Cara mengukur suhu pada trafo? Keuntungan menggunakan serat optik fluoresen untuk mengukur belitan

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. Misalnya, 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. This is because the signal received by the fiber optic temperature sensor is not easily affected by the electromagnetic field inside the transformer, and the measured results are more accurate. But this method also has its drawbacks, di satu sisi, it is difficult to maintain and has extremely high costs; Di sisi lain, embedding sensors inside the winding requires high insulation structure design requirements, which can easily affect the normal operation of the transformer. Lebih-lebih lagi, due to the uncertainty of the location of the winding hotspot, the location where the sensor is buried may not necessarily be the hottest spot, and the measurement result may not be the hotspot temperature of the winding.
For dry-type transformers and oil immersed transformers, the testing voltage is usually 500V to 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. Pengujian trafo tipe kering harus dilakukan di lingkungan kering. Metode pengujian kenaikan suhu meliputi metode beban langsung, metode saling memuat, metode arus siklik, metode arus urutan nol, metode hubung singkat, dll.. Diantaranya, metode hubung singkat memerlukan tegangan uji terendah dan kapasitas daya terkecil. For oil immersed transformers, standar nasional menetapkan bahwa metode hubung singkat adalah metode standar untuk pengujian kenaikan suhu.

Indirect calculation method

Metode perhitungan tidak langsung didasarkan pada penetapan model termal untuk struktur insulasi transformator, dikombinasikan dengan pengalaman manufaktur dan standar IEC345/GB1564, untuk mendapatkan rumus menghitung kenaikan suhu titik api. Keunggulannya adalah ekonomi, kesederhanaan, dan kepraktisan yang kuat; Kerugiannya adalah perhitungannya rumit, 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, dll.) in transformers to convert the winding temperature. The advantage of this method is that it is economical and can directly start the cooling system; The disadvantage is poor accuracy and there is a certain time difference in measuring temperature.

The principle of measuring winding temperature with fluorescent optical fiber

Sistem pengukuran suhu serat optik fluoresensi adalah teknologi yang memanfaatkan eksitasi zat fluoresen di dalam serat optik untuk mencapai pengukuran suhu. Ketika sumber cahaya eksitasi terjadi pada serat optik yang mengandung zat fluoresen, zat fluoresen akan tereksitasi dan memancarkan sinyal fluoresen dengan panjang gelombang tertentu, dan pijarannya sebanding dengan suhu. Dengan mendeteksi perubahan pijaran sinyal fluoresen ini, suhu di lokasi serat optik dapat dihitung. Secara khusus, dengan melapisi ujung serat optik dengan zat fluoresen dan mengukur waktu peluruhan energi fluoresensi, 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. Waktu nyata, jarak jauh, and high-precision temperature monitoring can be achieved through appropriate fiber optic transmission, excitation light sources, dan pengolahan data.

The advantages of using fluorescent optical fibers to measure winding temperature

presisi tinggi
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 ke 200 ℃, with an accuracy of about ± 1 ℃. Dapat memantau perubahan suhu belitan trafo secara real time dan memberikan hasil pengukuran yang akurat, sehingga dapat memahami secara tepat waktu perubahan halus pada suhu belitan dan membantu menilai status pengoperasian transformator secara akurat.

Kemampuan anti-interferensi yang kuat
Karena isolasi listrik yang sangat baik dari serat optik, sistem pengukuran suhu serat fluoresen tidak terpengaruh oleh medan elektromagnetik internal transformator dan dapat beroperasi secara stabil di lingkungan pengoperasian transformator medan magnet bertegangan tinggi dan kuat. Fitur ini membuat hasil pengukuran lebih dapat diandalkan, mengurangi kesalahan pengukuran yang disebabkan oleh interferensi, dan memastikan keakuratan dan efektivitas data pemantauan suhu. Hal ini sangat penting untuk peralatan seperti transformator, which have complex internal structures and generate a large amount of microwave and electromagnetic interference during operation.

respon cepat

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, itu sensor suhu serat optik neon 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.

Keamanan tinggi
The fiber optic sensor in the sistem pengukuran suhu serat optik neon 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. Pada saat yang sama, 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, and can flexibly adjust the position of sensors according to needs to better monitor the temperature at different positions of the winding. Internal optical fibers can be arranged on winding coils, inti besi, oil surfaces, dan bagian lain sesuai dengan persyaratan desain. Mereka terhubung ke serat optik eksternal melalui penetrator pada flensa, dan sinyal optik ditransmisikan ke host pengukuran suhu melalui serat optik untuk menganalisis suhu pada titik pengukuran.

