Come misurare la temperatura nei trasformatori? I vantaggi dell'utilizzo delle fibre ottiche fluorescenti per la misura degli avvolgimenti-INNO

Metodo di misurazione della temperatura del trasformatore
Esistono tre tipi di metodi di misurazione online per la temperatura dell'avvolgimento del trasformatore, vale a dire il metodo di misurazione diretta, metodo di calcolo indiretto, e metodo di misurazione della simulazione termica.

Metodo di misurazione diretta

Il metodo di misurazione diretta prevede solitamente l'integrazione di elementi di misurazione della temperatura durante la produzione, e il numero di punti di inclusione è direttamente proporzionale alla precisione della misurazione. Per esempio, Posizionando i sensori di temperatura a fibra ottica vicino all'avvolgimento o nella torta dell'avvolgimento è possibile ottenere direttamente la temperatura del punto caldo dell'avvolgimento del trasformatore. Questo perché il segnale ricevuto dal sensore di temperatura a fibra ottica non viene facilmente influenzato dal campo elettromagnetico all'interno del trasformatore, e i risultati misurati sono più accurati. Ma questo metodo ha anche i suoi svantaggi, da un lato, è difficile da mantenere e ha costi estremamente elevati; D'altra parte, l'integrazione dei sensori all'interno dell'avvolgimento richiede elevati requisiti di progettazione della struttura di isolamento, che possono facilmente influenzare il normale funzionamento del trasformatore. Inoltre, a causa dell’incertezza dell’ubicazione dell’hotspot tortuoso, la posizione in cui è sepolto il sensore potrebbe non essere necessariamente il punto più caldo, e il risultato della misurazione potrebbe non essere la temperatura del punto caldo dell'avvolgimento.
Per trasformatori a secco e trasformatori immersi in olio, la tensione di prova è solitamente compresa tra 500 V e 5 kV (la tensione specifica deve essere selezionata in base al livello di tensione nominale del trasformatore). Il metodo di prova è lo stesso, ma l'ambiente di test dovrebbe essere diverso. I test sui trasformatori di tipo a secco devono essere condotti in un ambiente asciutto. I metodi di prova dell'aumento di temperatura includono il metodo del carico diretto, metodo del carico reciproco, metodo della corrente ciclica, Metodo delle correnti di sequenza zero, metodo del cortocircuito, ecc. Tra loro, il metodo del cortocircuito richiede la tensione di prova più bassa e la capacità di potenza più piccola. Per trasformatori immersi in olio, la norma nazionale stabilisce che il metodo del cortocircuito è il metodo standard per i test sull'aumento della temperatura.

Metodo di calcolo indiretto

Il metodo di calcolo indiretto si basa sull'impostazione di un modello termico per la struttura di isolamento dei trasformatori, combinato con l'esperienza di produzione e gli standard IEC345/GB1564, per derivare una formula per calcolare l’aumento della temperatura dei punti caldi. I suoi vantaggi sono l'economia, semplicità, e forte praticità; Lo svantaggio è che i calcoli sono complessi, molti dei quali sono basati sull'esperienza e hanno una debole universalità. Di solito non sono applicabili ai siti dei trasformatori, e diverse strutture di isolamento possono portare a determinate deviazioni nei risultati.
Metodo di misurazione della simulazione termica
Il metodo di simulazione termica consiste nell'installare strumenti di misurazione della temperatura con simulazione termica (come gli indicatori della temperatura degli avvolgimenti, ecc.) nei trasformatori per convertire la temperatura dell'avvolgimento. Il vantaggio di questo metodo è che è economico e può avviare direttamente il sistema di raffreddamento; Lo svantaggio è la scarsa precisione e c'è una certa differenza di tempo nella misurazione della temperatura.

Il principio di misurazione della temperatura dell'avvolgimento con fibra ottica fluorescente

Il sistema di misurazione della temperatura a fibra ottica a fluorescenza è una tecnologia che utilizza l'eccitazione di sostanze fluorescenti all'interno della fibra ottica per ottenere la misurazione della temperatura. Quando la sorgente luminosa di eccitazione incide su una fibra ottica contenente una sostanza fluorescente, la sostanza fluorescente sarà eccitata ed emetterà una lunghezza d'onda specifica del segnale fluorescente, e il suo bagliore è proporzionale alla temperatura. Rilevando i cambiamenti nel bagliore residuo di questo segnale fluorescente, è possibile calcolare la temperatura nella posizione della fibra ottica. Nello specifico, rivestendo l'estremità della fibra ottica con una sostanza fluorescente e misurando il tempo di decadimento dell'energia di fluorescenza, il valore della temperatura del punto misurato può essere ottenuto utilizzando la correlazione intrinseca della temperatura del tempo di postluminescenza della sostanza fluorescente. La temperatura dell'avvolgimento può anche essere calcolata monitorando il tempo di vita della fluorescenza. Tempo reale, lunga distanza, e il monitoraggio della temperatura ad alta precisione può essere ottenuto attraverso un'adeguata trasmissione in fibra ottica, sorgenti luminose di eccitazione, ed elaborazione dati.

