Датчики контроля температуры масляных трансформаторов

发布时间：7 августа 2025 09:26:43

Масляные трансформаторы используют изоляционное масло в качестве охлаждающей и изолирующей среды и широко применяются в системах передачи и распределения электроэнергии. Его рабочая температура (особенно температура обмотки и масла) напрямую влияет на скорость старения изоляционного масла и срок службы оборудования, слишком высокая температура может привести к порче масла, пробою изоляции или даже пожару.датчик температурыЯвляясь основным компонентом системы мониторинга состояния масляных трансформаторов, он может фиксировать изменение температуры в реальном времени и предоставлять ключевые данные для контроля теплоотдачи и раннего предупреждения о неисправностях, что является важным средством обеспечения безопасной работы оборудования.

I. Специфика температурного мониторинга масляных трансформаторов

В отличие от сухих трансформаторов, контроль температуры масляных трансформаторов должен быть адаптирован к ихМасляная среда, высокая температура и давление, уплотнительная конструкцияи другие особенности:

Изоляционное масло циркулирует во время работы, и циркуляция масла влияет на распределение температуры (температура верхнего слоя обычно выше, чем нижнего);
Температура обмотки - основной показатель мониторинга, но обмотки погружены в масло, что затрудняет прямое измерение (необходимо проникать в изоляцию или полагаться на косвенную экстраполяцию);
Датчик должен быть устойчив к химической коррозии изоляционных масел (например, минерального или синтетического) и адаптироваться к диапазону температур от - 30°C до 150°C;
Некоторые сценарии требуют взрывобезопасного исполнения (например, герметичные пространства, такие как нефтяные подушки и резервуары, чтобы избежать взрыва паров нефти, вызванного искрами).

Во-вторых, распространенные типы и характеристики датчиков температуры

Датчики температуры масляного трансформатора должны учитывать точность измерения, приспособленность к окружающей среде и простоту установки, распространенными типами являются следующие:

1. платиновые датчики сопротивления (Pt100)

теория: Исходя из того, что сопротивление платинового металла линейно изменяется с температурой (сопротивление 100Ω при 0°C), температура преобразуется путем измерения значения сопротивления.
особенности::

Высокая точность (погрешность ≤ ± 0,1 ℃ ~ ± 0,5 ℃), хорошая линейность, подходит для измерения температуры масла, поверхности обмотки и других прямых контактных измерений температуры;
Стабильный, долгий срок службы (до 10 лет и более), выдерживает длительное погружение в изоляционное масло (необходимо заключить в коррозионностойкий корпус);
Он требует проводной передачи данных, подвержен электромагнитным помехам (требуется металлический экранирующий провод) и имеет небольшие размеры (диаметр 5~10 мм), что позволяет встраивать его в топливные баки или масляные подушки.
Применимые сценарии::
Контроль температуры масла в верхней части бака (непосредственно погружен в масло, отражает общее состояние теплоотдачи);
Температура поверхности обмотки (крепится к внешней стороне обмотки с помощью изоляционного кронштейна, требуется изоляционная обработка).

2. термопарные датчики (тип K, тип E)

теорияДва разных металла образуют цепь, разность температур создает термоэлектрический потенциал (эффект Зеебека), а температура преобразуется из значения потенциала.
особенности::

Широкий температурный диапазон (-200℃~1300℃), может быть адаптирован к высокой температуре трансформатора сценарии кратковременной перегрузки (например, обмотки кратковременной перегрев до 200℃);
Простая конструкция, низкая стоимость, устойчивость к вибрации и ударам, устойчивость к масляной коррозии при заключении в металлический корпус;
Низкая точность (погрешность ±1℃~±3℃), требуется компенсация холодного конца (температура окружающей среды влияет на измерение), линейность хуже, чем у платинового сопротивления.
Применимые сценарии::
Мониторинг не высокоточных потребностей, таких как температура масла на дне резервуара и температура сердечника;
Используется в качестве резервного датчика для платиновых резисторов для резервного контроля при экстремальных температурах.

