Thermische Zustandsüberwachung von Trockentransformatoren – Leitfaden zur technischen Analyse und Anwendung

• Wicklungen und Eisenkerne von Trockentransformatoren wie Gießharztransformatoren und Epoxidharztransformatoren sind die Hauptwärmequellen. Ihr thermischer Zustand bestimmt direkt die Lebensdauer der Isolierung. Für jeden Anstieg der Hot-Spot-Temperatur der Wicklungen um 6 °C, das Leben wird halbiert.
• Bei der Überwachung luftisolierter Transformatoren und Feststoffisolationstransformatoren muss die Temperatur jeder Heizkomponente genau erfasst werden. Traditionelle Methoden haben Einschränkungen, und fluoreszierende optische Fasern weisen unter den neuen Sensortechnologien die beste Gesamtleistung auf.
• In diesem Artikel werden Technologien zur Überwachung des thermischen Zustands für verschiedene Arten von Trockentransformatoren analysiert, vergleicht verschiedene Schemata, und bietet Auswahl- und Anwendungspunkte, die Ihnen helfen, effiziente Überwachungsmethoden zu beherrschen.

1. Hauptheizkomponenten und Ursachen der Wärmeerzeugung in Trockentransformatoren

Ob es sich um Gießharztransformatoren handelt, Transformatoren aus Epoxidharz, Luftisolierte Transformatoren, oder Feststoff-Isolationstransformatoren, Wärme entsteht hauptsächlich aus Energieverlusten bei der Stromumwandlung. Die wichtigsten Heizkomponenten und -mechanismen sind wie folgt:

1. Wicklungen (die wichtigste Wärmequelle):Kupferverlust (I²R) Die beim Stromfluss durch die Wicklungen erzeugte Wärme ist die Hauptwärmequelle für alle Arten von Trockentransformatoren. Für Gießharztransformatoren, Ihre Wicklungen sind fest mit Epoxidharz umwickelt, Daher ist die Wärmeableitungsbedingung komplexer als bei luftisolierten Transformatoren, und Hitze kann sich leicht ansammeln und so zu heißen Stellen führen. Die Wicklungsisolationsschicht von Epoxidharztransformatoren beschleunigt die Alterung aufgrund hoher Temperaturen über einen langen Zeitraum. Wenn der Laststrom steigt (wie Überlastbetrieb), Der Kupferverlust nimmt quadratisch zu, und die Temperatur steigt stark an. Zusätzlich, Ein Streufluss zwischen Windungen und Wicklungslagen führt zu Wirbelstromverlusten, was die Hitzeentwicklung zusätzlich verschlimmert. Hochspannungswicklungen sind aufgrund der höheren Windungszahl anfälliger für Hotspots, dünnere Drähte, und größere Wärmeerzeugung pro Volumeneinheit.
2. Eisenkern:Der Eisenkern erzeugt im magnetischen Wechselfeld Eisenverluste, einschließlich Hystereseverlust und Wirbelstromverlust. Diese Eigenschaft ist besonders deutlich bei Festkörper-Isolationstransformatoren zu erkennen – Die Wärmeleitfähigkeit fester Dämmstoffe ist relativ schlecht, und wenn die Wärme des Eisenkerns nicht rechtzeitig abgeführt werden kann, Es kann zu örtlicher Überhitzung kommen. Der Hystereseverlust hängt mit der Fläche der Hystereseschleife des Eisenkernmaterials zusammen, und Wirbelstromverluste werden durch Wirbelströme verursacht (zirkulierender Strom) im Eisenkern induziert. Wenn die Isolierung von Siliziumstahlblechen mit Eisenkern schlecht ist oder die Lamellen locker sind, Der Wirbelstromverlust wird erheblich zunehmen, was zu lokaler Überhitzung führt.
3. Anschlussdrähte und Verbindungsteile:Schlechter Kontakt an Anschlussteilen wie Wicklungsleitungen und Stufenschaltern führt zu Übergangswiderständen, was zu zusätzlicher Joule-Wärme führt. Diese Art der Wärmeerzeugung wird bei luftisolierten Transformatoren eher vernachlässigt, da ihre Isolierung auf Luftspalten beruht, und eine Überhitzung an den Kontaktpunkten kann sich direkt auf die Isolationsleistung auswirken. Während die Anschlussteile von Gießharztransformatoren durch Isolationsmaterialien abgedeckt sind, Daher ist die Wärmeentwicklung verborgener und kann bei normaler Belastung plötzlich ansteigen, Dies ist eine häufige Ursache für lokale Überhitzungsfehler.
4. Kühlventilatoren (Zusatzheizung):Zwangsluftgekühlte Epoxidharztransformatoren oder Feststoffisolationstransformatoren, Ihre Lüftermotoren erzeugen während des Betriebs eine geringe Wärmemenge, aber der Anteil ist sehr gering (normalerweise <1%). Die Hauptauswirkung besteht darin, dass der Lüfter ausfällt, Die Wärmeableitungseffizienz wird verringert, Dadurch wird der Temperaturanstieg anderer Komponenten indirekt verstärkt. Für selbstgekühlte luftisolierte Transformatoren, Das Fehlen von Lüftern macht sie stärker von der Wärmeableitungskonstruktion der Wicklungen selbst abhängig, Daher ist die Temperaturüberwachung von Heizkomponenten besonders wichtig.