I vantaggi dell'utilizzo di fibre ottiche fluorescenti per misurare la temperatura degli avvolgimenti

alta precisione
I sensori di temperatura a fibra ottica fluorescente hanno un'elevata precisione di misurazione della temperatura e possono ottenere un monitoraggio preciso della temperatura dell'avvolgimento del trasformatore. Il sensore di temperatura a fibra ottica che utilizza l'effetto di fluorescenza è adatto per un intervallo di temperatura di -50 A 200 ℃, con una precisione di circa ± 1 ℃. Può monitorare le variazioni di temperatura degli avvolgimenti del trasformatore in tempo reale e fornire risultati di misurazione accurati, in modo da cogliere tempestivamente i sottili cambiamenti nella temperatura degli avvolgimenti e aiutare a giudicare con precisione lo stato operativo dei trasformatori.

Forte capacità anti-interferenza
Grazie all'eccellente isolamento elettrico delle fibre ottiche, il sistema di misurazione della temperatura della fibra fluorescente non è influenzato dal campo elettromagnetico interno dei trasformatori e può funzionare stabilmente in ambienti operativi del trasformatore ad alta tensione e con forte campo magnetico. Questa funzione rende i risultati della misurazione più affidabili, riduce gli errori di misurazione causati dalle interferenze, e garantisce l'accuratezza e l'efficacia dei dati di monitoraggio della temperatura. È particolarmente importante per apparecchiature come i trasformatori, che hanno strutture interne complesse e generano una grande quantità di microonde e interferenze elettromagnetiche durante il funzionamento.

risposta rapida

I sensori in fibra ottica hanno un'elevata velocità di risposta e possono rilevare tempestivamente condizioni anomale nella temperatura dell'avvolgimento del trasformatore. Una volta che si verifica un aumento o una fluttuazione anomala della temperatura dell'avvolgimento, IL sensore di temperatura a fibra ottica fluorescente può catturare rapidamente il segnale di variazione della temperatura e fornire un feedback tempestivo al sistema di monitoraggio, in modo che il personale operativo e di manutenzione possa adottare misure tempestive per affrontarlo, evitare guasti alle apparecchiature, e garantire il funzionamento sicuro e stabile del trasformatore.

Alta sicurezza
Il sensore a fibra ottica nel sistema di misurazione della temperatura a fibra ottica fluorescente di per sé non genera fattori pericolosi come scintille elettriche, e ha caratteristiche di sicurezza intrinseche. L'utilizzo nell'ambiente di apparecchiature ad alta tensione come i trasformatori può evitare incidenti di sicurezza causati da fattori di sensore e migliorare la sicurezza e l'affidabilità del funzionamento delle apparecchiature. Allo stesso tempo, la sua resistenza alle alte temperature si adatta anche all'ambiente ad alta temperatura durante il funzionamento del trasformatore, assicurando che possa ancora funzionare normalmente e misurare con precisione la temperatura in condizioni di alta temperatura.

Flessibile e facile da installare

Le fibre ottiche hanno le caratteristiche di flessibilità e dimensioni ridotte, che possono essere convenientemente disposti sugli avvolgimenti del trasformatore. Non occupa troppo spazio, è facile da installare, e può regolare in modo flessibile la posizione dei sensori in base alle esigenze per monitorare meglio la temperatura in diverse posizioni dell'avvolgimento. Le fibre ottiche interne possono essere disposte su bobine di avvolgimento, nuclei di ferro, superfici oleose, e altre parti secondo i requisiti di progettazione. Sono collegati alle fibre ottiche esterne tramite penetratori su flange, e il segnale ottico viene trasmesso all'host di misurazione della temperatura attraverso la fibra ottica per analizzare la temperatura nel punto di misurazione.