Biaya perawatan rendah

Dibandingkan dengan beberapa metode pengukuran suhu tradisional, biaya pemeliharaan sistem pengukuran suhu serat optik fluoresen lebih rendah. Karena kemampuan anti-interferensi yang kuat dan stabilitas yang tinggi, ini mengurangi beban kerja pemeliharaan dan biaya yang disebabkan oleh perbaikan kesalahan dan kalibrasi yang sering. Dan komponen-komponen dalam sistem, seperti sensor serat optik, memiliki masa pakai yang lebih lama, 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
Keuntungan: If temperature measuring components (seperti sensor suhu serat optik) can be accurately embedded, the winding temperature can be directly obtained, and the measurement results are relatively accurate and intuitive. Misalnya, placing fiber optic temperature sensors near the winding or in the winding coil of a transformer can directly obtain the hot spot temperature of the transformer winding. Due to the anti-interference property of fibers, the measured results are more accurate.
Kekurangan: Temperature measuring elements need to be embedded during manufacturing, dan jumlah titik penyematan mempengaruhi akurasi. Proses penyematannya rumit dan membutuhkan desain struktur insulasi tinggi, yang dapat dengan mudah mempengaruhi operasi normal transformator. Dan lokasi hotspot berkelok-kelok tersebut belum diketahui secara pasti, yang dapat mengakibatkan hasil pengukuran bukan suhu hotspot sebenarnya, dan pemeliharaannya sulit dan mahal. Misalnya, saat mengubur sensor pada belitan trafo, berbagai faktor seperti posisi pemasangan sensor dan koordinasi insulasi dengan belitan perlu diperhatikan. Begitu masalah muncul, pemeliharaannya sulit dan mahal.

Indirect calculation method
Keuntungan: Tidak perlu menyematkan komponen pengukur suhu yang rumit di dalam trafo, relatif sederhana dan ekonomis. Dengan menetapkan model termal dan menggabungkan pengalaman manufaktur dan standar yang relevan untuk mendapatkan rumus untuk menghitung kenaikan suhu di titik panas, ini memiliki kepraktisan tertentu untuk beberapa perkiraan awal dan evaluasi sederhana kondisi operasi transformator. Misalnya, di beberapa trafo kecil atau situasi di mana akurasi suhu tidak terlalu tinggi, perkiraan kisaran suhu belitan dapat diperoleh dengan cepat melalui metode perhitungan tidak langsung.
Kekurangan: Perhitungan yang rumit, banyak perhitungan bergantung pada pengalaman, universalitas yang lemah, dan struktur insulasi yang berbeda dapat menyebabkan penyimpangan pada hasil. Lebih-lebih lagi, dalam penerapan aktual transformator di lokasi, mereka mungkin dipengaruhi oleh berbagai faktor, sehingga sulit untuk menjamin keakuratan dan biasanya tidak dapat secara akurat mencerminkan perubahan suhu belitan secara real-time.

Perbandingan antara metode pengukuran langsung dan metode pengukuran simulasi termal

Direct measurement method

Keuntungan: Metode pengukuran langsung secara teoritis memungkinkan perkiraan suhu belitan sebenarnya lebih dekat, terutama bila menggunakan komponen pengukur suhu canggih seperti serat optik, menghasilkan akurasi pengukuran yang lebih tinggi. Misalnya, sensor suhu serat optik dapat langsung merasakan suhu di sekitar belitan, menghindari akumulasi kesalahan yang disebabkan oleh pengukuran tidak langsung.

Kekurangan: Selain kesulitan dalam penguburan dan tingginya biaya pemeliharaan yang disebutkan di atas, titik pengukuran metode pengukuran langsung terbatas, sehingga sulit untuk sepenuhnya mencerminkan distribusi suhu seluruh belitan. Karena struktur belitan transformator yang kompleks, sulit untuk menanamkan sensor di semua kemungkinan hotspot.

Thermal simulation measurement method

Keuntungan: Pemasangan alat ukur suhu dengan metode simulasi termal relatif sederhana, dan biaya ekonominya relatif rendah. Dan bisa berhubungan langsung dengan sistem pendingin. Ketika suhu mencapai nilai tertentu, sistem pendingin dapat langsung dihidupkan untuk memberikan perlindungan tertentu pada trafo. Misalnya, pada beberapa transformator terendam minyak konvensional, Alat ukur suhu simulasi termal dapat mengubah suhu belitan berdasarkan suhu oli dan kondisi lainnya, dan kemudian mengontrol permulaan sistem pendingin.
Kekurangan: Poor accuracy, ada perbedaan waktu tertentu dalam suhu yang diukur, dan tidak dapat secara akurat mencerminkan perubahan suhu sebenarnya dari belitan secara real time. Karena suhu diperoleh melalui konversi simulasi, mungkin ada penyimpangan yang signifikan dari suhu belitan sebenarnya, terutama pada situasi dimana beban trafo sering berubah atau kondisi pengoperasiannya rumit.
Perbandingan antara pengukuran suhu serat optik fluoresensi dan metode pengukuran langsung lainnya

