PT100);
  • Sensores de descarga parcial: sensores UHF, sensores RFCT, sensores ultrasónicos;
  • Adquisición de parámetros eléctricos: transformador de corriente (TC), transformador de tensión (TP), módulo inteligente de adquisición de potencia;
  • Sensores ambientales: sensores de temperatura y humedad (por ejemplo, SHT30, AHT21).

2. Capa de transporte: canales de transmisión de datos

Se encarga de transmitir los datos brutos recogidos en la capa de detección a la capa de análisis, y debe garantizarse la estabilidad y seguridad de la transmisión de datos:
  • transmisión por cableAdopta cable de par trenzado apantallado (siguiendo el protocolo de comunicación RS485) y Ethernet (protocolo TCP/IP), lo que resulta adecuado para instalaciones fijas y escenarios con menos interferencias electromagnéticas (por ejemplo, subestaciones interiores), con una velocidad de transmisión estable y una gran capacidad antiinterferencias;
  • transmisión inalámbricaAdopta tecnologías de comunicación inalámbrica como LoRa, 4G/5G, Wi-Fi, etc. Es adecuado para subestaciones al aire libre o escenarios de suministro de energía temporal donde el cableado es difícil, y necesita adoptar el algoritmo de cifrado AES para garantizar la seguridad de la transmisión de datos y, al mismo tiempo, verificar la capacidad de penetración de la señal para cumplir con los requisitos de transmisión.

3. Capa analítica: núcleo informático

Consiste en una pasarela de computación de borde o un servidor en la nube, que procesa y analiza los datos en bruto mediante algoritmos para determinar el estado de funcionamiento del dispositivo:
  • Preprocesamiento de datosEl método de la normalización de los datos: se utiliza el rechazo de valores atípicos (por ejemplo, el criterio 3σ), el filtrado de suavizado (por ejemplo, la media móvil) y la normalización de los datos para reducir el impacto de los errores de los sensores y las perturbaciones ambientales en los datos;
  • Algoritmos de diagnóstico de fallos::
    • Método de comparación de umbrales: Compara los datos de monitorización en tiempo real con los umbrales especificados por las normas nacionales y los fabricantes de equipos (por ejemplo, 100K para el aumento de temperatura de los devanados), y activa la alerta si se superan los umbrales;
    • Método de análisis de tendencias: ajuste de curvas de tendencias (por ejemplo, curvas de cambio mensual de los valores de pérdida dieléctrica) a través de datos históricos para predecir la tendencia de los cambios de los parámetros e identificar signos tempranos de deterioro;
    • Método de diagnóstico inteligente: Combinación de algoritmos de IA como redes neuronales, bosques aleatorios, etc., fusionando datos multiparamétricos como temperatura, descarga parcial, carga, etc., para realizar la identificación del tipo de fallo (por ejemplo, "aumento anormal de la temperatura del devanado + aumento de la descarga local = peligro potencial de cortocircuito entre rampas").

4. Capa de aplicación: interfaz de interacción con el usuario

Muestre los resultados de la supervisión y proporcione funciones operativas a los usuarios a través de terminales de supervisión locales, plataformas web y APP para móviles:
  • seguimiento en tiempo realVisualización de los valores en tiempo real y de las curvas de variación de cada parámetro (por ejemplo, curva de la serie temporal de la temperatura del devanado);
  • aviso precoz de avería: Informar a los usuarios de la localización de la avería y del nivel de alerta (alerta general, alerta grave) mediante alarmas sonoras y luminosas, SMS / APP push;
  • Investigación históricaAlmacena entre 1 y 3 años de datos históricos de supervisión, admite la exportación de datos y la generación de informes (por ejemplo, informe mensual de funcionamiento);
  • mando a distanciaConexión con el ventilador de refrigeración, el disyuntor y otros equipos para lograr un control automático (por ejemplo, arranque automático del ventilador de refrigeración cuando la temperatura del devanado supere los 80 °C).

IV. Valor de las aplicaciones de vigilancia en línea

En comparación con el modo tradicional de "inspección periódica", la tecnología de supervisión en línea de transformadores de tipo seco puede aportar importantes ventajas económicas y de seguridad:
  1. Evite fallos repentinos y reduzca las pérdidas por interrupciones::
Identificación precoz del envejecimiento del aislamiento, las descargas parciales y otros peligros ocultos (por ejemplo, un aumento repentino de la cantidad de descargas parciales suele indicar que la rotura del aislamiento puede producirse en un plazo de 1 a 3 meses), a fin de reservar tiempo para las tareas de mantenimiento, evitando interrupciones de la producción debidas a fallos repentinos de los equipos (por ejemplo, los cortes de electricidad en el centro de datos pueden causar pérdidas económicas de cientos de miles de dólares por hora).
  1. Reducción de las revisiones ciegas y de los costes de mantenimiento::
La inspección tradicional se basa en la experiencia manual y es propensa a "revisiones" (por ejemplo, sustitución de componentes que no han llegado al final de su vida útil) o problemas de "fugas"; la supervisión en línea se basa en el estado real de funcionamiento del equipo para formular un plan de inspección (por ejemplo, ampliación del ciclo de inspección cuando el índice de resistencia del aislamiento es normal), lo que reduce el número de inspecciones y el coste de la inversión. La supervisión en línea puede reducir el número de inspecciones y el coste de la inversión.
  1. Prolongar la vida útil de los equipos y mejorar la eficiencia de los activos::
Mediante la supervisión en tiempo real de la carga y la temperatura, evita la sobrecarga a largo plazo o el sobrecalentamiento de los equipos, ralentiza el envejecimiento de los materiales aislantes (los datos de las investigaciones muestran que por cada 10℃ de reducción de la temperatura del bobinado, la vida útil del aislamiento puede prolongarse 1 vez), prolonga la vida útil de los transformadores entre 5 y 8 años y mejora la eficiencia de la utilización de los activos.
  1. Mejorar la seguridad del sistema y evitar incidentes de seguridad::
Aunque no hay riesgo de incendio por fuga de aceite en los transformadores de tipo seco, el envejecimiento del aislamiento puede provocar un incendio por cortocircuito; el sistema de monitorización en línea puede conectarse en la fase inicial del disyuntor de fallo para cortar el suministro eléctrico, a fin de evitar incendios, explosiones y otros accidentes de seguridad.