Basso costo di manutenzione

Rispetto ad alcuni metodi tradizionali di misurazione della temperatura, il costo di manutenzione dei sistemi di misurazione della temperatura a fibra ottica fluorescente è inferiore. Grazie alla sua forte capacità anti-interferenza e all'elevata stabilità, riduce il carico di lavoro di manutenzione e i costi causati dalla riparazione dei guasti e dalla calibrazione frequente. E i componenti del sistema, come i sensori a fibra ottica, avere una vita utile più lunga, riducendo ulteriormente i costi di manutenzione del funzionamento a lungo termine e contribuendo a migliorare l'efficienza economica del funzionamento del trasformatore.

Analisi comparativa delle tecnologie di misurazione della temperatura dei trasformatori

Confronto tra metodo di misurazione diretta e metodo di calcolo indiretto

Metodo di misurazione diretta
Vantaggi: Se i componenti di misurazione della temperatura (come i sensori di temperatura a fibra ottica) può essere incorporato con precisione, la temperatura dell'avvolgimento può essere ottenuta direttamente, e i risultati della misurazione sono relativamente accurati e intuitivi. Per esempio, posizionando i sensori di temperatura a fibra ottica vicino all'avvolgimento o nella bobina di un trasformatore è possibile ottenere direttamente la temperatura del punto caldo dell'avvolgimento del trasformatore. A causa della proprietà anti-interferenza delle fibre, i risultati misurati sono più accurati.
Svantaggi: Gli elementi di misurazione della temperatura devono essere incorporati durante la produzione, e il numero di punti di incorporamento influisce sulla precisione. Il processo di inclusione è complesso e richiede una progettazione della struttura ad alto isolamento, che possono facilmente influenzare il normale funzionamento dei trasformatori. E la posizione dell’hotspot tortuoso è incerta, ciò potrebbe comportare risultati di misurazione che non corrispondono alla temperatura reale dell'hotspot, e la manutenzione è difficile e costosa. Per esempio, quando si seppelliscono i sensori negli avvolgimenti del trasformatore, devono essere considerati diversi fattori come la posizione di installazione dei sensori e il coordinamento dell'isolamento con gli avvolgimenti. Una volta che sorgono problemi, la manutenzione è difficile e costosa.

Metodo di calcolo indiretto
Vantaggi: Non è necessario incorporare complessi componenti di misurazione della temperatura all'interno del trasformatore, relativamente semplice ed economico. Impostando un modello termico e combinando l’esperienza di produzione e gli standard pertinenti per ricavare una formula per calcolare l’aumento di temperatura dei punti caldi, ha una certa praticità per alcune stime preliminari e semplici valutazioni delle condizioni di funzionamento del trasformatore. Per esempio, in alcuni piccoli trasformatori o situazioni in cui la precisione della temperatura non è estremamente elevata, l'intervallo approssimativo della temperatura dell'avvolgimento può essere ottenuto rapidamente attraverso metodi di calcolo indiretto.
Svantaggi: Calcoli complessi, molti calcoli si basano sull'esperienza, universalità debole, e diverse strutture di isolamento possono causare deviazioni nei risultati. Inoltre, nell’effettiva applicazione dei trasformatori in cantiere, possono essere influenzati da vari fattori, rendendo difficile garantire la precisione e solitamente non è possibile riflettere con precisione le variazioni in tempo reale della temperatura dell'avvolgimento.

Confronto tra il metodo di misurazione diretta e il metodo di misurazione con simulazione termica

Metodo di misurazione diretta

Vantaggi: Il metodo di misurazione diretta consente teoricamente un'approssimazione più precisa della temperatura effettiva dell'avvolgimento, soprattutto quando si utilizzano componenti avanzati per la misurazione della temperatura come le fibre ottiche, con conseguente maggiore precisione di misurazione. Per esempio, I sensori di temperatura in fibra ottica possono rilevare direttamente la temperatura attorno all'avvolgimento, evitando l’accumulo di errori causati da misurazioni indirette.

Svantaggi: Oltre alle difficoltà di sepoltura e agli alti costi di manutenzione sopra menzionati, i punti di misurazione del metodo di misurazione diretta sono limitati, rendendo difficile riflettere pienamente la distribuzione della temperatura dell'intero avvolgimento. A causa della complessa struttura degli avvolgimenti del trasformatore, è difficile incorporare sensori in tutti i possibili punti caldi.

