Giám sát tình trạng nhiệt của máy biến áp loại khô – Hướng dẫn ứng dụng và phân tích kỹ thuật

• Cuộn dây và lõi sắt của máy biến áp loại khô như máy biến áp nhựa đúc và máy biến áp nhựa Epoxy là nguồn nhiệt chính. Điều kiện nhiệt của chúng quyết định trực tiếp đến tuổi thọ cách nhiệt. Cứ tăng thêm 6oC thì nhiệt độ điểm nóng của cuộn dây, cuộc đời sẽ giảm đi một nửa.
• Giám sát máy biến áp cách điện bằng không khí và máy biến áp cách điện rắn cần nắm bắt chính xác nhiệt độ của từng bộ phận làm nóng. Phương pháp truyền thống có những hạn chế, và sợi quang huỳnh quang có hiệu suất toàn diện tốt nhất trong số các công nghệ cảm biến mới.
• Bài báo phân tích công nghệ giám sát tình trạng nhiệt cho các loại máy biến áp khô, compares different schemes, and provides selection and application points to help you master efficient monitoring methods.

1. Main Heating Components and Causes of Heat Generation in Dry-type Transformers

Whether it is Cast resin transformers, Epoxy resin transformers, Air-insulated transformers, or Solid insulation transformers, heat is mainly generated from energy loss during power conversion. The core heating components and mechanisms are as follows:

1. cuộn dây (the most important heat source):Copper loss (I2R) generated when current passes through the windings is the main heat source for all types of dry-type transformers. For Cast resin transformers, their windings are tightly wrapped by epoxy resin, so the heat dissipation condition is more complex than that of Air-insulated transformers, và nhiệt dễ tích tụ tạo thành các điểm nóng. Lớp cách điện cuộn dây của máy biến áp nhựa Epoxy sẽ đẩy nhanh quá trình lão hóa do nhiệt độ cao trong thời gian dài. Khi dòng tải tăng (chẳng hạn như hoạt động quá tải), tổn thất đồng tăng theo tỷ lệ bình phương, và nhiệt độ tăng mạnh. Ngoài ra, dòng rò giữa các vòng dây và các lớp của cuộn dây sẽ tạo ra tổn thất dòng điện xoáy, làm tăng thêm tình trạng sinh nhiệt. Cuộn dây điện áp cao dễ xuất hiện điểm nóng hơn do có nhiều vòng dây hơn, dây mỏng hơn, và sinh nhiệt lớn hơn trên một đơn vị thể tích.
2. lõi sắt:Lõi sắt tạo ra tổn thất sắt trong từ trường xen kẽ, bao gồm tổn thất trễ và tổn thất dòng điện xoáy. Đặc tính này đặc biệt rõ ràng ở các máy biến áp cách điện rắn. – độ dẫn nhiệt của vật liệu cách nhiệt rắn tương đối kém, và nếu nhiệt lượng của lõi sắt không thể tản đi kịp thời, quá nhiệt cục bộ có thể xảy ra. Suy hao trễ có liên quan đến diện tích vòng trễ của vật liệu lõi sắt, và tổn thất dòng điện xoáy là do dòng điện xoáy gây ra (dòng điện tuần hoàn) cảm ứng trong lõi sắt. Nếu khả năng cách nhiệt của tấm thép silicon lõi sắt kém hoặc các lớp mỏng bị lỏng, tổn thất dòng điện xoáy sẽ tăng đáng kể, dẫn đến quá nhiệt cục bộ.
3. Dây dẫn và các bộ phận kết nối:Tiếp xúc kém ở các bộ phận kết nối như dây quấn và bộ chuyển đổi nấc sẽ tạo ra điện trở tiếp xúc, gây thêm nhiệt Joule. Kiểu sinh nhiệt này thường bị bỏ qua trong máy biến áp cách điện bằng không khí vì khả năng cách nhiệt của chúng phụ thuộc vào khe hở không khí., và quá nhiệt tại các điểm tiếp xúc có thể ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu suất cách nhiệt. Trong khi các bộ phận kết nối của máy biến áp nhựa đúc được bọc bằng vật liệu cách điện, do đó quá trình sinh nhiệt bị ẩn đi nhiều hơn và có thể tăng đột ngột khi tải bình thường, đó là nguyên nhân phổ biến gây ra lỗi quá nhiệt cục bộ.
4. Quạt làm mát (sưởi ấm phụ trợ):Máy biến áp nhựa Epoxy làm mát bằng không khí cưỡng bức hoặc máy biến áp cách điện rắn, Động cơ quạt của chúng sẽ tạo ra một lượng nhiệt nhỏ trong quá trình hoạt động, nhưng tỷ lệ rất thấp (thường xuyên <1%). Tác động chính là khi quạt hỏng, Hiệu suất tản nhiệt sẽ giảm, gián tiếp làm trầm trọng thêm sự gia tăng nhiệt độ của các thành phần khác. For naturally cooled Air-insulated transformers, the lack of fans makes them more dependent on the heat dissipation design of the windings themselves, so temperature monitoring of heating components is particularly critical.