Die Wärmeerzeugung dieser Komponenten interagiert miteinander: Die Wärme der Wicklungen wird durch Wärmeleitung auf den Eisenkern übertragen, und die Wärme des Eisenkerns wird durch Konvektion an die Umgebung abgegeben. Wenn eine Verbindung zur Wärmeableitung blockiert ist, es wird eine Kettenreaktion auslösen, was zu einer Gesamttemperatur führt.

2. Funktionsprinzip des thermischen Zustandsüberwachungssystems für Trockentransformatoren

Durch die thermische Zustandsüberwachung von Trockentransformatoren wird ermittelt, ob sich das Gerät in einem sicheren Betriebsbereich befindet Echtzeit-Erfassung der Temperaturverteilung und des Änderungstrends jeder Heizkomponente. Ob Gießharztransformatoren oder luftisolierte Transformatoren, Die Kernlogik ist dieselbe: Geräteverlust (Kupferverlust, Eisenverlust) wird in Wärme umgewandelt. Wenn die Wärmeableitungsrate geringer ist als die Wärmeerzeugungsrate, die Temperatur wird weiter steigen, Dies führt schließlich zur Alterung und zum Versagen der Isoliermaterialien (wie Epoxidharz, feste Dämmstoffe).

Das Überwachungssystem besteht in der Regel aus drei Teilen:

1. Sensorschicht: Direkter Kontakt mit oder in der Nähe von erhitzten Teilen (wie zum Beispiel Wicklungen, Eisenkern-Verbindungspunkte) Temperatursignale in übertragbare elektrische oder optische Signale umzuwandeln. Für Gießharztransformatoren, Für eine genaue Temperaturmessung muss es die Isolationsschicht durchdringen können. Für luftisolierte Transformatoren, Es muss sich an die Staubeinwirkung in der offenen Umgebung anpassen.
2. Übertragungsschicht: Übertragen Sie Signale über Kabel an die Verarbeitungseinheit, optische Fasern, oder drahtlose Mittel. Aufgrund der kompakten Isolationsstruktur von Festkörper-Isolationstransformatoren, An den Verdrahtungsraum von Übertragungsleitungen werden höhere Anforderungen gestellt.
3. Analyseebene: Echtzeitanalyse von Temperaturdaten, und lösen bei Überschreiten des Schwellenwerts einen Alarm aus (B. die Obergrenze der Hot-Spot-Temperatur von 155 °C für Epoxidharztransformatoren, was bei luftisolierten Transformatoren wegen der besseren Wärmeableitung entsprechend gelockert werden kann, aber einer strengen Überwachung bedarf).

Darunter, Die Art der Sensorschichttechnologie ist der zentrale Faktor, der die Überwachungswirkung bestimmt, direkten Einfluss auf die Genauigkeit und Zuverlässigkeit der Daten.

