Qual è il miglior metodo di monitoraggio in fibra ottica per la temperatura nei trasformatori di potenza elettrica

Principio della tecnologia a fibra ottica fluorescente per il monitoraggio della temperatura dei punti caldi dei trasformatori di tipo secco

Il principio di base dell'utilizzo della tecnologia dei sensori a fibra ottica fluorescente per il monitoraggio della temperatura dei punti caldi dei trasformatori a secco consiste nell'utilizzare le caratteristiche di temperatura delle sostanze fluorescenti. Nello specifico, il mezzo di fluorescenza viene eccitato dalla luce blu-viola per produrre fluorescenza, e la durata della fluorescenza diminuisce con l'aumentare della temperatura. Perciò, la misurazione della temperatura può essere ottenuta rilevando la durata della fluorescenza.

Quando i materiali fluorescenti vengono irradiati con luce di eccitazione, emettono fluorescenza, che di solito decade in modo esponenziale. La costante di tempo di decadimento è la durata della fluorescenza o il tempo di post-luminescenza della fluorescenza (ns). Il decadimento del bagliore residuo della fluorescenza varia a diverse temperature ambientali. Il rilevatore può misurare con precisione la temperatura ambiente della sonda e fornire monitoraggio e allarme misurando la durata della durata del bagliore residuo della fluorescenza.

Questo metodo di misurazione della temperatura presenta alcuni vantaggi unici, come un metodo di misurazione passiva della temperatura, e grazie alle dimensioni completamente isolate e ridotte del sensore di temperatura a fibra ottica, può misurare direttamente la temperatura più alta dei punti caldi interni che tendono a verificarsi nelle apparecchiature elettriche ad alta tensione. Nel frattempo, le caratteristiche dei materiali fluorescenti consentono a questa tecnologia di avere un'elevata precisione e stabilità nella misurazione della temperatura.

1. Metodo di utilizzo della fibra ottica fluorescente per monitorare la temperatura del punto caldo dei trasformatori a secco

1.1 Installazione di sensori

Scegliere la posizione di installazione appropriata
Per trasformatori a secco, i sensori in fibra ottica possono essere installati nei dissipatori di calore interni, avvolgimenti, e altre aree soggette a punti caldi. L'avvolgimento genera calore durante il funzionamento del trasformatore. Se la dissipazione del calore è scarsa o il carico è troppo elevato, sull'avvolgimento appariranno punti caldi. Il dissipatore di calore è un componente appositamente progettato per la dissipazione del calore, e monitorarne la temperatura può anche aiutare a comprendere le condizioni di dissipazione del calore del trasformatore.
Durante l'installazione, è necessario garantire che il sensore possa riflettere accuratamente la temperatura del punto caldo. Per esempio, durante l'installazione sull'avvolgimento, è necessario considerare la struttura e la distribuzione della corrente dell'avvolgimento, e il sensore deve essere installato nel luogo in cui potrebbe verificarsi la temperatura più alta.

1.2 Metodo di installazione e precauzioni

L'installazione dei sensori dovrebbe garantire un buon contatto con l'area misurata per garantire un rilevamento accurato della temperatura. Per gli avvolgimenti dei trasformatori a secco, potrebbe essere necessario preimpostare la posizione di installazione durante la produzione o la manutenzione per evitare danni agli avvolgimenti durante il processo di installazione.
Quando si installano le fibre ottiche, è importante notare che il raggio di curvatura della fibra non deve essere troppo piccolo, poiché la perdita ottica causata dalla flessione della fibra può influenzare il calcolo della costante di tempo di attenuazione, influenzando così la precisione della misurazione della temperatura. Allo stesso tempo, è necessario evitare stiramenti o compressioni eccessivi della fibra ottica per evitare danneggiamenti.

2. Raccolta ed elaborazione dei dati

2.1 Acquisizione del segnale

Utilizzare apparecchiature specializzate per raccogliere i segnali emessi dai sensori a fibra ottica fluorescente. Durante questo processo, la luce di eccitazione sarà diretta sulla sostanza fluorescente, e quindi verrà rilevato il segnale del bagliore residuo della fluorescenza. L'apparecchiatura di raccolta deve avere un'elevata sensibilità e precisione per catturare i deboli cambiamenti del segnale di fluorescenza.
Grazie alla possibilità di installare sensori a fibra ottica fluorescente in diversi punti all'interno dei trasformatori, sono necessari cablaggi e canali di trasmissione del segnale corrispondenti per trasmettere i segnali da ciascun sensore all'apparecchiatura di acquisizione.

