So messen Sie die Temperatur in Transformatoren? Die Vorteile der Verwendung fluoreszierender optischer Fasern zur Messung von Wicklungen

Methode zur Messung der Transformatortemperatur
Es gibt drei Arten von Online-Messmethoden für die Wicklungstemperatur von Transformatoren, nämlich direkte Messmethode, indirekte Berechnungsmethode, und thermische Simulationsmessmethode.

Direkte Messmethode

Bei der direkten Messmethode werden in der Regel Temperaturmesselemente bereits bei der Herstellung eingebettet, und die Anzahl der Einbettungspunkte ist direkt proportional zur Genauigkeit der Messung. Zum Beispiel, Durch die Platzierung von faseroptischen Temperatursensoren in der Nähe der Wicklung oder im Wicklungsdrahtkuchen kann die Hot-Spot-Temperatur der Transformatorwicklung direkt ermittelt werden. Dies liegt daran, dass das vom faseroptischen Temperatursensor empfangene Signal nicht so leicht durch das elektromagnetische Feld im Transformator beeinflusst wird, und die gemessenen Ergebnisse sind genauer. Doch diese Methode hat auch ihre Nachteile, einerseits, Die Wartung ist schwierig und die Kosten sind extrem hoch; Auf der anderen Seite, Das Einbetten von Sensoren in die Wicklung erfordert hohe Anforderungen an die Konstruktion der Isolationsstruktur, Dies kann leicht den normalen Betrieb des Transformators beeinträchtigen. Darüber hinaus, aufgrund der Unsicherheit über die Lage des kurvenreichen Hotspots, Der Ort, an dem der Sensor vergraben ist, muss nicht unbedingt der heißeste Ort sein, und das Messergebnis ist möglicherweise nicht die Hotspot-Temperatur der Wicklung.
Für Trockentransformatoren und Öltransformatoren, Die Prüfspannung beträgt normalerweise 500 V bis 5 kV (Die spezifische Spannung sollte entsprechend der Nennspannung des Transformators ausgewählt werden). Die Testmethode ist dieselbe, aber die Testumgebung sollte anders sein. Die Prüfung von Trockentransformatoren sollte in einer trockenen Umgebung durchgeführt werden. Zu den Temperaturanstiegstestmethoden gehört die Direktlastmethode, Methode der gegenseitigen Belastung, zyklische Strommethode, Nullstromverfahren, Kurzschlussmethode, usw. Darunter, Die Kurzschlussmethode erfordert die niedrigste Prüfspannung und die kleinste Leistungskapazität. Für Öltransformatoren, Die nationale Norm schreibt vor, dass die Kurzschlussmethode die Standardmethode für die Temperaturanstiegsprüfung ist.

Indirekte Berechnungsmethode

Die indirekte Berechnungsmethode basiert auf der Erstellung eines thermischen Modells für die Isolationsstruktur von Transformatoren, kombiniert mit Fertigungserfahrung und den Standards IEC345/GB1564, eine Formel zur Berechnung des Temperaturanstiegs von Hotspots abzuleiten. Seine Vorteile sind Wirtschaftlichkeit, Einfachheit, und starke Praktikabilität; Der Nachteil besteht darin, dass die Berechnungen komplex sind, Viele davon basieren auf Erfahrung und weisen eine schwache Universalität auf. Auf Transformatorstandorten sind sie in der Regel nicht anwendbar, und unterschiedliche Isolationsaufbauten können zu gewissen Abweichungen in den Ergebnissen führen.
Methode zur thermischen Simulationsmessung
Bei der thermischen Simulationsmethode werden Temperaturmessgeräte für die thermische Simulation installiert (wie zum Beispiel Wicklungstemperaturanzeigen, usw.) in Transformatoren zur Umwandlung der Wicklungstemperatur. Der Vorteil dieser Methode besteht darin, dass sie wirtschaftlich ist und das Kühlsystem direkt starten kann; Der Nachteil ist die geringe Genauigkeit und es gibt einen gewissen Zeitunterschied bei der Temperaturmessung.

