5 solutions recommandées pour la surveillance de la température des transformateurs à bain d'huile

1) Thermomètre mécanique de niveau d'huile/de bobinage (OTI/WTI)

Les thermomètres mécaniques sont les dispositifs de surveillance les plus utilisés dans l'histoire des transformateurs à bain d'huile et font généralement partie de l'équipement standard de l'usine. Leur principe de fonctionnement ne repose pas sur l'électronique, mais sur la dilatation et la contraction thermiques physiques.

Principes techniques et limites

Le thermomètre de niveau d'huile (OTI) entraîne l'aiguille par la dilatation du fluide dans l'emballage sensible à la température. Le thermomètre à enroulement (WTI) est en fait un “simulateur thermique”. Il est basé sur l'OTI et reçoit un courant de charge d'un transformateur de courant (TC), qui alimente une résistance chauffante à l'intérieur de l'instrument. La température affichée par la jauge n'est pas la température directement mesurée du bobinage, mais une valeur calculée de la “température de l'huile supérieure + l'augmentation de température simulée”.

Pourquoi cette approche s'étire-t-elle dans le réseau moderne ? En effet, il est conçu sur la base d'un modèle thermique idéal. Lorsque le circuit d'huile est bloqué et que la dissipation thermique locale est insuffisante en raison de l'accumulation de poussière dans le radiateur, le modèle de simulation thermique est invalidé et les valeurs normales affichées par l'appareil de mesure peuvent masquer le véritable défaut de surchauffe interne.

2. surveillance électronique par RTD platine Pt100

Avec la popularité des systèmes SCADA qui nécessitent une transmission analogique vers le backend, les capteurs Pt100 commencent à être largement utilisés. La température est convertie en un signal électrique grâce à la caractéristique de variation linéaire de la résistance du métal platine sous l'effet d'un changement de température.

Défis dans l'environnement électromagnétique

Malgré la grande précision de la Pt100, dans l'environnement à haute fréquence électromagnétique d'un transformateur à bain d'huile, le capteur à conducteur métallique devient une antenne réceptrice pour les signaux parasites. Malgré l'utilisation de fils blindés, des champs magnétiques puissants peuvent faire sauter le signal. Le problème de l'isolation est encore plus grave : placer une sonde métallique à l'intérieur d'un enroulement à haute tension de plusieurs centaines de kilovolts exige un niveau d'isolation extrêmement élevé, et tout défaut d'isolation peut entraîner un accident de panne, de sorte que la Pt100 ne peut généralement être montée que dans des zones à faible potentiel ou sur la paroi du réservoir d'huile.

3. la thermographie infrarouge

La technologie infrarouge utilise la loi de Stefan-Boltzmann pour capturer la distribution du rayonnement infrarouge sur la surface d'un objet. Elle est classée en deux catégories : la patrouille manuelle et la surveillance en ligne des fenêtres.

Le fossé entre la surface et l'intérieur

Le boîtier du transformateur ne fait que 50°C, les enroulements internes ont-ils pu atteindre 90°C ? La réponse est oui. Le plus grand défaut de la technologie infrarouge est qu'elle ne peut pas pénétrer le métal. Les transformateurs à bain d'huile ont des réservoirs métalliques entièrement fermés qui bloquent complètement le rayonnement interne. La caméra infrarouge ne peut être utilisée que pour détecter les joints de boîtier desserrés, l'obstruction du dissipateur thermique ou la surchauffe par courants de Foucault de la cuve et d'autres défauts externes, mais la technologie infrarouge n'est d'aucune aide pour décider de la durée de vie des indicateurs centraux du transformateur, à savoir la “température du point chaud du bobinage”.

4. ondes acoustiques de surface passives sans fil (SAW)

La technologie SAW tente de résoudre le problème de l'isolation des hautes tensions. Le capteur est passif et transmet les données de température en générant un écho à partir du signal RF reçu du lecteur.