3. регулятор температуры масла со встроенным датчиком (манометрическим термометром)

теория: Традиционный механический прибор для измерения температуры, состоящий из температурного пакета (термочувствительного элемента), капиллярной трубки и измерительной головки. Пакет заполнен термочувствительной средой (например, эфиром, спиртом), которая расширяется/сжимается при изменении температуры, передает давление через капиллярную трубку и приводит в движение указатель на измерительной головке для отображения температуры.
особенности::

Не требует электропитания, искробезопасен (нет риска электрического искрения), подходит для взрывобезопасных сценариев (например, на верху топливных баков);
Прочная конструкция, устойчивая к воздействию масла и вибрации, простое обслуживание (срок службы более 15 лет);
Низкая точность (погрешность ±2℃~±5℃), медленное время отклика (минутный уровень), невозможность прямого вывода электрических сигналов (необходимо сопряжение с контактами для простого управления).
Применимые сценарии::
Регулярный контроль температуры масла в масляных трансформаторах (особенно в трансформаторах малого и среднего размера) в качестве основного или резервного средства измерения температуры;
Основные сценарии управления, в которых необходимо связать системы охлаждения (например, масляные насосы, вентиляторы).

4. Флуоресцентные волоконно-оптические датчики

теорияИзмерение температуры основано на "температурно-флуоресцентном свойстве" флуоресцентных материалов. Флуоресцентный материал в датчике-зонде излучает флуоресценцию после возбуждения светом определенной длины волны (например, синим), и скорость затухания интенсивности флуоресценции (время жизни) ускоряется при повышении температуры, так что температура может быть точно преобразована в температуру путем обнаружения изменения времени жизни флуоресценции.
особенности::

Чрезвычайно высокая устойчивость к электромагнитным помехам (передача оптических сигналов по оптическому волокну, отсутствие проводящих частей), полная адаптация к трансформатору высокого напряжения со стороны сильной электромагнитной обстановки;
Высокая точность измерений (погрешность ≤±0,5°C), быстрое время отклика (миллисекунды), фиксация колебаний температуры обмотки в реальном времени;
Устойчивость к масляной коррозии, высокая температура (долгосрочная рабочая температура - 50 ℃ ~ 200 ℃), зонд небольшой (диаметр ≤ 2 мм), может быть встроен внутрь обмотки без повреждения изоляции;
Оптоволокно по своей природе гибкое, что позволяет легко прокладывать его через сложную структуру трансформатора, и искробезопасное (без риска электрических искр) для взрывобезопасных сценариев.
Применимые сценарии::
Прямой мониторинг горячих точек обмотки в больших масляных трансформаторах (что точно отражает самую высокую температуру обмотки и является основной информацией для оценки старения изоляции);
Сценарии, требующие высокой точности измерений и защиты от помех (например, трансформаторы 220 кВ и выше);
Там, где требуется длительная стабильная работа при низких затратах на обслуживание (флуоресцентные материалы могут служить более 10 лет).

5. инфракрасные датчики (бесконтактные)

теория: Преобразование температуры путем обнаружения энергии инфракрасного излучения на поверхности устройства (необходимо проникновение).указатель уровня масла(Стекло или монитор снаружи резервуара).
особенности::

Бесконтактное измерение без нарушения герметичности бака (подходит для модернизации старых трансформаторов);
Гибкая установка, дистанционный мониторинг внешней стенки резервуара, масляной подушки, температуры поверхности уровня масла;
Большая погрешность (±3℃~±10℃), большое влияние окружающей среды (например, пятна на датчике уровня масла, прямые солнечные лучи), невозможность измерения внутренней температуры.
Применимые сценарии::
В дополнение к контактным датчикам контролируется общее тепловое состояние резервуара;
Старые трансформаторы или сценарии временного мониторинга, где неудобно устанавливать контактные датчики.