Das Prinzip der Wicklungstemperaturmessung mit fluoreszierender optischer Faser

Das fluoreszenzfaseroptische Temperaturmesssystem ist eine Technologie, die die Anregung fluoreszierender Substanzen innerhalb der optischen Faser nutzt, um eine Temperaturmessung zu erreichen. Wenn die Anregungslichtquelle auf eine optische Faser trifft, die eine fluoreszierende Substanz enthält, Die fluoreszierende Substanz wird angeregt und sendet ein Fluoreszenzsignal mit einer bestimmten Wellenlänge aus, und sein Nachleuchten ist proportional zur Temperatur. Durch die Erkennung der Veränderungen im Nachleuchten dieses Fluoreszenzsignals, die Temperatur am Ort der Lichtleitfaser kann berechnet werden. Speziell, durch Beschichten des Endes der optischen Faser mit einer fluoreszierenden Substanz und Messen der Abklingzeit der Fluoreszenzenergie, Der Temperaturwert des gemessenen Punktes kann durch Nutzung der intrinsischen Nachleuchtzeit-Temperaturkorrelation der fluoreszierenden Substanz ermittelt werden. Die Temperatur der Wicklung kann auch durch Überwachung der Fluoreszenzlebensdauer berechnet werden. Echtzeit, Ferngespräche, Durch entsprechende Glasfaserübertragung kann eine hochpräzise Temperaturüberwachung erreicht werden, Anregungslichtquellen, und Datenverarbeitung.

Die Vorteile der Verwendung fluoreszierender optischer Fasern zur Messung der Wickeltemperatur

hochpräzise
Fluoreszierende faseroptische Temperatursensoren verfügen über eine hohe Temperaturmessgenauigkeit und können eine präzise Überwachung der Transformatorwicklungstemperatur ermöglichen. Der faseroptische Temperatursensor mit Fluoreszenzeffekt ist für einen Temperaturbereich von geeignet -50 Zu 200 ℃, mit einer Genauigkeit von etwa ± 1 ℃. Es kann die Temperaturänderungen von Transformatorwicklungen in Echtzeit überwachen und genaue Messergebnisse liefern, um die subtilen Änderungen der Wicklungstemperatur rechtzeitig zu erfassen und den Betriebszustand von Transformatoren genau zu beurteilen.

Starke Anti-Interferenz-Fähigkeit
Aufgrund der hervorragenden elektrischen Isolierung optischer Fasern, Das Temperaturmesssystem mit fluoreszierenden Fasern wird nicht durch das interne elektromagnetische Feld von Transformatoren beeinflusst und kann in Betriebsumgebungen von Transformatoren mit hoher Spannung und starkem Magnetfeld stabil arbeiten. Diese Funktion macht die Messergebnisse zuverlässiger, reduziert Messfehler durch Interferenzen, und stellt die Genauigkeit und Wirksamkeit der Temperaturüberwachungsdaten sicher. Dies ist besonders wichtig für Geräte wie Transformatoren, die über komplexe interne Strukturen verfügen und im Betrieb große Mengen an Mikrowellen- und elektromagnetischen Störungen erzeugen.

schnelle Antwort

Faseroptische Sensoren verfügen über eine schnelle Reaktionsgeschwindigkeit und können abnormale Bedingungen in der Transformatorwicklungstemperatur umgehend erkennen. Sobald ein ungewöhnlicher Anstieg oder eine Schwankung der Wicklungstemperatur auftritt, Die Fluoreszierender faseroptischer Temperatursensor kann das Temperaturänderungssignal schnell erfassen und zeitnahes Feedback an das Überwachungssystem geben, damit das Betriebs- und Wartungspersonal rechtzeitig Gegenmaßnahmen ergreifen kann, Vermeiden Sie Geräteausfälle, und gewährleisten den sicheren und stabilen Betrieb des Transformators.