Problèmes liés à l'effet de cage de Faraday

Le réservoir d'huile de transformateur est une cage de Faraday parfaite, qui a un effet de blindage extrêmement puissant sur les signaux RF sans fil. Bien qu'il soit possible de résoudre le problème en ajoutant une antenne à l'intérieur de la cuve, la structure complexe du noyau et de l'agrafe à l'intérieur du transformateur et le milieu de l'huile de transformateur produiront des effets de trajets multiples et une atténuation des signaux micro-ondes. En outre, le spectre d'ondes électromagnétiques généré par les décharges partielles à l'intérieur du transformateur peut couvrir la bande de fréquence de fonctionnement du SAW, ce qui entraîne une forte diminution du rapport signal/bruit et une perte importante de paquets de données.

5. système de mesure de la température par fibre optique fluorescente (recommandé)

La technologie de mesure de la température par fibre optique fluorescente est actuellement capable de pénétrer en toute sécurité dans le cœur du transformateur à bain d'huile pour réaliser une “mesure directe des points chauds du bobinage”. Elle est basée sur le principe de la rémanence des matériaux fluorescents des terres rares et n'a rien à voir avec l'intensité de la lumière, mais uniquement avec la température.

Comment maintenir la stabilité du contrôle pendant 30 ans dans un environnement extrême de haute pression, de champ magnétique intense et de corrosion chimique ?

• Isolation à sécurité intrinsèque : La fibre optique est composée de quartz (SiO2), qui est intrinsèquement isolant et présente une excellente résistance à la fuite. Elle peut être directement pré-intégrée entre les enroulements haute tension des transformateurs 110kV ou même 500kV sans crainte de rupture d'isolation.
• Immunité électromagnétique : La transmission du signal optique n'est pas affectée par les interférences électromagnétiques (EMI/RFI) et les données de température sont toujours stables et fiables, que le transformateur soit soumis à des chocs de court-circuit ou à des surtensions dues à la foudre.
• Résistant à la corrosion par l'huile : La sonde à fibre optique avec gaine spéciale en téflon (PTFE) ou en PEEK résiste à une immersion de longue durée dans l'huile du transformateur, ne vieillit pas, ne contamine pas l'huile et est conçue pour avoir une durée de vie synchrone avec celle du corps du transformateur.
• Sans étalonnage : La durée de vie de la fluorescence est une propriété physique du matériau qui ne dérive pas dans le temps, ne nécessitant pas de recalibrage pour la durée de vie et une maintenance minimale.

Comparaison approfondie des paramètres techniques des cinq programmes de surveillance

Est-il possible de déterminer l'état d'un transformateur en se basant uniquement sur la température de l'huile supérieure ?

De toute évidence, non. Selon la norme IEC 60076-7, le taux de vieillissement d'un transformateur est principalement déterminé par la température du point le plus chaud de l'enroulement. Il existe une différence de température entre la température supérieure de l'huile et le point chaud du bobinage, et cette différence de température varie de manière non linéaire en fonction de la charge. Surveiller uniquement la température de l'huile, c'est comme si un médecin prenait la température du corps sans regarder le scanner, il est très facile de ne pas diagnostiquer les foyers de surchauffe internes localisés.

Pourquoi la surveillance des “points chauds” est-elle la clé de l'amélioration de la capacité de charge des transformateurs ?

De nombreux transformateurs fonctionnent à leur capacité nominale de 60%-70% pendant de longues périodes, ce qui se traduit par d'énormes actifs inutilisés. Cela est dû au fait que le personnel d'exploitation et de maintenance ne peut pas saisir avec précision la véritable température interne et n'ose pas augmenter la charge. Si un système de mesure de la température par fibre optique fluorescente est installé, qui peut voir en temps réel les données des points chauds de 95℃ ou 105℃, le personnel d'exploitation et de maintenance peut audacieusement procéder à une augmentation dynamique de la capacité dans la plage de sécurité, exploiter le potentiel de l'équipement et créer des avantages économiques directs.

Foire aux questions (FAQ)