Pengukuran suhu serat optik fluoresensi

Keuntungan: Selain metode pengukuran langsung yang dapat memperoleh suhu secara langsung, pengukuran suhu serat optik fluoresensi juga memiliki karakteristik akurasi dan sensitivitas yang tinggi, Yang dapat mencapai pemantauan suhu yang tepat. Pada saat yang sama, ia memiliki keunggulan kemampuan anti-interferensi yang kuat dan biaya perawatan yang rendah. Misalnya, akurasi pengukurannya sekitar ± 1 ℃, dan masih dapat mengukur secara akurat di lingkungan elektromagnetik yang kompleks. Karena karakteristik serat optik, pemeliharaannya relatif sederhana dan biaya pengoperasian jangka panjang rendah.
Kekurangan: Meskipun serat optik berukuran kecil dan fleksibel, masih memerlukan teknik dan proses tertentu untuk penanaman pada belitan trafo. Penyematan yang tidak tepat dapat mempengaruhi hasil pengukuran. Dan biaya peralatan sistem pengukuran suhu serat fluoresen mungkin relatif tinggi, termasuk biaya pengadaan dan pemasangan komponen seperti serat fluoresen dan host demodulasi.
Metode pengukuran langsung lainnya (seperti termokopel tradisional, dll.)
Keuntungan: Metode pengukuran langsung tradisional seperti termokopel relatif matang dan memiliki aplikasi tertentu dalam beberapa pengukuran suhu transformator sederhana yang tidak memerlukan akurasi tinggi.. Misalnya, di beberapa transformator industri kecil, termokopel dapat dengan mudah dipasang pada permukaan belitan untuk pengukuran suhu.
Kekurangan: Termokopel dan sensor lainnya rentan terhadap interferensi elektromagnetik, mengakibatkan kesalahan pengukuran yang signifikan di lingkungan elektromagnetik tinggi seperti transformator. Lebih-lebih lagi, akurasinya relatif rendah, dan kecepatan responsnya mungkin lambat, yang tidak dapat memenuhi persyaratan pengukuran untuk presisi tinggi dan respons cepat suhu belitan transformator.

Contoh penerapan metode pengukuran suhu yang berbeda pada transformator

Contoh penerapan metode pengukuran langsung

In some large power transformers, in order to accurately monitor the winding temperature, the direct measurement method of placing sensor suhu serat optik in the winding wire cake is adopted. Misalnya, 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. Sementara itu, data suhu ini juga dapat dihubungkan ke sistem pemantauan untuk pemantauan dan pengendalian jarak jauh. Setelah suhu melebihi ambang batas yang ditetapkan (seperti batas alarm untuk suhu belitan biasanya antara 90 ℃ dan 95 ℃), sinyal alarm dapat dikeluarkan pada waktu yang tepat untuk memberi tahu personel operasi dan pemeliharaan agar mengambil tindakan yang sesuai, seperti menambah daya operasi peralatan pendingin atau mengurangi beban pada trafo.

Contoh penerapan metode perhitungan tidak langsung

Di beberapa trafo distribusi kecil, due to their small size, kondisi operasi yang relatif sederhana, dan persyaratan presisi rendah untuk pengukuran suhu, metode perhitungan tidak langsung terkadang digunakan untuk memperkirakan suhu belitan. Misalnya, di beberapa trafo distribusi 10kV di daerah pedesaan, kenaikan suhu titik panas belitan dihitung menggunakan rumus empiris berdasarkan parameter seperti kapasitas pengenal, memuat arus, suhu sekitar, dan struktur isolasi transformator. Metode ini dapat memberikan penilaian kasar terhadap suhu pengoperasian transformator tanpa memerlukan peralatan pengukuran suhu yang rumit. Namun, metode ini memiliki keterbatasan tertentu. Misalnya, dalam kondisi kerja khusus seperti suhu tinggi di musim panas dan peningkatan beban transformator secara tiba-tiba, hasil perhitungan mungkin memiliki penyimpangan yang signifikan dari suhu sebenarnya. Karena itu, personel operasi dan pemeliharaan perlu menggabungkan pengalaman dan metode pemantauan lainnya (seperti pemantauan suhu permukaan minyak) untuk menilai secara komprehensif status operasi transformator.

Contoh penerapan metode pengukuran simulasi termal

Pada beberapa trafo terendam minyak biasa, alat ukur suhu simulasi termal (such as winding temperature indicators) digunakan untuk mengubah suhu belitan. Misalnya, di beberapa pabrik kecil dan menengah’ transformator daya, Alat ukur suhu simulasi termal menghitung suhu belitan berdasarkan parameter seperti suhu permukaan minyak dan arus beban transformator sesuai dengan hubungan konversi tertentu. Cara ini ekonomis dan praktis, dan dapat dihubungkan dengan sistem pendingin. Ketika suhu belitan yang dihitung mencapai nilai tertentu (seperti di sekitar 70 ℃, yang mungkin berbeda di antara transformator yang berbeda), peralatan pendingin seperti kipas pendingin atau pompa oli dapat dihidupkan untuk mendinginkan trafo. Namun, karena keakuratannya yang relatif buruk, ini mungkin tidak cocok dalam beberapa situasi yang memerlukan akurasi suhu tinggi. 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, berpendar sistem pengukuran suhu serat optik 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, iron core, 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, dengan ketelitian ± 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. Sementara itu, 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. Selain itu, 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.

Sensor suhu serat optik, Sistem pemantauan cerdas, Produsen serat optik terdistribusi di Cina