2.2 Elaborazione dei dati

Il segnale afterglow di fluorescenza raccolto deve essere elaborato per ottenere il valore della temperatura. Secondo la curva di relazione tra durata della fluorescenza e temperatura (che di solito si ottiene tramite precalibrazione), convertire il tempo di decadimento dell'afterglow misurato della fluorescenza in valori di temperatura.
In fase di elaborazione dati, possibile fattori di errore come la perdita di inserzione nei giunti in fibra ottica e la perdita ottica dei cavi ottici esterni dovrebbero essere considerati per migliorare la precisione della misurazione della temperatura compensandoli attraverso algoritmi.

3. Composizione e funzionamento del sistema di monitoraggio

3.1 Composizione del sistema

Il trasformatore fluorescente a secco monitoraggio della temperatura degli hot spot in fibra ottica Il sistema è costituito principalmente da sensori di temperatura a fibra ottica fluorescente, dispositivi di acquisizione del segnale, unità di elaborazione dati, dispositivi di visualizzazione e allarme, e altre parti.
Come componente front-end per la misurazione della temperatura, IL sensore di temperatura a fibra ottica fluorescente è responsabile del rilevamento della temperatura e della conversione delle informazioni sulla temperatura in variazioni del segnale di fluorescenza. Il dispositivo di acquisizione del segnale raccoglie il segnale di fluorescenza emesso dal sensore, e l'unità di elaborazione dati analizza ed elabora il segnale raccolto, convertendolo in un valore di temperatura. Il dispositivo di visualizzazione viene utilizzato per visualizzare i dati di temperatura in tempo reale di ciascun punto di monitoraggio, mentre il dispositivo di allarme emette un allarme quando la temperatura supera la soglia impostata.

3.2 Funzionamento del sistema

Durante il funzionamento del sistema, è necessario ispezionare e mantenere regolarmente i sensori e l'intero sistema di monitoraggio. Assicurarsi che i sensori funzionino correttamente, la trasmissione del segnale è fluida, e l'elaborazione dei dati è accurata. Allo stesso tempo, regolare i parametri del sistema di monitoraggio, come le soglie di allarme, in base allo stato di funzionamento e alle condizioni ambientali del trasformatore.

2. Caso applicativo di fibra ottica fluorescente nel monitoraggio della temperatura dei punti caldi dei trasformatori a secco

2.1. Migliorare la sicurezza operativa dei trasformatori a secco

Monitoraggio in tempo reale della temperatura dell'hotspot
Nella sala distribuzione di una grande impresa industriale, i trasformatori a secco svolgono un ruolo importante nell'alimentazione. A causa dell'ambiente complesso del locale di distribuzione e della presenza di determinate interferenze elettromagnetiche, I metodi tradizionali di monitoraggio della temperatura sono difficili da soddisfare i requisiti di un monitoraggio accurato. Dopo aver adottato a sistema di misurazione della temperatura a fibra ottica fluorescente, il sensore a fibra ottica fluorescente è installato in parti chiave come l'avvolgimento e il dissipatore di calore del trasformatore a secco. Monitorando la temperatura dei punti caldi di queste parti in tempo reale, il personale operativo e di manutenzione può cogliere tempestivamente lo stato operativo del trasformatore. Quando la temperatura di una certa parte aumenta in modo anomalo, il sistema può emettere rapidamente un allarme per evitare guasti al trasformatore causati dal surriscaldamento, garantire la sicurezza dell'alimentazione elettrica nell'intero locale di distribuzione.
Prevenire potenziali malfunzionamenti
Per alcuni trasformatori a secco in funzione da molto tempo, il materiale isolante all'interno potrebbe invecchiare gradualmente, con conseguente aumento del rischio di surriscaldamento locale. In un progetto di ristrutturazione di una sottostazione in una vecchia zona residenziale, una fluorescente sistema di monitoraggio della temperatura dell'hotspot in fibra ottica è stato installato. Attraverso il monitoraggio a lungo termine della temperatura del punto caldo del trasformatore, sono stati scoperti diversi potenziali punti di surriscaldamento. Dopo l'ispezione, si è riscontrato che erano causati da punti di collegamento allentati e dall'invecchiamento dell'isolamento. Dopo aver adottato misure tempestive per la riparazione, sono stati evitati possibili guasti al trasformatore e la durata del trasformatore è stata prolungata.

2.2. Ottimizza la gestione del carico dei trasformatori a secco

Regolare il carico in base alla temperatura
Nel sistema di alimentazione dei data center, il carico dei trasformatori a secco varia con lo stato operativo dei server. Monitoraggio in tempo reale della temperatura hot spot dei trasformatori attraverso una lampada fluorescente sistema di monitoraggio della temperatura in fibra ottica. Quando la temperatura si avvicina al limite superiore impostato, il personale di gestione può adottare misure per ridurre il carico sul trasformatore, come la regolazione dell'allocazione dell'alimentazione del server o l'attivazione del trasformatore di riserva per condividere il carico. Ciò garantisce il funzionamento sicuro del trasformatore e migliora l’affidabilità dell’alimentazione elettrica dell’intero data center.

