כיצד למדוד טמפרטורה בשנאים? היתרונות של שימוש בסיבים אופטיים ניאון למדידת פיתולים

Transformer temperature measurement method
There are three types of online measurement methods for transformer winding temperature, namely direct measurement method, indirect calculation method, and thermal simulation measurement method.

Direct measurement method

The direct measurement method usually involves embedding temperature measuring elements during manufacturing, and the number of embedding points is directly proportional to the accuracy of the measurement. לְדוּגמָה, placing fiber optic temperature sensors near the winding or in the winding wire cake can directly obtain the hot spot temperature of the transformer winding. הסיבה לכך היא שהאות המתקבל על ידי חיישן הטמפרטורה של הסיבים האופטיים אינו מושפע בקלות מהשדה האלקטרומגנטי בתוך השנאי, והתוצאות הנמדדות מדויקות יותר. אבל לשיטה זו יש גם חסרונות, מִצַד אֶחָד, הוא קשה לתחזוקה ועלויות גבוהות במיוחד; מִצַד שֵׁנִי, הטבעת חיישנים בתוך הפיתול דורשת דרישות עיצוב גבוהות של מבנה בידוד, מה שיכול להשפיע בקלות על הפעולה הרגילה של השנאי. יֶתֶר עַל כֵּן, בשל חוסר הוודאות במיקום הנקודה החמה המתפתלת, המיקום שבו החיישן קבור לא בהכרח הוא המקום החם ביותר, וייתכן שתוצאת המדידה אינה טמפרטורת הנקודה החמה של הפיתול.
עבור שנאים מהסוג היבש ושנאים טבולים בשמן, מתח הבדיקה הוא בדרך כלל 500V עד 5kV (the specific voltage should be selected according to the rated voltage level of the transformer). The testing method is the same, but the testing environment should be different. Dry type transformer testing should be conducted in a dry environment. The temperature rise testing methods include direct load method, mutual load method, cyclic current method, zero sequence current method, short circuit method, וכו. ביניהם, the short circuit method requires the lowest test voltage and the smallest power capacity. For oil immersed transformers, the national standard stipulates that the short circuit method is the standard method for temperature rise testing.

Indirect calculation method

The indirect calculation method is based on setting a thermal model for the insulation structure of transformers, combined with manufacturing experience and standards IEC345/GB1564, to derive a formula for calculating the temperature rise of hotspots. Its advantages are economy, פַּשְׁטוּת, and strong practicality; The disadvantage is that the calculations are complex, many of which are based on experience and have weak universality. They are usually not applicable on transformer sites, and different insulation structures can lead to certain deviations in the results.
Thermal simulation measurement method
Thermal simulation method is to install thermal simulation temperature measuring instruments (such as winding temperature indicators, וכו') in transformers to convert the winding temperature. The advantage of this method is that it is economical and can directly start the cooling system; החיסרון הוא דיוק לקוי ויש הפרש זמן מסוים במדידת הטמפרטורה.

העיקרון של מדידת טמפרטורת סלילה עם סיב אופטי ניאון

מערכת מדידת הטמפרטורה של סיבים אופטיים פלואורסצנטית היא טכנולוגיה המנצלת עירור של חומרים פלואורסצנטיים בתוך הסיב האופטי כדי להשיג מדידת טמפרטורה. כאשר מקור אור העירור נופל על סיב אופטי המכיל חומר ניאון, החומר הפלורסנטי יתרגש ויפלוט אורך גל מסוים של אות ניאון, והזוהר שלו פרופורציונלי לטמפרטורה. על ידי זיהוי השינויים בזוהר לאחר של אות פלורסנט זה, ניתן לחשב את הטמפרטורה במיקום הסיב האופטי. ספציפית, by coating the end of the optical fiber with a fluorescent substance and measuring the decay time of fluorescence energy, the temperature value of the measured point can be obtained by utilizing the intrinsic afterglow time temperature correlation of the fluorescent substance. The temperature of the winding can also be calculated by monitoring the fluorescence lifetime time. Real time, למרחקים ארוכים, and high-precision temperature monitoring can be achieved through appropriate fiber optic transmission, excitation light sources, and data processing.

The advantages of using fluorescent optical fibers to measure winding temperature

דיוק גבוה
Fluorescent fiber optic temperature sensors have high temperature measurement accuracy and can achieve precise monitoring of transformer winding temperature. The fiber optic temperature sensor using fluorescence effect is suitable for a temperature range of -50 אֶל 200 ℃, with an accuracy of about ± 1 ℃. It can monitor the temperature changes of transformer windings in real time and provide accurate measurement results, so as to timely grasp the subtle changes in winding temperature and help to accurately judge the operation status of transformers.

