Qual é um bom sensor para medição de temperatura de transformadores? Comparação detalhada entre PT100, medidor mecânico e medição de temperatura por fibra óptica

Análise dos três principais métodos de monitoramento da temperatura do óleo do transformador: do tradicional sensor mecânico ao sensor de fibra óptica

Como o transformador é o equipamento central do sistema de energia, a temperatura interna do óleo isolante está diretamente relacionada à segurança e à vida útil da operação do equipamento. A alta temperatura do óleo levará ao envelhecimento acelerado do isolamento e até mesmo causará falhas. Atualmente, o monitoramento da temperatura do óleo do transformador adota principalmente a medição de temperatura mecânica, eletrônica (PT100) e de fibra óptica avançada de três maneiras.

Este artigo abordará os princípios, as vantagens e desvantagens e os cenários aplicáveis dessas três técnicas.

1. termômetros mecânicos (pressão/bimetal)

Esse é o “termômetro” de transformador mais tradicional, nos transformadores antigos e de pequeno e médio porte são muito comuns, e o representante mais típico éBWY或BWRTermostato de nível de óleo da série.

• Princípio de funcionamento: o principal uso de pacotes de temperatura dentro do meio sensível à temperatura (líquido ou gás) por expansão térmica, através do tubo capilar, será transferido para a pressão do elemento elástico (tubo de Bourdon), de modo a acionar o ponteiro para indicar a temperatura. Alguns transformadores pequenos também usam termômetro bimetálico.

• Prós:

  • Alta confiabilidade: Estrutura puramente mecânica, não depende de fonte de alimentação externa, mesmo que toda a perda de energia da estação possa ser lida intuitivamente no campo.

  • Proteção primária: Geralmente com contatos de alarme e disparo (hard nodes), diretamente conectados ao loop de controle, é uma parte importante da proteção não elétrica do transformador.

  • Baixo custo: Simples de manter e menos dispendioso.

• Limitações:

  • Precisão limitada: As unidades mecânicas estão sujeitas a erros e têm um tempo de resposta lento.

  • Função única: Normalmente, somente a temperatura superior do óleo pode ser medida, o que dificulta a realização de uma análise de precisão digital remota.

2. sensores eletrônicos de temperatura (PT100/ RTD)

À medida que o nível de automação da subestação aumenta, as indicações puramente mecânicas não conseguem mais atender às necessidades dos sistemas SCADA (aquisição de dados e controle de supervisão), e o PT100 se tornou o pilar do monitoramento digital.

• Princípio de funcionamento: o uso do valor de resistência da platina metálica (Pt) com mudanças de temperatura e mudança linear das características do PT100, ou seja, a 0 ℃, o valor de resistência é de 100 Ω. Por meio do transmissor, ele será convertido em um sinal de resistência padrão de sinal de corrente de 4-20 mA ou transmissão de sinal digital Modbus para o fundo.

• Prós:

  • Alta precisão e boa linearidade: Ampla faixa de medição e muita precisão dentro da zona de temperatura operacional.

  • Fácil integração: Acesso conveniente a sistemas de automação integrados para monitoramento remoto em tempo real e análise de tendências de dados históricos.

• Limitações:

  • Fraco recurso anti-interferência: Existem fortes campos eletromagnéticos ao redor do transformador, e os cabos e sondas de metal tendem a induzir tensões interferentes, resultando em saltos ou distorções nos dados de medição, o que exige excelentes medidas de blindagem.

  • Riscos de isolamento: Por ser um condutor de metal, ele não consegue penetrar profundamente na região de alta tensão dentro dos enrolamentos do transformador para medição direta e, normalmente, só pode ser usado para medir a temperatura da parede do tanque ou do óleo superior.

3. tecnologia de medição de temperatura por fibra óptica (fibra fluorescente/fibra de grade)

A medição de temperatura por fibra óptica representa a direção atual da tecnologia de ponta em cenários como extra-alta tensão, grandes transformadores principais e cenários com altas exigências de inteligência. EspecialmenteMedição de temperatura por fibra óptica fluorescentefavorecida por suas propriedades isolantes exclusivas.

• Como funciona:

  • Princípio do brilho residual da fluorescência: A substância fluorescente na extremidade da sonda é excitada pela luz pulsada e emite um brilho posterior, cuja vida útil (tempo de decaimento) está monotonicamente relacionada à temperatura. Ao calcular o tempo de decaimento, a temperatura pode ser determinada com precisão.

• Principais pontos fortes:

  • Intrinsecamente seguro (alto isolamento) A fibra óptica é feita de dióxido de silício, que é completamente isolado e passivo. Isso significa que ela podePré-embutido diretamente nos enrolamentos do transformador(ou seja, monitoramento do “ponto quente do enrolamento”), o que é absolutamente impossível com PT100 e termômetros mecânicos.

  • Imunidade eletromagnética: A transmissão do sinal óptico é totalmente livre da interferência de fortes campos eletromagnéticos do transformador, os dados são estáveis e confiáveis, e não é necessária nenhuma camada de blindagem.

  • Longevidade: Resistentes à corrosão e a ambientes com óleo de alta pressão, eles geralmente são projetados para durar até 30 anos, a mesma vida útil do transformador.

• Cenários aplicáveis:

  • Necessidade de monitoramento diretoTemperatura do ponto quente do enrolamento(Winding Hot Spot) chave do transformador principal.

  • Transformadores conversores ou equipamentos de extra-alta tensão com ambientes eletromagnéticos extremamente complexos.

Resumo e recomendações de seleção

Conclusão:

Na construção de subestações inteligentes modernas, esses três métodos geralmente não são “um ou outro”, mas complementares e coexistentes. Os termômetros mecânicos geralmente são configurados para indicação in situ e proteção básica, o PT100 é usado para transmitir remotamente a temperatura do óleo superior e os sistemas de medição de temperatura por fibra óptica são introduzidos para monitorar com precisão as temperaturas do ponto mais quente dos enrolamentos, o coração do transformador, a fim de avaliar com precisão a capacidade de sobrecarga e a vida útil do isolamento do transformador.