Какие существуют методы контроля температуры и датчики для сухих трансформаторов?

Безопасная работа и срок службы сухого трансформатора напрямую зависят от состояния его изоляционных материалов, а температура является наиболее критическим фактором, влияющим на скорость старения изоляционных материалов. Поэтому точный и надежный контроль температуры является основой системы защиты сухих трансформаторов. В отличие от масляных трансформаторов, для изоляции и охлаждения которых используется трансформаторное масло, сухие трансформаторы в основном используют воздух (естественная конвекция или принудительное воздушное охлаждение) и твердые изоляционные материалы (например, эпоксидные смолы, изоляционную бумагу и т. д.), что предъявляет более жесткие требования к мониторингу внутренних горячих точек.

Ниже приведено подробное описание всех основных способов контроля температуры сухих трансформаторов, от сердечника до вспомогательных и от внутренних до внешних:

Режим 1: Прямое измерение температуры встроенной обмотки

Это основной и главный метод контроля. Датчики предварительно встраиваются непосредственно в обмотки или близко к их поверхности в процессе изготовления трансформатора, чтобы наиболее непосредственно отражать фактическую температуру обмоток, самого горячего компонента.

1. платиновые датчики температуры (Pt100/Pt1000)

Это наиболее распространенный, стандартный и широко используемый метод измерения температуры в сухих трансформаторах.

• Место развертывания: При изготовлении трансформатора платиновые термочувствительные элементы (обычно три, соответствующие трехфазным обмоткам A, B и C) предварительно встраиваются в верхнюю часть трехфазной низковольтной обмотки вблизи выводного конца. Эта область обычно является горячей точкой, где обмотка рассеивает меньше всего тепла и имеет самую высокую температуру. Датчики прочно закрепляются в зазоре между витками обмотки и заливаются эпоксидной смолой или погружаются в вакуум под давлением VPI вместе с обмоткой, становясь постоянной частью корпуса трансформатора.

• Принцип работы: Используя физическое свойство, что значение сопротивления чистой платиновой проволоки точно и линейно изменяется с температурой. pt100 означает значение сопротивления 100,00 Ом при 0 °C. Терморегулятор подает очень маленький постоянный измерительный ток на платиновый датчик сопротивления через специальный экранированный кабель, а затем точно измеряет напряжение на датчике. В соответствии с законом Ома (сопротивление = напряжение/ток) можно рассчитать текущее значение сопротивления датчика. Поскольку существует международно признанное стандартное соответствие между значением сопротивления платинового резистора и его температурой (температурная шкала ITS-90), контроллер может найти таблицу для точного преобразования значения сопротивления в текущее значение температуры.

• Компоненты системы::

  • термочувствительный элемент: платиновые резисторы Pt100, предварительно вмонтированные в обмотку.

  • соединительный провод: Специальные провода, идущие от датчика, устойчивые к высоким температурам и экранированные для предотвращения электромагнитных помех.

  • Контроллер температуры: Основное устройство, принимающее и обрабатывающее сигналы датчиков.

• Функции и особенности::

  • высокоточный: Точное измерение с хорошей линейностью.

  • хорошая стабильность: Долгосрочные эксплуатационные характеристики стабильны и имеют низкий уровень дрейфа.

  • стандартизацияPt100 - это международный стандарт с хорошей взаимозаменяемостью.

  • ограниченияТочность показаний в значительной степени зависит от точного выравнивания фактической горячей точки в предварительно вмонтированном месте во время производства.

2. Оптоволоконные датчики температуры

Это более прогрессивный, но и более дорогостоящий способ, используемый в основном при высоком уровне напряжения, большой мощности или особых требованиях к сухим трансформаторам.

• Место развертывания: Небольшой размер волоконно-оптического датчика позволяет более гибко размещать его внутри трансформатора. Их можно крепить непосредственно к поверхности высоковольтной обмотки или даже закапывать внутрь обмотки, что невозможно при использовании традиционных металлических датчиков (например, Pt100) из-за проблем с изоляцией.

• Принцип работы: Волоконно-оптическая технология измерения температуры имеет несколько принципов реализации, обычно используемых в трансформаторах:

  • Флуоресцентное волоконно-оптическое измерение температурыНа конец оптического волокна нанесен небольшой кусочек специального редкоземельного флуоресцентного материала. Устройство для измерения температуры излучает через оптическое волокно возбуждающий свет определенной длины волны, а флуоресцентный материал поглощает энергию и излучает флуоресценцию. Когда возбуждающий свет прекращается, время затухания (время жизни) флуоресценции точно соответствует температуре. Хозяин рассчитывает температуру, измеряя это время затухания.

• Компоненты системы::

  • Оптоволоконные датчикиОптические волокна с термочувствительными материалами или решетками.

  • Волоконно-оптический демодулятор (блок измерения температуры): Отвечает за передачу и прием световых сигналов, а также их подсчет и отображение.

  • оптическое соединение: Используется для подключения зонда к основному устройству.

• Функции и особенности::

  • искробезопасность: полный электроизолятор, невосприимчивый к любым электромагнитным помехам (EMI/RFI) и безопасный для прямого контакта с высоковольтными компонентами.

  • Точность измерения: Высокая точность и быстрое время отклика.

  • Многоточечное измерениеВолоконно-оптическая технология измерения температуры позволяет одновременно отслеживать различные температуры горячих точек в трансформаторе, что позволяет более полно отразить распределение горячих точек.