יכולת אנטי-הפרעות חזקה
Due to the excellent electrical insulation of optical fibers, the fluorescent fiber temperature measurement system is not affected by the internal electromagnetic field of transformers and can operate stably in high-voltage and strong magnetic field transformer operating environments. This feature makes the measurement results more reliable, reduces measurement errors caused by interference, and ensures the accuracy and effectiveness of temperature monitoring data. It is particularly important for equipment such as transformers, which have complex internal structures and generate a large amount of microwave and electromagnetic interference during operation.

quick response

Fiber optic sensors have a fast response speed and can promptly detect abnormal conditions in transformer winding temperature. Once there is an abnormal increase or fluctuation in the winding temperature, את חיישן טמפרטורה של סיבים אופטיים ניאון can quickly capture the temperature change signal and provide timely feedback to the monitoring system, so that the operation and maintenance personnel can take timely measures to deal with it, avoid equipment failures, and ensure the safe and stable operation of the transformer.

High security
The fiber optic sensor in the מערכת מדידת טמפרטורה של סיבים אופטיים פלואורסצנטיים itself does not generate dangerous factors such as electric sparks, and has inherent safety characteristics. Using in the environment of high-voltage equipment such as transformers can avoid safety accidents caused by sensor factors and improve the safety and reliability of equipment operation. במקביל, its high temperature resistance also adapts to the high temperature environment during transformer operation, ensuring that it can still work normally and accurately measure temperature under high temperature conditions.

Flexible and easy to install

Fiber optics have the characteristics of flexibility and small size, which can be conveniently arranged on transformer windings. It does not take up too much space, is easy to install, ויכול להתאים בצורה גמישה את מיקום החיישנים בהתאם לצרכים כדי לנטר טוב יותר את הטמפרטורה במיקומים שונים של הפיתול. סיבים אופטיים פנימיים יכולים להיות מסודרים על סלילים מתפתלים, ליבות ברזל, משטחי שמן, וחלקים אחרים בהתאם לדרישות התכנון. הם מחוברים לסיבים אופטיים חיצוניים דרך חודרים על אוגנים, והאות האופטי מועבר למארח מדידת הטמפרטורה דרך הסיב האופטי כדי לנתח את הטמפרטורה בנקודת המדידה.

עלות תחזוקה נמוכה

בהשוואה לכמה שיטות מדידת טמפרטורה מסורתיות, עלות התחזוקה של מערכות מדידת טמפרטורה של סיבים אופטיים פלואורסצנטיים נמוכה יותר. בשל יכולתו החזקה נגד הפרעות ויציבות גבוהה, it reduces the maintenance workload and cost caused by fault repair and frequent calibration. And the components in the system, such as fiber optic sensors, have a longer service life, further reducing the maintenance costs of long-term operation and helping to improve the economic efficiency of transformer operation.

Comparative Analysis of Transformer Temperature Measurement Technologies

Comparison between direct measurement method and indirect calculation method

Direct measurement method
יתרונות: If temperature measuring components (such as fiber optic temperature sensors) can be accurately embedded, the winding temperature can be directly obtained, and the measurement results are relatively accurate and intuitive. לְדוּגמָה, הצבת חיישני טמפרטורה של סיבים אופטיים ליד הפיתול או בסליל המתפתל של שנאי יכולה לקבל ישירות את טמפרטורת הנקודה החמה של פיתול השנאי. בשל התכונה נגד הפרעות של סיבים, התוצאות הנמדדות מדויקות יותר.
חסרונות: אלמנטים למדידת טמפרטורה צריכים להיות מוטבעים במהלך הייצור, ומספר נקודות ההטמעה משפיע על הדיוק. תהליך ההטמעה מורכב ודורש תכנון מבנה בידוד גבוה, מה שיכול להשפיע בקלות על הפעולה הרגילה של שנאים. ומיקומו של הנקודה החמה המתפתלת אינו ברור, מה שעלול לגרום לתוצאות מדידה שאינן טמפרטורת הנקודה החמה האמיתית, והתחזוקה קשה ויקרה. לְדוּגמָה, בעת הטמנת חיישנים בפיתולי שנאי, various factors such as the installation position of the sensors and the insulation coordination with the windings need to be considered. Once problems arise, maintenance is difficult and costly.