3. Umfassender Vergleich thermischer Zustandsüberwachungstechnologien für Trockentransformatoren

Unterschiedliche Technologien zur Überwachung des thermischen Zustands weisen erhebliche Leistungsunterschiede in Szenarien verschiedener Arten von Trockentransformatoren wie Gießharz auf, Epoxidharz, Luftisoliert, und solide Isolierung. Im Folgenden finden Sie einen Vergleich der Schlüsselparameter der Mainstream-Technologien:

Überwachungstechnologie	Wahrnehmungsprinzip	Temperaturmessbereich	Anti-elektromagnetische Interferenzfähigkeit	Installationsmethode	Langzeitstabilität	Kostenniveau	Anpassungsfähigkeit an verschiedene Arten von Transformatoren	Kernmängel
Thermistor (PT100)	Der Metallwiderstand ändert sich mit der Temperatur	-50~200℃	Arm	Oberflächenverklebung / Leitungsverkabelung	Arm (Muss jeden Tag kalibriert werden 3-5 Jahre)	Niedrig	Nur zur Oberflächentemperaturmessung von luftisolierten Transformatoren geeignet, kann die Harzschicht nicht durchdringen	Interne Hotspots der Wicklungen können nicht überwacht werden; Leitungen sind anfällig für elektromagnetische Störungen
Infrarot-Thermometer	Empfängt Infrarotstrahlung zur Berechnung der Temperatur	-20~300℃	Stark	Berührungslos (externe Installation)	Medium (durch Umgebungsstaub beeinträchtigt)	Medium	Allgemeine Anpassungsfähigkeit an luftisolierte Transformatoren, kann bei Gießharztransformatoren nicht in die Isolationsschicht eindringen	Das Beobachtungsfenster muss geöffnet werden, anfällig für Störungen durch Umgebungstemperatur und Luftfeuchtigkeit
Faser-Bragg-Gitter	Die Wellenlänge der Gitterreflexion ändert sich mit der Temperatur	-40~150℃	Stark	In Wicklungen implantieren / einfügen	Medium (neigen dazu, bei hohen Temperaturen abzudriften)	Hoch	Geeignet für Festkörper-Isolationstransformatoren, aber anfällig für Materialbeanspruchung bei Gießharztransformatoren	Komplexe Demodulationsausrüstung, Die Mehrpunktüberwachung erfordert eine Reihenschaltung, was zu einem Ausfall eines einzelnen Punktes führt, der sich auf das Ganze auswirkt
Drahtloser Sensor	Ein Funkfrequenzsignal überträgt Temperaturdaten	-30~125℃	Arm	Oberflächenadsorption	Arm (Akkulaufzeit 1-2 Jahre)	Medium	Kann für luftisolierte Transformatoren ausprobiert werden, Einfach abzuschirmende Signale für Gießharztransformatoren mit Metallgehäusen	In Umgebungen mit hohen Temperaturen versagt die Batterie schnell, Daten können leicht verloren gehen
Fluoreszierende optische Faser	Die Abklingzeit der Fluoreszenz ändert sich mit der Temperatur	-30~200℃	Extrem stark	In Wicklungen implantieren	Exzellent (wartungsfrei für mehr als 10 Jahre)	Mittelhoch	Für alle Typen geeignet, Besonders geeignet für die Innentemperaturmessung von Gießharz- und Feststoffisolationstransformatoren	Die Glasfaserverkabelung erfordert ein professionelles Design, mit Anforderungen an den Biegeradius
Verteilte Glasfaser	Optische Zeitbereichsreflexion (OTDR)	-50~250℃	Stark	Entlang der Windungen verlegen	Medium (Die Genauigkeit nimmt mit der Entfernung ab)	Hoch	Geeignet für große luftisolierte Transformatoren, Platzmangel in kompakten Festkörper-Isolationstransformatoren	Bestimmte Hotspots können nicht gefunden werden, kann nur die regionale Temperatur messen

Abschluss: Die fluoreszierende Glasfasertechnologie bietet die beste Gesamtleistung bei der thermischen Zustandsüberwachung verschiedener Trockentransformatoren, insbesondere in drei Kerndimensionen: interne Hotspot-Erfassung von Gießharztransformatoren, Entstörungsfähigkeit von luftisolierten Transformatoren, und Langzeitstabilität von Festkörper-Isolationstransformatoren, die anderen Technologien weit überlegen sind.