Режим 2: Бесконтактное измерение температуры внешней поверхности

Этот подход позволяет не заходить внутрь трансформатора, а осуществлять мониторинг и проверку путем определения температуры его внешней поверхности.

3. инфракрасное тепловизионное обнаружение

Это очень эффективный инструмент для проверки и диагностики, но не основное средство защиты в режиме реального времени.

• Место развертывания: Оператор держит в руках инфракрасную камеру или устанавливает стационарную инфракрасную камеру в трансформаторном помещении и сканирует поверхность обмоток, сердечника, выводов, вводов и т. д. трансформатора.

• Принцип работы: Любой объект с температурой выше абсолютного нуля излучает инфракрасную энергию. Чем выше температура объекта, тем больше инфракрасной энергии он излучает. Тепловизионная камера принимает инфракрасное излучение с поверхности объекта с помощью своих внутренних инфракрасных детекторов (матрица в фокальной плоскости) и преобразует его в электрический сигнал. После обработки система генерирует "тепловую карту" в псевдоцветах, где разные цвета на изображении обозначают разные температуры, что позволяет человеческому глазу визуализировать распределение температуры на поверхности объекта.

• Компоненты системы: Ручные или стационарные тепловизионные камеры.

• Функции и особенности::

  • бесконтактный: Нет необходимости в отключении электроэнергии, а испытания можно проводить при работающем трансформаторе, что очень безопасно.

  • всеобъемлющий и интуитивно понятныйЭто позволяет получить изображение "температурной поверхности", а не "температурной точки", что дает возможность быстро обнаружить локальные дефекты перегрева и особенно эффективно для проверки ослабленных клемм и плохого контакта.

  • Измерение температуры поверхности: Он измеряет только температуру поверхности обмоток или сердечника трансформатора и не отражает максимальную температуру внутренних обмоток, и его показания будут намного ниже, чем фактическая температура горячей точки внутри обмоток.

  • дополнительная диагностика: В основном используется для регулярных проверок и профилактического обслуживания с целью выявления потенциальных проблем, а не для контроля и защиты в режиме реального времени.

Способ III: Другие критические компоненты и мониторинг температуры окружающей среды

Помимо контроля температуры обмотки сердечника, важно также контролировать температуру сердечника и окружающей среды.

4. контроль температуры ядра

• Место развертывания: Датчик температуры (Pt100 или термопара) обычно устанавливается на ярмо (верхнее ярмо) или зажим сердечника.

• Принцип работы: Тот же принцип, что и при измерении температуры обмотки, используется для измерения температуры железного сердечника.

• Функции и особенности: Аномально высокая температура сердечника может указывать на такие неисправности, как множественные точки заземления в сердечнике, чрезмерные вихревые токи из-за повреждения изоляции между пластинами кремниевой стали и так далее. Мониторинг температуры сердечника может служить основой для сигнализации и диагностики этих специфических неисправностей.

5. мониторинг температуры окружающей среды

• Место развертывания: В помещении или шкафу, в котором находится трансформатор, выберите место для датчика температуры, которое соответствует температуре окружающего охлаждающего воздуха и не подвержено прямому тепловому излучению от трансформатора.

• Принцип работы: Измеряет температуру охлаждающей среды (воздуха).

• Функции и особенности: Температура окружающей среды является эталоном для расчета повышения температуры трансформатора. Повышенная температура окружающей среды может значительно снизить способность трансформатора отводить тепло, тем самым ограничивая его нагрузочную способность. Мониторинг температуры окружающей среды может использоваться для управления системой вентиляции в трансформаторном помещении или для раннего предупреждения о слишком высокой температуре окружающей среды.

Реферат и системная интеграция: системы контроля температуры

Все вышеперечисленные датчики - это просто "глаза", они видят данные, которые в конечном итоге должны быть собраны в "мозге" для обработки, этим "мозгом" является Регулятор температуры сухого трансформатора.

ПолныйТермостат с сухим трансформаторомСледующие основные функции обычно комбинируются различными способами, как описано выше, и реализуются умным термостатом:

1. Трехфазный температурный патруль и индикация: Автоматическое отображение в реальном времени температуры фазных обмоток A, B и C по очереди, а также возможность ручного переключения для просмотра самой высокой температуры фазы.

2. Автоматическое управление вентиляторомКогда температура любой фазы обмотки достигает заданного значения "запуск вентилятора", контроллер автоматически замыкает контакты реле для запуска вентилятора.Охлаждающие вентиляторыПринудительное воздушное охлаждение; когда температура падает до значения "остановка вентилятора", вентилятор автоматически отключается для экономии энергии и снижения уровня шума.

3. Сигнализация превышения температурыКогда температура любой фазы обмотки достигает заданного значения "тревоги", контроллер подает звуковые и световые сигналы тревоги, чтобы напомнить оператору о необходимости обратить внимание.

4. Отключение при перегревеКогда температура любой фазы обмотки достигает заданного значения "отключения" (что является последней линией защиты изоляции), контроллер выдает набор пассивных сигналов отключения на выключатель высоковольтной стороны трансформатора, чтобы тот сработал, отключил питание трансформатора и выполнил окончательную защиту.

5. Обнаружение неисправности датчиков: Контроллер может автоматически определять наличие обрыва или короткого замыкания в датчике и подавать сигнал о неисправности.

6. Дистанционная передача данныхСовременные терморегуляторы обычно имеют коммуникационные интерфейсы RS485 и поддерживают стандартные протоколы, такие как Modbus, что позволяет удаленно передавать все данные о температуре и состоянии оборудования в внутреннюю систему мониторинга (SCADA).