Hohe Sicherheit
Der faseroptische Sensor im fluoreszierendes faseroptisches Temperaturmesssystem selbst erzeugt keine gefährlichen Faktoren wie elektrische Funken, und verfügt über inhärente Sicherheitseigenschaften. Durch den Einsatz von Hochspannungsgeräten wie Transformatoren in der Umgebung können durch Sensorfaktoren verursachte Sicherheitsunfälle vermieden und die Sicherheit und Zuverlässigkeit des Gerätebetriebs verbessert werden. Gleichzeitig, Seine hohe Temperaturbeständigkeit passt sich auch an die Hochtemperaturumgebung während des Transformatorbetriebs an, Sicherstellen, dass es auch unter Hochtemperaturbedingungen weiterhin normal funktioniert und die Temperatur genau misst.

Flexibel und einfach zu installieren

Glasfasern zeichnen sich durch Flexibilität und geringe Größe aus, die bequem auf Transformatorwicklungen angeordnet werden können. Es nimmt nicht zu viel Platz ein, ist einfach zu installieren, und kann die Position der Sensoren je nach Bedarf flexibel anpassen, um die Temperatur an verschiedenen Positionen der Wicklung besser zu überwachen. Auf Wickelspulen können innenliegende Lichtwellenleiter angeordnet sein, Eisenkerne, Öloberflächen, und andere Teile entsprechend den Designanforderungen. Sie werden über Durchdringungen an Flanschen mit externen Lichtwellenleitern verbunden, und das optische Signal wird über die optische Faser an den Temperaturmess-Host übertragen, um die Temperatur am Messpunkt zu analysieren.

Geringe Wartungskosten

Im Vergleich zu einigen herkömmlichen Temperaturmessmethoden, Die Wartungskosten fluoreszierender faseroptischer Temperaturmesssysteme sind geringer. Aufgrund seiner starken Entstörungsfähigkeit und hohen Stabilität, Es reduziert den Wartungsaufwand und die Kosten, die durch Fehlerreparatur und häufige Kalibrierung entstehen. Und die Komponenten im System, wie etwa faseroptische Sensoren, haben eine längere Lebensdauer, Dadurch werden die Wartungskosten im Langzeitbetrieb weiter gesenkt und die Wirtschaftlichkeit des Transformatorbetriebs verbessert.

Vergleichende Analyse von Transformatortemperaturmesstechnologien

Vergleich zwischen direkter Messmethode und indirekter Berechnungsmethode

Direkte Messmethode
Vorteile: Wenn Temperaturmesskomponenten (wie faseroptische Temperatursensoren) lässt sich passgenau einbetten, Die Wicklungstemperatur kann direkt ermittelt werden, und die Messergebnisse sind relativ genau und intuitiv. Zum Beispiel, Durch die Platzierung von faseroptischen Temperatursensoren in der Nähe der Wicklung oder in der Wicklungsspule eines Transformators kann die Hot-Spot-Temperatur der Transformatorwicklung direkt ermittelt werden. Aufgrund der Anti-Interferenz-Eigenschaft von Fasern, die Messergebnisse sind genauer.
Nachteile: Temperaturmesselemente müssen bei der Herstellung eingebettet werden, und die Anzahl der Einbettungspunkte beeinflusst die Genauigkeit. Der Einbettungsprozess ist komplex und erfordert eine hochisolierende Strukturkonstruktion, Dies kann leicht den normalen Betrieb von Transformatoren beeinträchtigen. Und der Standort des kurvenreichen Hotspots ist ungewiss, Dies kann zu Messergebnissen führen, die nicht der tatsächlichen Hotspot-Temperatur entsprechen, und die Wartung ist schwierig und kostspielig. Zum Beispiel, beim Vergraben von Sensoren in Transformatorwicklungen, Verschiedene Faktoren wie die Einbaulage der Sensoren und die Isolationskoordination zu den Wicklungen müssen berücksichtigt werden. Sobald Probleme auftreten, Die Wartung ist schwierig und kostspielig.