4. Technische Kernpunkte der thermischen Zustandsüberwachung für Trockentransformatoren

Eine effektive Überwachung des thermischen Zustands muss den besonderen Betriebsumgebungen verschiedener Arten von Trockentransformatoren gerecht werden. Die folgenden Punkte bestimmen die Zuverlässigkeit des Systems:

1. Genaue, an den Isolationstyp angepasste Überwachung:Sensoren für Gießharztransformatoren müssen in die mit Epoxidharz umwickelten Wicklungen implantiert werden, um Hot Spots direkt messen zu können; Bei luftisolierten Transformatoren müssen die Auswirkungen von Staub auf die Sensoren berücksichtigt und umweltfreundlichere Modelle ausgewählt werden; Transformatoren mit fester Isolierung, aufgrund ihrer kompakten Bauweise, erfordern Sensoren mit einem Durchmesser <2mm, um eine Beschädigung der Isolierung zu vermeiden.
2. Anti-Aging-Design für Materialeigenschaften:Das Überwachungssystem für Epoxidharztransformatoren muss der langfristigen chemischen Stabilität des Epoxidharzes nach dem Aushärten standhalten, und das Sensormaterial darf nicht mit dem Harz reagieren; Sensoren für luftisolierte Transformatoren müssen staub- und feuchtigkeitsbeständig sein, um sich an die offene Umgebung anzupassen.
3. Differenzierte Schwellenwerteinstellung:Unterschiedliche Dämmstoffe haben unterschiedliche Hitzebeständigkeitsgrade. Epoxidharz gehört zur Klasse F (Hotspot-Obergrenze 155℃), und einige feste Isoliermaterialien können Klasse H erreichen (180℃). Das Überwachungssystem muss je nach Transformatortyp entsprechende Schwellenwerte voreinstellen, um Fehlalarme oder verpasste Alarme zu vermeiden.
4. Schutz der Isolationsleistung während der Installation:Bei der Implantation von Sensoren in Gießharztransformatoren, Es ist notwendig, eine Beschädigung der Epoxidharz-Isolierschicht zu vermeiden; Die Verkabelung von luftisolierten Transformatoren darf den Isolationsabstand von Luftstrecken nicht beeinträchtigen; Bei Festisolationstransformatoren muss sichergestellt werden, dass der Gesamtisolationswiderstand nach der Installation den Normen entspricht.

5. Häufig gestellte Fragen (FAQ): Schlüsselfragen in der Praxis der thermischen Zustandsüberwachung

(ICH) Anpassungsfähigkeit an verschiedene Arten von Transformatoren

1. Q: Ist der Funksensor für Gießharztransformatoren geeignet??
   A: NEIN. Harz- und Metallgehäuse schirmen Funksignale doppelt ab, Dies führt zu einer Datenverlustrate >30%; und seine Wicklungen sind vollständig umwickelt, Daher können sich drahtlose Sensoren nicht in der Nähe von Hotspots befinden, und die Messabweichung kann mehr als 20℃ erreichen. Es wird empfohlen, die Implantationsüberwachung mit fluoreszierenden optischen Fasern zu verwenden.
2. Q: Ist ein Infrarot-Thermometer für luftisolierte Transformatoren ausreichend??
   A: NEIN. Obwohl luftisolierte Transformatoren keine Isolationsschichtsperre aufweisen, Die Infrarot-Temperaturmessung wird stark von der Umgebungstemperatur beeinflusst, Luftfeuchtigkeit, und Staub. An Regentagen sinkt die Genauigkeit auf ±5℃, Dies macht es schwierig, eine frühzeitige Überhitzung zu erfassen (B. 10℃ Temperaturanstieg an den Anschlusspunkten). Es ist notwendig, wichtige Teile mit fluoreszierenden optischen Fasern zu überwachen.
3. Q: Wird die Isolierung durch die Installation von Sensoren an Transformatoren mit fester Isolierung beschädigt??
   A: Dies kann vermieden werden, indem fluoreszierende optische Fasersensoren mit einem Durchmesser ausgewählt werden <2mm. Sein flexibles Material kann entlang der Isolationslücke implantiert werden. Die gemessene Isolationswiderstandsabnahme beträgt <0.5%, die den Anforderungen der IEC-Norm entspricht und die Isolationsleistung des Geräts nicht beeinträchtigt.