Indirect calculation method
יתרונות: No need to embed complex temperature measuring components inside the transformer, relatively simple and economical. By setting a thermal model and combining manufacturing experience and relevant standards to derive a formula for calculating the temperature rise of hot spots, it has certain practicality for some preliminary estimates and simple evaluations of transformer operating conditions. לְדוּגמָה, in some small transformers or situations where temperature accuracy is not extremely high, the approximate range of winding temperature can be quickly obtained through indirect calculation methods.
חסרונות: Complex calculations, many calculations rely on experience, weak universality, and different insulation structures can cause deviations in the results. יֶתֶר עַל כֵּן, in the actual application of transformers on site, they may be affected by various factors, making it difficult to guarantee accuracy and usually unable to accurately reflect real-time changes in winding temperature.

Comparison between direct measurement method and thermal simulation measurement method

Direct measurement method

יתרונות: The direct measurement method theoretically allows for a closer approximation of the actual winding temperature, especially when using advanced temperature measuring components such as optical fibers, resulting in higher measurement accuracy. לְדוּגמָה, fiber optic temperature sensors can directly sense the temperature around the winding, avoiding the accumulation of errors caused by indirect measurements.

חסרונות: בנוסף לקשיים בקבורה ועלויות אחזקה גבוהות שהוזכרו לעיל, נקודות המדידה של שיטת המדידה הישירה מוגבלות, מה שמקשה על שיקוף מלא של התפלגות הטמפרטורה של כל הפיתול. בשל המבנה המורכב של פיתולי שנאי, קשה להטמיע חיישנים בכל הנקודות החמות האפשריות.

Thermal simulation measurement method

יתרונות: ההתקנה של מכשירי מדידת טמפרטורה בשיטת סימולציה תרמית פשוטה יחסית, והעלות הכלכלית נמוכה יחסית. וזה יכול להיות קשור ישירות למערכת הקירור. כאשר הטמפרטורה מגיעה לערך מסוים, ניתן להפעיל ישירות את מערכת הקירור כדי לספק הגנה מסוימת לשנאי. לְדוּגמָה, בכמה שנאים רגילים שקועים בשמן, thermal simulation temperature measuring instruments can convert the winding temperature based on oil temperature and other conditions, and then control the start-up of the cooling system.
חסרונות: Poor accuracy, there is a certain time difference in the measured temperature, and it cannot accurately reflect the true temperature changes of the winding in real time. Due to the fact that the temperature is obtained through simulation conversion, there may be significant deviations from the actual winding temperature, especially in situations where the transformer load changes frequently or the operating conditions are complex.
Comparison between fluorescence fiber optic temperature measurement and other direct measurement methods

מדידת טמפרטורה של סיבים אופטיים פלואורסצנטית

יתרונות: In addition to the direct measurement method that can directly obtain temperature, fluorescence fiber optic temperature measurement also has the characteristics of high accuracy and sensitivity, which can achieve precise monitoring of temperature. במקביל, it has the advantages of strong anti-interference ability and low maintenance cost. לְדוּגמָה, its measurement accuracy is about ± 1 ℃, and it can still accurately measure in complex electromagnetic environments. Due to the characteristics of optical fibers, its maintenance is relatively simple and the long-term operating cost is low.
חסרונות: Although optical fibers are small and flexible, they still require certain techniques and processes for embedding in transformer windings. Improper embedding may affect measurement results. And the equipment cost of the fluorescent fiber temperature measurement system may be relatively high, including the procurement and installation costs of components such as fluorescent fiber and demodulation host.
Other direct measurement methods (such as traditional thermocouples, וכו')
יתרונות: Traditional direct measurement methods such as thermocouples are relatively mature and have certain applications in some simple transformer temperature measurements that do not require particularly high accuracy. לְדוּגמָה, in some small industrial transformers, thermocouples can be simply installed on the winding surface for temperature measurement.
חסרונות: Thermocouples and other sensors are susceptible to electromagnetic interference, resulting in significant measurement errors in high electromagnetic environments such as transformers. יֶתֶר עַל כֵּן, its accuracy is relatively low, and the response speed may be slow, which cannot meet the measurement requirements for high-precision and fast response of transformer winding temperature.