2.3 Valutazione della capacità di carico del trasformatore

Nel sistema elettrico di un complesso commerciale, i dati di monitoraggio a lungo termine della temperatura dei punti caldi dei trasformatori a secco possono essere analizzati per valutare le variazioni di temperatura dei trasformatori in diverse condizioni di carico. Sulla base di questi dati, la capacità di carico massima del trasformatore è ragionevolmente determinata, il piano di distribuzione dell'energia è ottimizzato, e si evita che il trasformatore rimanga in uno stato di sovraccarico per lungo tempo, migliorando così l’efficienza operativa del sistema energetico.

3. Precauzioni per il monitoraggio della temperatura degli hotspot in fibra ottica fluorescente nei trasformatori a secco

3.1 Impatto dei fattori ambientali

interferenza elettromagnetica
Durante il funzionamento di trasformatori a secco, c'è un campo elettromagnetico intorno a loro. Sebbene gli stessi sensori a fibra ottica fluorescente abbiano una certa immunità alle interferenze elettromagnetiche, bisognerebbe comunque prestare attenzione alle applicazioni pratiche. Per esempio, in luoghi con ambienti elettromagnetici complessi come le sottostazioni, è necessario garantire la compatibilità elettromagnetica dei sensori e dei sistemi di monitoraggio. Nella progettazione del sistema, Per la trasmissione dei segnali vengono utilizzati cavi schermati, inoltre, i sensori e le apparecchiature di monitoraggio sono ben collegati a terra per evitare che le interferenze elettromagnetiche influenzino la raccolta e l'elaborazione dei segnali di fluorescenza, garantendo così la precisione della misurazione della temperatura.
Umidità e polvere
Se il trasformatore a secco si trova in un ambiente con elevata umidità o polvere, ciò potrebbe influire sulle prestazioni del sensore a fibra ottica fluorescente. L'umidità può causare condensa sulla superficie delle fibre ottiche, influenzando la trasmissione della luce; La polvere può aderire alla superficie delle fibre ottiche, causando un aumento della perdita ottica. Perciò, per sensori installati in tali ambienti, è necessario adottare misure di protezione, come l'utilizzo di involucri protettivi sigillati e la pulizia regolare dei sensori e delle fibre ottiche.

3.2 Installazione e manutenzione di fibre ottiche

Piegatura e perdita delle fibre
Quando si installano le fibre ottiche, è necessario controllare rigorosamente il raggio di curvatura delle fibre. Una flessione eccessiva può causare dispersione e perdita di luce all'interno della fibra ottica, influenzando la trasmissione e il rilevamento dei segnali di fluorescenza. In generale, il raggio di curvatura delle fibre ottiche dovrebbe essere maggiore del raggio di curvatura minimo consentito, e il valore specifico dipende dal tipo e dalle specifiche della fibra. Durante il processo di cablaggio, è importante evitare di schiacciare o graffiare le fibre ottiche con oggetti appuntiti per prevenire l'interruzione del segnale causata da danni alla fibra.
Lavorazione di connettori in fibra ottica
La qualità dei connettori in fibra ottica ha un impatto significativo sulla trasmissione del segnale. Quando si collegano le fibre ottiche, è necessario assicurarsi che i connettori siano collegati saldamente e pulire i connettori in fibra ottica per evitare la polvere, olio, e altri inquinanti entrino nei connettori, che può aumentare la perdita di luce per inserzione. Controllare regolarmente lo stato dei connettori in fibra ottica, e ripararli o sostituirli tempestivamente se sono allentati o danneggiati.

3.3 Calibrazione e precisione dei sensori

Calibrazione regolare
La precisione dei sensori a fibra ottica fluorescente varierà con i cambiamenti nel tempo e nell'ambiente di utilizzo. Per garantire la precisione della misurazione della temperatura, è necessario calibrare regolarmente il sensore. Il metodo di calibrazione consiste nel posizionare il sensore in un ambiente con una temperatura nota (come una camera a temperatura costante), misurare la durata del bagliore residuo della fluorescenza, e confrontarlo con il valore teorico a temperatura standard. Regolare i parametri del sensore per far sì che il valore misurato corrisponda alla temperatura effettiva. Il ciclo di calibrazione dipende da fattori quali la frequenza di utilizzo del sensore e le condizioni ambientali, e generalmente si consiglia di eseguire la calibrazione ogni sei mesi o un anno.
Verifica dell'accuratezza
Durante l'installazione e l'utilizzo dei sensori, la loro accuratezza della misurazione dovrebbe essere verificata. Possono essere utilizzati metodi di misurazione comparativa, come l'installazione di sensori a fibra ottica fluorescenti e altri sensori di temperatura con precisione nota (come le termocoppie) contemporaneamente su trasformatori a secco, e confrontare i valori di temperatura misurati dai due sensori in diversi carichi e condizioni operative. Se la deviazione tra i due supera l'intervallo consentito, è necessario ispezionare e regolare il sensore a fibra ottica fluorescente.