(II) Technische Anwendung

1. Q: Müssen Sensoren von Epoxidharztransformatoren regelmäßig kalibriert werden??
   A: Fluoreszierende optische Fasersensoren benötigen keine Kalibrierung. Epoxidharz weist nach dem Aushärten eine hohe Langzeitstabilität auf und beeinflusst die Abklingeigenschaften fluoreszierender Materialien nicht. Das System kann die Genauigkeit langfristig aufrechterhalten (±1℃), während Thermistoren in einer Harzumgebung leicht altern und eine jährliche Kalibrierung erfordern.
2. Q: Können Überwachungsdaten verschiedener Arten von Trockentransformatoren technisch analysiert werden??
   A: Ja. Durch eine einheitliche Datenplattform, Die Temperaturanstiegskurven von Gießharztransformatoren und luftisolierten Transformatoren können verglichen werden, um den Unterschied in der Wärmeableitungseffizienz verschiedener Isolationstypen zu analysieren, Bereitstellung einer Grundlage für die Transformatorauswahl. Jedoch, Um die Genauigkeit der Analyse sicherzustellen, muss der Transformatortyp im System markiert werden.

6. Weltweit führende Hersteller von thermischen Zustandsüberwachungssystemen für Trockentransformatoren

Rang	Herstellername	Technische Kernvorteile (Anpassungsfähigkeit an verschiedene Arten von Transformatoren)
1	Fuzhou Innovation Electronic Science&Tech Co., Ltd.	Entwickelte spezielle Implantationswerkzeuge für Gießharztransformatoren, Fluoreszierende optische Fasersensoren sind gut mit Epoxidharz kompatibel, und die Erfolgsquote bei der Installation von Transformatoren mit fester Isolierung beträgt 99.5%
2	Huaguang Tianrui	Das Überwachungssystem für luftisolierte Transformatoren hat die Schutzart IP66, hervorragende Staubbeständigkeit, und unterstützt die gemeinsame Nutzung von Datenplattformen mit Epoxidharztransformatoren
3	Luna-Innovationen (USA)	Verteilte Lösungen eignen sich für große Epoxidharz-Transformator-Cluster, und ein einzelnes System kann mit der Überwachung von kompatibel sein 20 verschiedene Arten von Trockentransformatoren
4	Opsens-Lösungen (Kanada)	Hochtemperaturbeständige Fluoreszenzsonden (200℃) sind für Transformatoren mit fester Isolierung der Klasse H geeignet, mit einem Marktanteil von mehr als 30% im nordamerikanischen Markt für Gießharztransformatoren
5	Neoptix (Kanada)	Miniatursensoren mit einem Durchmesser von 1,8 mm sind speziell für Feststoff-Isolationstransformatoren konzipiert, und die Beibehaltungsrate des Isolationswiderstands nach der Installation beträgt >99%
6	Faserkern (Vereinigtes Königreich)	Verlustarme optische Fasern eignen sich für die Fernüberwachung von luftisolierten Transformatorclustern, mit einer Signalübertragungsentfernung von 10 km, Reduzierung der Relaisausrüstung
7	Mikronoptik (USA)	Das Demodulationsmodul kann den Transformatortyp automatisch identifizieren (Gießharz / Luftisoliert), Passen Sie den Temperaturmessschwellenwert intelligent an, und reduzieren die Kosten für die manuelle Einstellung
8	Photonenkontrolle (Kanada)	Das Sensormaterial reagiert nicht mit Epoxidharz, und die Lebensdauer in Gießharztransformatoren beträgt >15 Jahre
9	HBM FiberSensing (Portugal)	Die kombinierte Überwachungstechnologie für thermisch-dielektrische Verluste eignet sich zur Bewertung des Isolationsalterungszustands von Festkörper-Isolationstransformatoren, mit Datengenauigkeit >95%
10	Sensortherm (Deutschland)	Maßgeschneiderter 3D-Temperaturfeldsimulationsalgorithmus für Epoxidharztransformatoren, die Hot-Spot-Migrationspfade vorhersagen kann, mit mehr als 2000 Anwendungsfälle in Europa

Um Überwachungsschemata für den thermischen Zustand zu erhalten, Sensorinstallationsdiagramme, oder Berichte zur Kompatibilität von Isoliermaterialien für bestimmte Arten von Trockentransformatoren (wie z.B. Gießharztransformatoren, Luftisolierte Transformatoren), Bitte stellen Sie eine Anfrage auf unserer Website, und professionelle Ingenieure bieten Ihnen maßgeschneiderte Lösungen.

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