Metodo di misurazione della simulazione termica

Vantaggi: L'installazione di strumenti di misurazione della temperatura utilizzando il metodo di simulazione termica è relativamente semplice, e il costo economico è relativamente basso. E può essere direttamente associato al sistema di raffreddamento. Quando la temperatura raggiunge un certo valore, il sistema di raffreddamento può essere avviato direttamente per fornire una certa protezione al trasformatore. Per esempio, in alcuni trasformatori convenzionali immersi in olio, Gli strumenti di misurazione della temperatura con simulazione termica possono convertire la temperatura dell'avvolgimento in base alla temperatura dell'olio e ad altre condizioni, e quindi controllare l'avvio del sistema di raffreddamento.
Svantaggi: Scarsa precisione, c'è una certa differenza temporale nella temperatura misurata, e non può riflettere accuratamente i reali cambiamenti di temperatura dell'avvolgimento in tempo reale. A causa del fatto che la temperatura viene ottenuta mediante conversione della simulazione, potrebbero esserci deviazioni significative dalla temperatura effettiva dell'avvolgimento, soprattutto in situazioni in cui il carico del trasformatore cambia frequentemente o le condizioni operative sono complesse.
Confronto tra la misurazione della temperatura con fibra ottica a fluorescenza e altri metodi di misurazione diretta

Misurazione della temperatura con fibra ottica a fluorescenza

Vantaggi: Oltre al metodo di misurazione diretta che può ottenere direttamente la temperatura, la misurazione della temperatura in fibra ottica a fluorescenza ha anche le caratteristiche di elevata precisione e sensibilità, che può ottenere un monitoraggio preciso della temperatura. Allo stesso tempo, presenta i vantaggi di una forte capacità anti-interferenza e di bassi costi di manutenzione. Per esempio, la sua precisione di misurazione è di circa ± 1 ℃, e può ancora misurare con precisione in ambienti elettromagnetici complessi. A causa delle caratteristiche delle fibre ottiche, la sua manutenzione è relativamente semplice e il costo operativo a lungo termine è basso.
Svantaggi: Sebbene le fibre ottiche siano piccole e flessibili, richiedono ancora determinate tecniche e processi per l'inclusione negli avvolgimenti del trasformatore. L'incorporamento improprio può influenzare i risultati della misurazione. E il costo dell'apparecchiatura del sistema di misurazione della temperatura in fibra fluorescente potrebbe essere relativamente elevato, compresi i costi di approvvigionamento e installazione di componenti quali fibra fluorescente e host di demodulazione.
Altri metodi di misurazione diretta (come le tradizionali termocoppie, ecc.)
Vantaggi: I metodi tradizionali di misurazione diretta come le termocoppie sono relativamente maturi e hanno alcune applicazioni in alcune semplici misurazioni della temperatura dei trasformatori che non richiedono una precisione particolarmente elevata. Per esempio, in alcuni piccoli trasformatori industriali, le termocoppie possono essere semplicemente installate sulla superficie dell'avvolgimento per la misurazione della temperatura.
Svantaggi: Termocoppie e altri sensori sono sensibili alle interferenze elettromagnetiche, con conseguenti errori di misurazione significativi in ambienti altamente elettromagnetici come i trasformatori. Inoltre, la sua precisione è relativamente bassa, e la velocità di risposta potrebbe essere lenta, che non può soddisfare i requisiti di misurazione per una risposta rapida e ad alta precisione della temperatura dell'avvolgimento del trasformatore.

Esempi di applicazione di diversi metodi di misurazione della temperatura nei trasformatori

Esempi applicativi del metodo di misura diretta

In alcuni grandi trasformatori di potenza, per monitorare accuratamente la temperatura dell'avvolgimento, il metodo di misurazione diretta del posizionamento sensori di temperatura a fibra ottica nell'avvolgimento viene adottata la torta metallica. Per esempio, in trasformatori di potenza immersi in olio da 110 kV e superiori, a causa dell'importanza del trasformatore e degli elevati requisiti di affidabilità operativa, è necessario cogliere con precisione la situazione termica dell'avvolgimento. Incorporando accuratamente il sensore di temperatura a fibra ottica nella bobina di avvolgimento durante la produzione, è possibile ottenere informazioni sulla temperatura in tempo reale dell'avvolgimento. Il personale operativo può regolare tempestivamente il carico del trasformatore in base a questi dati di temperatura per evitare problemi come l'invecchiamento dell'isolamento causato dal surriscaldamento dell'avvolgimento. Nel frattempo, questi dati di temperatura possono anche essere collegati al sistema di monitoraggio per il monitoraggio e il controllo remoto. Una volta che la temperatura supera la soglia impostata (come il limite di allarme per la temperatura dell'avvolgimento solitamente compreso tra 90 ℃ e 95 ℃), è possibile emettere tempestivamente un segnale di allarme per avvisare il personale operativo e di manutenzione di adottare le misure corrispondenti, come aumentare la potenza operativa dell'apparecchiatura di raffreddamento o ridurre il carico sul trasformatore.