4. Metodo per ottimizzare l'effetto di monitoraggio della temperatura degli hotspot in fibra fluorescente nei trasformatori a secco.

4.1 Ottimizzazione del layout del sensore

Posizionamento accurato delle aree hotspot
Condurre un'analisi approfondita del principio di riscaldamento e della struttura dei trasformatori a secco, e identificare le aree chiave in cui possono verificarsi hotspot. Per esempio, i sensori a fibra ottica fluorescenti devono essere posizionati in luoghi in cui è probabile che si verifichi un accumulo di calore, come ad esempio tra i turni, tra gli strati, e al collegamento tra l'avvolgimento e il nucleo di ferro. Grazie alla disposizione precisa del sensore, la temperatura dei punti caldi dei trasformatori può essere monitorata in modo più completo e accurato, evitando l’omissione di importanti punti caldi.
Determinazione ragionevole del numero di sensori
Determinare ragionevolmente il numero di sensori a fibra ottica fluorescente in base a fattori quali la capacità, livello di tensione, e metodo di dissipazione del calore dei trasformatori a secco. Per trasformatori di grande capacità, livelli di alta tensione, o condizioni di scarsa dissipazione del calore, il numero di sensori può essere opportunamente aumentato per ottenere informazioni più dettagliate sulla distribuzione della temperatura. Ma allo stesso tempo, Dovrebbero essere considerati anche i costi e la complessità del sistema per evitare un eccessivo spreco di sensori e una maggiore difficoltà nella manutenzione del sistema.

4.2. Migliorare le prestazioni del sistema di monitoraggio

Adozione di sensori e dispositivi di acquisizione ad alta precisione
La scelta di un sensore a fibra fluorescente con sensibilità maggiore e deriva inferiore può migliorare la precisione della misurazione della temperatura. In termini di acquisizione del segnale, apparecchiature di acquisizione ad alta precisione come i fotorilevatori ad alta risoluzione e basso rumore possono catturare in modo più accurato cambiamenti sottili nei segnali di fluorescenza. Questi dispositivi ad alta precisione possono ridurre efficacemente gli errori di misurazione e migliorare le prestazioni dell'intero sistema di monitoraggio.
Ottimizzare gli algoritmi di trasmissione ed elaborazione del segnale
Per il problema dell'attenuazione del segnale durante la trasmissione in fibra ottica, tecniche di miglioramento del segnale come gli amplificatori ottici possono essere utilizzate per aumentare la forza del segnale. In termini di elaborazione dei dati, sviluppo di algoritmi più avanzati, come algoritmi di compensazione in tempo reale per la perdita di fibra, attenuazione del segnale di fluorescenza, ecc., può migliorare la precisione e la stabilità della misurazione della temperatura. Nel frattempo, l'ottimizzazione dell'algoritmo di filtraggio dei dati per rimuovere le interferenze dovute al rumore rende i risultati della misurazione più affidabili.

4.3 Rafforzare la manutenzione e la gestione del sistema

Piano di manutenzione regolare
Sviluppare un piano dettagliato di manutenzione regolare, compresa l'ispezione e la manutenzione dei sensori a fibra ottica fluorescente, apparecchiature di acquisizione del segnale, unità di elaborazione dati, ecc. Per esempio, pulire regolarmente i sensori e le superfici in fibra ottica, verifica del collegamento dei connettori in fibra ottica, e conduzione di test funzionali sulle apparecchiature. Attraverso una manutenzione regolare, i potenziali problemi possono essere identificati e risolti in modo tempestivo, garantire il normale funzionamento del sistema di monitoraggio.
Monitoraggio remoto e diagnosi dei guasti
Stabilire un sistema di monitoraggio remoto per consentire al personale operativo e di manutenzione di visualizzare da remoto i dati sulla temperatura dei punti caldi in tempo reale dei trasformatori a secco. Allo stesso tempo, al sistema viene aggiunta una funzione di diagnosi dei guasti, che può diagnosticare automaticamente possibili guasti come guasti ai sensori, interruzioni della trasmissione del segnale, ecc. analizzando i dati di temperatura e monitorando lo stato del sistema, e avvisare tempestivamente il personale operativo e di manutenzione per la movimentazione. Ciò può migliorare l’efficienza operativa e ridurre il tempo necessario per la riparazione dei guasti.

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