Application examples of different temperature measurement methods in transformers

Application examples of direct measurement method

In some large power transformers, in order to accurately monitor the winding temperature, the direct measurement method of placing חיישני טמפרטורה בסיבים אופטיים in the winding wire cake is adopted. לְדוּגמָה, in oil immersed power transformers of 110kV and above, due to the importance of the transformer and the high requirements for operational reliability, it is necessary to accurately grasp the temperature situation of the winding. By accurately embedding the fiber optic temperature sensor in the winding coil during manufacturing, real-time temperature information of the winding can be obtained. Operations personnel can adjust the load of the transformer in a timely manner based on these temperature data to avoid problems such as insulation aging caused by winding overheating. בינתיים, these temperature data can also be connected to the monitoring system for remote monitoring and control. ברגע שהטמפרטורה עולה על הסף שנקבע (such as the alarm limit for winding temperature usually between 90 ℃ and 95 ℃), an alarm signal can be issued in a timely manner to notify the operation and maintenance personnel to take corresponding measures, such as increasing the operating power of the cooling equipment or reducing the load on the transformer.

Application examples of indirect calculation method

In some small distribution transformers, בשל גודלם הקטן, תנאי הפעלה פשוטים יחסית, ודרישות דיוק נמוכות למדידת טמפרטורה, לעתים נעשה שימוש בשיטות חישוב עקיפות כדי להעריך את טמפרטורת הפיתול. לְדוּגמָה, בכמה שנאי הפצה של 10kV באזורים כפריים, עליית טמפרטורת הנקודה החמה של הפיתול מחושבת באמצעות נוסחאות אמפיריות המבוססות על פרמטרים כגון הקיבולת המדורגת, זרם עומס, טמפרטורת הסביבה, ומבנה בידוד של השנאי. שיטה זו יכולה לספק הערכה גסה של טמפרטורת הפעולה של שנאים ללא צורך בציוד למדידת טמפרטורה מורכבת. אוּלָם, לשיטה זו יש מגבלות מסוימות. לְדוּגמָה, בתנאי עבודה מיוחדים כמו טמפרטורות גבוהות בקיץ ועלייה פתאומית בעומס השנאים, לתוצאות המחושבות עשויות להיות סטיות משמעותיות מהטמפרטורה בפועל. לָכֵן, operation and maintenance personnel need to combine experience and other monitoring methods (such as oil surface temperature monitoring) to comprehensively judge the operating status of the transformer.

Application examples of thermal simulation measurement method

In some ordinary oil immersed transformers, thermal simulation temperature measuring instruments (such as winding temperature indicators) are used to convert the winding temperature. לְדוּגמָה, in some small and medium-sized factories’ שנאי כוח, thermal simulation temperature measuring instruments calculate the winding temperature based on parameters such as oil surface temperature and transformer load current according to a certain conversion relationship. This method is economical and practical, and can be linked with the cooling system. When the calculated winding temperature reaches a certain value (such as around 70 ℃, which may vary among different transformers), cooling equipment such as cooling fans or oil pumps can be started to cool the transformers. אוּלָם, due to its relatively poor accuracy, it may not be suitable in some situations where high temperature accuracy is required. It is necessary for maintenance personnel to regularly inspect and maintain the transformer to ensure its safe operation.

Application examples of fluorescence fiber optic temperature measurement

In some places where the reliability of transformer operation is extremely high, such as power transformers in large data centers or important substation transformers, ניאון מערכות מדידת טמפרטורה בסיבים אופטיים have been widely used. Taking the 10000kVA oil immersed transformer in a large data center as an example, internal optical fibers are arranged in the winding, ליבת ברזל, oil surface and other parts to measure temperature using the afterglow principle of fluorescent optical fibers. The internal optical fiber is connected to the external optical fiber through a connector on the flange, and the optical signal is transmitted to the temperature measurement host to analyze the temperature at the measuring point. The fluorescence fiber optic temperature measurement system can monitor the temperature of various parts of the transformer in real time and with high accuracy, with an accuracy of ± 1 ℃. When the winding temperature shows an abnormal upward trend (such as a rapid rise from the normal operating temperature of 80 ℃), the monitoring system can quickly detect and issue an alarm signal. בינתיים, due to the strong anti-interference ability of the fluorescent fiber optic temperature measurement system, it can operate stably in the complex electromagnetic environment of transformers, reducing false alarms caused by electromagnetic interference. בנוסף, its low maintenance cost also enables it to reduce operation and maintenance costs, improve the economy and safety of transformer operation during long-term operation.

חיישן טמפרטורה בסיבים אופטיים, מערכת ניטור חכמה, יצרן סיבים אופטיים מבוזרים בסין