Esempi applicativi del metodo di calcolo indiretto

In alcuni piccoli trasformatori di distribuzione, a causa delle loro piccole dimensioni, condizioni operative relativamente semplici, e requisiti di bassa precisione per la misurazione della temperatura, Talvolta vengono utilizzati metodi di calcolo indiretto per stimare la temperatura dell'avvolgimento. Per esempio, in alcuni trasformatori di distribuzione da 10 kV nelle zone rurali, l'aumento della temperatura del punto caldo dell'avvolgimento viene calcolato utilizzando formule empiriche basate su parametri come la capacità nominale, corrente di carico, temperatura ambiente, e la struttura di isolamento del trasformatore. Questo metodo può fornire una valutazione approssimativa della temperatura operativa dei trasformatori senza la necessità di complesse apparecchiature di misurazione della temperatura. Tuttavia, questo metodo presenta alcune limitazioni. Per esempio, in condizioni di lavoro particolari quali temperature elevate in estate e aumenti improvvisi del carico del trasformatore, i risultati calcolati potrebbero presentare deviazioni significative dalla temperatura effettiva. Perciò, il personale operativo e di manutenzione deve combinare esperienza e altri metodi di monitoraggio (come il monitoraggio della temperatura superficiale dell'olio) per valutare in modo completo lo stato operativo del trasformatore.

Esempi applicativi del metodo di misura della simulazione termica

In alcuni normali trasformatori immersi in olio, strumenti di misurazione della temperatura con simulazione termica (come gli indicatori della temperatura degli avvolgimenti) vengono utilizzati per convertire la temperatura dell'avvolgimento. Per esempio, in alcune fabbriche di piccole e medie dimensioni’ trasformatori di potenza, gli strumenti di misurazione della temperatura con simulazione termica calcolano la temperatura dell'avvolgimento in base a parametri quali la temperatura superficiale dell'olio e la corrente di carico del trasformatore secondo un determinato rapporto di conversione. Questo metodo è economico e pratico, e può essere collegato al sistema di raffreddamento. Quando la temperatura dell'avvolgimento calcolata raggiunge un determinato valore (come in giro 70 ℃, che può variare tra i diversi trasformatori), apparecchiature di raffreddamento come ventole di raffreddamento o pompe dell'olio possono essere avviate per raffreddare i trasformatori. Tuttavia, a causa della sua precisione relativamente scarsa, potrebbe non essere adatto in alcune situazioni in cui è richiesta la precisione ad alta temperatura. È necessario che il personale di manutenzione ispezioni e mantenga regolarmente il trasformatore per garantirne il funzionamento sicuro.

Esempi applicativi di misura della temperatura con fibra ottica a fluorescenza

In alcuni luoghi in cui l'affidabilità del funzionamento del trasformatore è estremamente elevata, come trasformatori di potenza in grandi data center o importanti trasformatori di sottostazioni, fluorescente sistemi di misurazione della temperatura in fibra ottica sono stati ampiamente utilizzati. Prendiamo come esempio il trasformatore immerso in olio da 10.000 kVA in un grande data center, le fibre ottiche interne sono disposte nell'avvolgimento, nucleo di ferro, superficie dell'olio e altre parti per misurare la temperatura utilizzando il principio del bagliore residuo delle fibre ottiche fluorescenti. La fibra ottica interna è collegata alla fibra ottica esterna tramite un connettore sulla flangia, e il segnale ottico viene trasmesso all'host di misurazione della temperatura per analizzare la temperatura nel punto di misurazione. Il sistema di misurazione della temperatura a fibra ottica a fluorescenza può monitorare la temperatura di varie parti del trasformatore in tempo reale e con elevata precisione, con una precisione di ± 1 ℃. Quando la temperatura dell'avvolgimento mostra un andamento anomalo al rialzo (come un rapido aumento dalla normale temperatura operativa di 80 ℃), il sistema di monitoraggio può rilevare rapidamente ed emettere un segnale di allarme. Nel frattempo, grazie alla forte capacità anti-interferenza del sistema di misurazione della temperatura in fibra ottica fluorescente, può funzionare stabilmente nel complesso ambiente elettromagnetico dei trasformatori, riducendo i falsi allarmi causati dalle interferenze elettromagnetiche. Inoltre, il suo basso costo di manutenzione consente inoltre di ridurre i costi di funzionamento e manutenzione, migliorare l'economia e la sicurezza del funzionamento del trasformatore durante il funzionamento a lungo termine.