Indirekte Berechnungsmethode
Vorteile: Es ist nicht erforderlich, komplexe Temperaturmesskomponenten in den Transformator einzubetten, relativ einfach und wirtschaftlich. Durch die Festlegung eines thermischen Modells und die Kombination von Fertigungserfahrung und relevanten Standards zur Ableitung einer Formel zur Berechnung des Temperaturanstiegs von Hot Spots, Es ist für einige vorläufige Schätzungen und einfache Bewertungen der Betriebsbedingungen von Transformatoren von gewisser Praktikabilität. Zum Beispiel, in einigen kleinen Transformatoren oder Situationen, in denen die Temperaturgenauigkeit nicht extrem hoch ist, Der ungefähre Bereich der Wicklungstemperatur kann durch indirekte Berechnungsmethoden schnell ermittelt werden.
Nachteile: Komplexe Berechnungen, Viele Berechnungen basieren auf Erfahrung, schwache Universalität, und unterschiedliche Isolationsaufbauten können zu Abweichungen in den Ergebnissen führen. Darüber hinaus, bei der tatsächlichen Anwendung von Transformatoren vor Ort, Sie können durch verschiedene Faktoren beeinflusst werden, Dadurch ist es schwierig, die Genauigkeit zu gewährleisten, und in der Regel ist es nicht möglich, Änderungen der Wicklungstemperatur in Echtzeit genau wiederzugeben.

Vergleich zwischen direkter Messmethode und thermischer Simulationsmessmethode

Direkte Messmethode

Vorteile: Die direkte Messmethode ermöglicht theoretisch eine nähere Annäherung an die tatsächliche Wicklungstemperatur, insbesondere bei Verwendung fortschrittlicher Temperaturmesskomponenten wie Lichtwellenleitern, was zu einer höheren Messgenauigkeit führt. Zum Beispiel, Faseroptische Temperatursensoren können die Temperatur rund um die Wicklung direkt erfassen, Vermeidung der Anhäufung von Fehlern, die durch indirekte Messungen verursacht werden.

Nachteile: Zusätzlich zu den oben erwähnten Schwierigkeiten bei der Bestattung und den hohen Wartungskosten, Die Messpunkte der direkten Messmethode sind begrenzt, Dadurch ist es schwierig, die Temperaturverteilung der gesamten Wicklung vollständig wiederzugeben. Aufgrund der komplexen Struktur der Transformatorwicklungen, Es ist schwierig, Sensoren an allen möglichen Hotspots einzubetten.

Methode zur thermischen Simulationsmessung

Vorteile: Die Installation von Temperaturmessgeräten mithilfe der thermischen Simulationsmethode ist relativ einfach, und die wirtschaftlichen Kosten sind relativ gering. Und es kann direkt mit dem Kühlsystem verknüpft werden. Wenn die Temperatur einen bestimmten Wert erreicht, Das Kühlsystem kann direkt gestartet werden, um einen gewissen Schutz für den Transformator zu gewährleisten. Zum Beispiel, in einigen herkömmlichen Öltransformatoren, Thermosimulations-Temperaturmessgeräte können die Wicklungstemperatur basierend auf der Öltemperatur und anderen Bedingungen umrechnen, und dann den Start des Kühlsystems steuern.
Nachteile: Schlechte Genauigkeit, Es gibt einen gewissen Zeitunterschied in der gemessenen Temperatur, und es kann die tatsächlichen Temperaturänderungen der Wicklung nicht in Echtzeit genau wiedergeben. Aufgrund der Tatsache, dass die Temperatur durch Simulationsumwandlung ermittelt wird, Es kann zu erheblichen Abweichungen von der tatsächlichen Wicklungstemperatur kommen, insbesondere in Situationen, in denen sich die Transformatorlast häufig ändert oder die Betriebsbedingungen komplex sind.
Vergleich zwischen fluoreszenzfaseroptischer Temperaturmessung und anderen direkten Messmethoden