V. Tendencias del desarrollo tecnológico

Con la transición del sistema eléctrico al "inteligente, digital", la tecnología de monitorización en línea de transformadores de tipo seco presenta la siguiente dirección de desarrollo:
  1. Control de fusión multiparamétrica::
Un solo parámetro no puede reflejar completamente el estado de funcionamiento del equipo, el futuro logrará "temperatura + descarga local + aislamiento + vibración" análisis de fusión multiparámetro, a través del algoritmo de IA para construir el equipo "índice de salud", para mejorar la precisión del diagnóstico de fallos.
  1. Tecnologías inalámbricas de detección y bajo consumo::
Los sensores cableados tradicionales tienen una gran complejidad de instalación. En el futuro, los sensores inalámbricos pasivos (por ejemplo, los sensores basados en la inducción electromagnética y la captación de energía de vibración) se utilizarán más a menudo para reducir los costes de instalación y serán adecuados para proyectos de modernización de transformadores antiguos.
  1. Tecnología Digital Twin::
Construir un modelo gemelo digital de transformador de tipo seco, combinar los datos de monitorización en línea con el modelo físico, simular el estado de funcionamiento del equipo bajo diferentes cargas y condiciones ambientales, y realizar la gestión de todo el ciclo de vida de "simulación de fallos - alerta temprana - optimización del esquema de inspección y mantenimiento".
  1. Edge Computing y colaboración en la nube::
Adoptando el modo de "datos de preprocesamiento de la pasarela de edge computing + análisis de big data en la nube", se reduce la cantidad de transmisión de datos (solo se cargan los datos anómalos en el borde), se mejora la capacidad de respuesta en tiempo real (se puede lograr el control de la vinculación local de los equipos en el borde) y, al mismo tiempo, se utiliza la potencia de cálculo de la nube para lograr el diagnóstico colaborativo de varios equipos (por ejemplo, el análisis comparativo del estado de varios transformadores de la región).

VI. Consideraciones relativas a la aplicación

  1. Adaptación de los sensores::
Los sensores del lado de alta tensión deben cumplir los requisitos de nivel de aislamiento correspondientes (como el nivel de aislamiento del sensor del transformador de 10kV ≥ 35kV), para evitar accidentes de seguridad causados por un aislamiento insuficiente; los sensores de exterior deben tener un nivel de protección IP65 y superior, para garantizar el rendimiento a prueba de agua y polvo.
  1. diseño antiinterferencias::
Los cables de los sensores deben estar apantallados, evitar el tendido en paralelo con cables de alta tensión (separación ≥ 0,5 m); los equipos de monitorización de descargas parciales deben estar alejados de convertidores de frecuencia, generadores estáticos reactivos (SVG) y otras fuentes de armónicos para reducir el impacto de las interferencias electromagnéticas.
  1. Mantenimiento regular de la calibración::
Los sensores deben calibrarse cada 1~2 años (por ejemplo, los sensores fluorescentes de fibra óptica se calibran con termómetros estándar) para evitar la distorsión de los datos de vigilancia debida a la deriva del sensor; la lente del sensor de infrarrojos debe limpiarse periódicamente y debe comprobarse la intensidad de la señal de la comunicación inalámbrica.
  1. Garantía de seguridad de los datos::
Deben utilizarse algoritmos de cifrado como AES en el proceso de transmisión de datos, y la plataforma en nube debe configurarse con privilegios de acceso graduados (por ejemplo, diferenciación de privilegios de administrador y personal de operación y mantenimiento) para evitar la fuga de datos o la manipulación maliciosa.
En resumen, la tecnología de monitorización en línea de transformadores de tipo seco es el soporte clave para hacer realidad el "mantenimiento del estado" de los equipos de potencia, que puede mejorar significativamente la fiabilidad y la economía del sistema de potencia mediante la recopilación precisa de parámetros clave y el análisis inteligente del estado de los equipos. A medida que la tecnología siga evolucionando, su aplicación en la red inteligente y los nuevos sistemas eléctricos será más amplia.