III. Основные точки контроля и требования к установке

Распределение температуры в масляных трансформаторах тесно связано с циркуляцией масла и распределением потерь, поэтому точки контроля сердечника и установка датчиков должны отвечать следующим требованиям:

точка мониторинга	Цель мониторинга	Рекомендуемые типы датчиков	Требования к установке
Температура верхнего слоя масла	Отражает общее тепловое состояние трансформатора (наиболее часто используемый показатель).	Pt100, термометр для измерения давления	Температурный блок/зонд погружен в верхний слой масла в резервуаре (глубина ≥100 мм), вдали от источников тепла (например, обмоток)
Горячая точка намотки	Оценка скорости старения изоляции (наиболее опасные места)	Флуоресцентный волоконно-оптический датчик, Pt100 (непрямой)	Флуоресцентный волоконно-оптический зонд для встраивания в обмотку (предварительно встраивается в зазор шпули при производстве); Pt100 может быть преобразован из температуры верхнего слоя масла + повышение температуры (более высокая погрешность)
Температура ядра	Мониторинг локального перегрева, вызванного вихревыми токами в железном сердечнике	Термопара, Pt100	Крепится к зажимам сердечника, требуется изоляционный пакет (во избежание короткого замыкания)
температура окружающей среды	Помогает определить условия отвода тепла (например, высокая температура окружающей среды)	Pt100	Устанавливается на расстоянии 2~3 м вокруг трансформатора, избегайте попадания прямых солнечных лучей.

IV. Ключевые факторы для выбора

При выборе датчика температуры масляного трансформатора необходимо учитывать параметры оборудования, условия эксплуатации и всестороннюю оценку:

Диапазон температур: Охватывает нормальные рабочие температуры (от 40°C до 100°C) и температуры кратковременных перегрузок (например, от 120°C до 150°C);
Требования к точности: Горячие точки обмотки необходимо контролировать с точностью до ±1°C (предпочтительнее флуоресцентная оптоволоконная система), температуру верхнего масла можно регулировать с точностью до ±2°C (достаточно Pt100);
экологическая адаптация: Устойчивость к коррозии под воздействием изоляционного масла (опционально - корпус из нержавеющей стали), взрывобезопасность (например, одобрение Ex dⅡCT4), водонепроницаемость (защита IP68);
Возможность установки: Миниатюрные датчики (диаметр ≤ 5 мм) необходимы для встраивания в обмотку, а соответствующие интерфейсы (например, резьба M27 x 2) - для монтажа в резервуаре;
Совместимость сигналов: Необходимо взаимодействие с термостатом и системой SCADA (например, выход 4~20 мА, RS485) для удаленного мониторинга и управления.

V. Типовая конфигурация системы мониторинга температуры

Системы контроля температуры для масляных трансформаторов обычно состоят из "датчик + термостат + исполнительный механизм":

преобразователи: Сбор данных о температуре масла, температуре обмотки (прямой или косвенной);
термостат: Принимает сигналы датчиков, отображает температуру и устанавливает пороговые значения (например, 80°C для запуска вентилятора, 100°C для тревоги, 130°C для отключения);
приводы: Охлаждающее оборудование (масляные насосы, вентиляторы), перегрев автоматически включает охлаждение, экстремальные условия вызывают срабатывание защиты.

Примечание: В больших трансформаторах часто используется комбинация "флуоресцентное оптоволокно прямого измерения обмотки + Pt100 измерение температуры масла", с учетом точности и надежности.

резюме

Датчики температуры для масляных трансформаторов должны быть адаптированы к особым условиям эксплуатации, таким как масляная среда, высокая температура и высокое давление.Pt100Это первый выбор для контроля температуры масла в верхней части корпуса благодаря балансу точности и экономичности;Флуоресцентные волоконно-оптические датчикиОбладая такими преимуществами, как высокая устойчивость к электромагнитным помехам, высокая точность и возможность встраивания в обмотку, он идеально подходит для прямого измерения горячих точек обмотки;Термометры для измерения давленияЗатем он по-прежнему широко используется в малых и средних трансформаторах (искробезопасность, простота обслуживания). Фактический выбор должен сочетаться с размерами оборудования, целями мониторинга и стоимостью, чтобы обеспечить точность и надежность данных о температуре и гарантировать безопасную эксплуатацию трансформатора.