Fluoreszenzfaseroptische Temperaturmessung

Vorteile: Zusätzlich zur direkten Messmethode kann die Temperatur direkt ermittelt werden, Die fluoreszenzfaseroptische Temperaturmessung zeichnet sich außerdem durch hohe Genauigkeit und Empfindlichkeit aus, wodurch eine präzise Überwachung der Temperatur erreicht werden kann. Gleichzeitig, Es bietet die Vorteile einer starken Entstörungsfähigkeit und geringer Wartungskosten. Zum Beispiel, seine Messgenauigkeit beträgt etwa ± 1 ℃, und es kann immer noch präzise Messungen in komplexen elektromagnetischen Umgebungen durchführen. Aufgrund der Eigenschaften optischer Fasern, Die Wartung ist relativ einfach und die langfristigen Betriebskosten sind niedrig.
Nachteile: Obwohl optische Fasern klein und flexibel sind, sie erfordern noch bestimmte Techniken und Verfahren zur Einbettung in Transformatorwicklungen. Eine unsachgemäße Einbettung kann die Messergebnisse beeinträchtigen. Und die Ausrüstungskosten des Fluoreszenzfaser-Temperaturmesssystems können relativ hoch sein, einschließlich der Beschaffungs- und Installationskosten von Komponenten wie Leuchtstofffaser und Demodulationshost.
Andere direkte Messmethoden (wie herkömmliche Thermoelemente, usw.)
Vorteile: Herkömmliche direkte Messmethoden wie Thermoelemente sind relativ ausgereift und finden bestimmte Anwendungen bei einigen einfachen Transformatortemperaturmessungen, die keine besonders hohe Genauigkeit erfordern. Zum Beispiel, in einigen kleinen Industrietransformatoren, Thermoelemente können zur Temperaturmessung einfach auf der Wickeloberfläche angebracht werden.
Nachteile: Thermoelemente und andere Sensoren sind anfällig für elektromagnetische Störungen, Dies führt zu erheblichen Messfehlern in stark elektromagnetischen Umgebungen wie Transformatoren. Darüber hinaus, seine Genauigkeit ist relativ gering, und die Reaktionsgeschwindigkeit kann langsam sein, die die Messanforderungen für eine hochpräzise und schnelle Reaktion der Transformatorwicklungstemperatur nicht erfüllen können.

Anwendungsbeispiele verschiedener Temperaturmessmethoden in Transformatoren

Anwendungsbeispiele der direkten Messmethode

In einigen großen Leistungstransformatoren, um die Wicklungstemperatur genau zu überwachen, die direkte Messmethode der Platzierung faseroptische Temperatursensoren Bei der Wicklung wird Drahtkuchen übernommen. Zum Beispiel, in Öltransformatoren von 110 kV und mehr, aufgrund der Bedeutung des Transformators und der hohen Anforderungen an die Betriebssicherheit, Es ist notwendig, die Temperatursituation der Wicklung genau zu erfassen. Durch genaues Einbetten des faseroptischen Temperatursensors in die Wickelspule während der Herstellung, Echtzeitinformationen zur Wicklungstemperatur können abgerufen werden. Anhand dieser Temperaturdaten kann das Betriebspersonal die Belastung des Transformators rechtzeitig anpassen, um Probleme wie Isolationsalterung durch Wicklungsüberhitzung zu vermeiden. In der Zwischenzeit, Diese Temperaturdaten können auch zur Fernüberwachung und -steuerung mit dem Überwachungssystem verbunden werden. Sobald die Temperatur den eingestellten Schwellenwert überschreitet (wie zum Beispiel die Alarmgrenze für die Wicklungstemperatur, die normalerweise zwischen liegt 90 ℃ und 95 ℃), Es kann rechtzeitig ein Alarmsignal ausgegeben werden, um das Betriebs- und Wartungspersonal zu informieren, entsprechende Maßnahmen zu ergreifen, B. die Erhöhung der Betriebsleistung der Kühlanlage oder die Reduzierung der Belastung des Transformators.

Anwendungsbeispiele der indirekten Berechnungsmethode

In einigen kleinen Verteilungstransformatoren, aufgrund ihrer geringen Größe, relativ einfache Betriebsbedingungen, und geringe Präzisionsanforderungen für die Temperaturmessung, Zur Schätzung der Wicklungstemperatur werden manchmal indirekte Berechnungsmethoden verwendet. Zum Beispiel, in einigen 10-kV-Verteilungstransformatoren in ländlichen Gebieten, Der Hot-Spot-Temperaturanstieg der Wicklung wird mithilfe empirischer Formeln berechnet, die auf Parametern wie der Nennkapazität basieren, Laststrom, Umgebungstemperatur, und Isolationsstruktur des Transformators. Mit dieser Methode kann eine grobe Einschätzung der Betriebstemperatur von Transformatoren erfolgen, ohne dass eine komplexe Temperaturmessausrüstung erforderlich ist. Jedoch, Diese Methode weist bestimmte Einschränkungen auf. Zum Beispiel, unter besonderen Arbeitsbedingungen wie hohen Temperaturen im Sommer und plötzlichem Anstieg der Transformatorlast, Die berechneten Ergebnisse können erhebliche Abweichungen von der tatsächlichen Temperatur aufweisen. daher, Das Betriebs- und Wartungspersonal muss Erfahrung und andere Überwachungsmethoden kombinieren (wie z. B. die Überwachung der Öloberflächentemperatur) um den Betriebszustand des Transformators umfassend zu beurteilen.

Anwendungsbeispiele der thermischen Simulationsmessmethode

In einigen gewöhnlichen Öltransformatoren, Temperaturmessgeräte zur thermischen Simulation (wie zum Beispiel Wicklungstemperaturanzeigen) dienen zur Umrechnung der Wicklungstemperatur. Zum Beispiel, in einigen kleinen und mittleren Fabriken’ Leistungstransformatoren, Temperaturmessgeräte zur thermischen Simulation berechnen die Wicklungstemperatur anhand von Parametern wie Öloberflächentemperatur und Transformatorlaststrom gemäß einer bestimmten Umrechnungsbeziehung. Diese Methode ist wirtschaftlich und praktisch, und kann mit dem Kühlsystem verbunden werden. Wenn die berechnete Wicklungstemperatur einen bestimmten Wert erreicht (wie etwa um 70 ℃, die je nach Transformator variieren kann), Zur Kühlung der Transformatoren können Kühlgeräte wie Kühlventilatoren oder Ölpumpen gestartet werden. Jedoch, aufgrund seiner relativ geringen Genauigkeit, In manchen Situationen, in denen eine hohe Temperaturgenauigkeit erforderlich ist, ist es möglicherweise nicht geeignet. Das Wartungspersonal muss den Transformator regelmäßig prüfen und warten, um seinen sicheren Betrieb zu gewährleisten.

Anwendungsbeispiele der fluoreszenzfaseroptischen Temperaturmessung

An einigen Orten, an denen die Zuverlässigkeit des Transformatorbetriebs extrem hoch ist, B. Leistungstransformatoren in großen Rechenzentren oder wichtige Transformatoren in Umspannwerken, fluoreszierend faseroptische Temperaturmesssysteme sind weit verbreitet. Nehmen wir als Beispiel den 10.000-kVA-Öltransformator in einem großen Rechenzentrum, In der Wicklung sind innenliegende Lichtwellenleiter angeordnet, Eisenkern, Öloberfläche und andere Teile zur Temperaturmessung mithilfe des Nachleuchtprinzips fluoreszierender optischer Fasern. Der interne Lichtwellenleiter wird über einen Stecker am Flansch mit dem externen Lichtwellenleiter verbunden, und das optische Signal wird an den Temperaturmess-Host übertragen, um die Temperatur am Messpunkt zu analysieren. Das fluoreszenzfaseroptische Temperaturmesssystem kann die Temperatur verschiedener Teile des Transformators in Echtzeit und mit hoher Genauigkeit überwachen, mit einer Genauigkeit von ± 1 ℃. Wenn die Wicklungstemperatur einen ungewöhnlichen Aufwärtstrend zeigt (wie ein schneller Anstieg der normalen Betriebstemperatur von 80 ℃), Das Überwachungssystem kann schnell erkennen und ein Alarmsignal ausgeben. In der Zwischenzeit, aufgrund der starken Entstörungsfähigkeit des fluoreszierenden faseroptischen Temperaturmesssystems, Es kann in der komplexen elektromagnetischen Umgebung von Transformatoren stabil arbeiten, Reduzierung von Fehlalarmen durch elektromagnetische Störungen. Zusätzlich, Durch die geringen Wartungskosten können auch die Betriebs- und Wartungskosten gesenkt werden, Verbesserung der Wirtschaftlichkeit und Sicherheit des Transformatorbetriebs im Langzeitbetrieb.