The heat generation of these components interacts with each other: the heat of the windings is transferred to the iron core through conduction, and the heat of the iron core is dissipated to the surrounding environment through convection. If any link of heat dissipation is blocked, it will trigger a chain reaction, leading to overall temperature失控.

2. Working Principle of Thermal Condition Monitoring System for Dry-type Transformers

Thermal condition monitoring of dry-type transformers determines whether the equipment is in a safe operating range by real-time capturing the temperature distribution and change trend of each heating component. Whether it is Cast resin transformers or Air-insulated transformers, the core logic is the same: mất thiết bị (mất đồng, mất sắt) is converted into heat. If the heat dissipation rate is lower than the heat generation rate, the temperature will continue to rise, eventually leading to aging and failure of insulation materials (such as epoxy resin, solid insulation materials).

The monitoring system usually consists of three parts:

1. Sensing layer: Directly contact or be close to heating parts (chẳng hạn như cuộn dây, iron core connection points) to convert temperature signals into transmittable electrical or optical signals. For Cast resin transformers, it needs to be able to penetrate the insulation layer for accurate temperature measurement. For Air-insulated transformers, nó cần thích ứng với tác động của bụi trong môi trường mở.
2. Lớp truyền: Truyền tín hiệu đến bộ xử lý thông qua dây cáp, sợi quang, hoặc phương tiện không dây. Do cấu trúc cách điện nhỏ gọn của máy biến áp cách điện rắn, có yêu cầu cao hơn về không gian nối dây của đường dây truyền tải.
3. Lớp phân tích: Phân tích dữ liệu nhiệt độ theo thời gian thực, và kích hoạt báo động khi vượt quá ngưỡng (chẳng hạn như giới hạn trên của nhiệt độ điểm nóng là 155oC đối với máy biến áp nhựa Epoxy, có thể được nới lỏng một cách thích hợp cho máy biến áp cách điện bằng không khí do tản nhiệt tốt hơn nhưng cần giám sát chặt chẽ).

Trong số đó, cái loại công nghệ lớp cảm biến là yếu tố cốt lõi quyết định hiệu quả giám sát, ảnh hưởng trực tiếp đến tính chính xác và độ tin cậy của dữ liệu.

3. Comprehensive Comparison of Thermal Condition Monitoring Technologies for Dry-type Transformers

Different thermal condition monitoring technologies have significant performance differences in scenarios of different types of dry-type transformers such as Cast resin, Epoxy resin, Cách nhiệt bằng không khí, and Solid insulation. The following is a comparison of key parameters of mainstream technologies:

Công nghệ giám sát	Nguyên lý cảm biến	Phạm vi đo nhiệt độ	Anti-electromagnetic Interference Ability	Phương pháp cài đặt	Ổn định lâu dài	Mức chi phí	Adaptability to Different Types of Transformers	Core Shortcomings
Điện trở nhiệt (PT100)	Điện trở kim loại thay đổi theo nhiệt độ	-50~200℃	Nghèo	Surface pasting / lead wiring	Nghèo (needs calibration every 3-5 năm)	Thấp	Only suitable for surface temperature measurement of Air-insulated transformers, cannot penetrate the resin layer	Cannot monitor internal hot spots of windings; dây dẫn dễ bị nhiễu điện từ
Nhiệt kế hồng ngoại	Nhận bức xạ hồng ngoại để tính toán nhiệt độ	-20~300oC	Mạnh	Không liên lạc (cài đặt bên ngoài)	Trung bình (ảnh hưởng bởi bụi môi trường)	Trung bình	Khả năng thích ứng chung với máy biến áp cách điện bằng không khí, không thể xuyên qua lớp cách điện của máy biến áp nhựa đúc	Cần mở cửa sổ quan sát, dễ bị ảnh hưởng bởi nhiệt độ môi trường và độ ẩm
Lưới sợi Bragg	Bước sóng phản xạ cách tử thay đổi theo nhiệt độ	-40~150oC	Mạnh	Cấy vào cuộn dây / dán	Trung bình (dễ bị trôi ở nhiệt độ cao)	Cao	Thích hợp cho máy biến áp cách điện rắn, nhưng dễ bị ảnh hưởng bởi ứng suất vật liệu trong máy biến áp nhựa đúc	Thiết bị giải điều chế phức tạp, giám sát đa điểm cần kết nối nối tiếp dẫn đến lỗi một điểm ảnh hưởng đến toàn bộ
Cảm biến không dây	Tín hiệu tần số vô tuyến truyền dữ liệu nhiệt độ	-30~125oC	Nghèo	Hấp phụ bề mặt	Nghèo (tuổi thọ pin 1-2 năm)	Trung bình	Có thể dùng thử cho máy biến áp cách điện bằng không khí, dễ dàng che chắn tín hiệu cho máy biến áp nhựa đúc có vỏ kim loại	Pin nhanh hỏng trong môi trường nhiệt độ cao, dữ liệu rất dễ bị mất
Sợi quang huỳnh quang	Thời gian phân rã huỳnh quang thay đổi theo nhiệt độ	-30~200℃	Cực kỳ mạnh mẽ	Cấy vào cuộn dây	Xuất sắc (không cần bảo trì trong hơn 10 năm)	Trung bình-cao	Thích hợp cho mọi loại, đặc biệt thích hợp để đo nhiệt độ bên trong của máy biến áp nhựa đúc và cách điện rắn	Dây cáp quang cần thiết kế chuyên nghiệp, với yêu cầu về bán kính uốn
Sợi quang phân tán	Phản ánh miền thời gian quang học (OTDR)	-50~250oC	Mạnh	Nằm dọc theo cuộn dây	Trung bình (độ chính xác giảm theo khoảng cách)	Cao	Thích hợp cho máy biến áp cách điện bằng không khí lớn, không đủ không gian trong máy biến áp cách điện rắn	Không thể xác định được điểm nóng cụ thể, chỉ có thể đo nhiệt độ khu vực

Phần kết luận: Công nghệ sợi quang huỳnh quang có hiệu suất toàn diện tốt nhất trong việc giám sát tình trạng nhiệt của các máy biến áp loại khô khác nhau, đặc biệt là trong ba chiều cốt lõi: chụp điểm nóng bên trong của máy biến áp nhựa đúc, khả năng chống nhiễu của máy biến áp cách điện bằng không khí, và độ ổn định lâu dài của máy biến áp cách điện rắn, vượt trội hơn nhiều so với các công nghệ khác.

4. Các điểm kỹ thuật cốt lõi của việc giám sát điều kiện nhiệt cho máy biến áp loại khô

Giám sát tình trạng nhiệt hiệu quả cần đáp ứng môi trường vận hành đặc biệt của các loại máy biến áp loại khô khác nhau. Các điểm sau đây xác định độ tin cậy của hệ thống:

1. Giám sát chính xác thích ứng với loại vật liệu cách nhiệt:Cảm biến cho máy biến áp nhựa Cast cần được cấy vào cuộn dây bọc nhựa epoxy để đo trực tiếp các điểm nóng; Máy biến áp cách điện bằng không khí cần xem xét tác động của bụi tới cảm biến và lựa chọn model chống ô nhiễm; Máy biến áp cách điện rắn, do cấu trúc nhỏ gọn của chúng, yêu cầu cảm biến có đường kính <2mm để tránh làm hỏng lớp cách nhiệt.
2. Thiết kế chống lão hóa cho đặc tính vật liệu:Hệ thống giám sát máy biến áp nhựa Epoxy cần chịu được độ ổn định hóa học lâu dài của nhựa epoxy sau khi đóng rắn, và vật liệu cảm biến không được phản ứng với nhựa; Cảm biến cho máy biến áp cách điện bằng không khí cần có khả năng chống bụi, chống ẩm để thích ứng với môi trường mở.
3. Cài đặt ngưỡng phân biệt:Các vật liệu cách nhiệt khác nhau có mức chịu nhiệt khác nhau. Epoxy resin belongs to Class F (hot spot upper limit 155℃), and some solid insulation materials can reach Class H (180oC). The monitoring system needs to preset corresponding thresholds according to the transformer type to avoid false alarms or missed alarms.
4. Protection of insulation performance during installation:When implanting sensors into Cast resin transformers, it is necessary to avoid damaging the epoxy resin insulation layer; the wiring of Air-insulated transformers must not affect the insulation distance of air gaps; Solid insulation transformers must ensure that the overall insulation resistance meets the standards after installation.

5. Câu hỏi thường gặp (Câu hỏi thường gặp): Key Questions in Thermal Condition Monitoring Practice

(TÔI) Adaptability to Different Types of Transformers

1. Q: Is wireless sensor suitable for Cast resin transformers?
   MỘT: KHÔNG. Resin and metal shells will double shield wireless signals, dẫn đến tỷ lệ mất dữ liệu >30%; và cuộn dây của nó được bọc hoàn toàn, nên cảm biến không dây không thể ở gần các điểm nóng, và độ lệch đo có thể đạt hơn 20oC. Nên sử dụng giám sát cấy sợi quang huỳnh quang.
2. Q: Nhiệt kế hồng ngoại có đủ cho máy biến áp cách điện bằng không khí không?
   MỘT: KHÔNG. Mặc dù máy biến áp cách điện bằng không khí không có lớp cách điện chặn, Đo nhiệt độ hồng ngoại bị ảnh hưởng rất nhiều bởi nhiệt độ môi trường, độ ẩm, và bụi. Độ chính xác giảm xuống ±5oC vào những ngày mưa, gây khó khăn cho việc nắm bắt quá nhiệt sớm (chẳng hạn như nhiệt độ tăng 10oC tại các điểm kết nối). Cần giám sát các bộ phận quan trọng bằng sợi quang huỳnh quang.
3. Q: Việc lắp đặt cảm biến trên máy biến áp cách điện rắn có làm hỏng lớp cách điện không?
   MỘT: Có thể tránh được điều này bằng cách chọn cảm biến sợi quang huỳnh quang có đường kính <2mm. Vật liệu linh hoạt của nó có thể được cấy dọc theo khe hở cách nhiệt. Độ giảm điện trở cách điện đo được là <0.5%, đáp ứng các yêu cầu tiêu chuẩn IEC và sẽ không ảnh hưởng đến hiệu suất cách điện của thiết bị.

(II) Ứng dụng kỹ thuật

1. Q: Cảm biến của máy biến áp nhựa Epoxy có cần hiệu chuẩn thường xuyên không?
   MỘT: Cảm biến sợi quang huỳnh quang không cần hiệu chuẩn. Nhựa epoxy có độ ổn định lâu dài mạnh mẽ sau khi đóng rắn và sẽ không ảnh hưởng đến đặc tính phân rã của vật liệu huỳnh quang. Hệ thống có thể duy trì độ chính xác lâu dài (±1oC), trong khi nhiệt điện dễ bị lão hóa trong môi trường nhựa và cần hiệu chuẩn hàng năm.
2. Q: Có thể phân tích toàn diện dữ liệu giám sát của các loại máy biến áp loại khô khác nhau không??
   MỘT: Đúng. Thông qua nền tảng dữ liệu thống nhất, Có thể so sánh đường cong tăng nhiệt độ của máy biến áp nhựa đúc và máy biến áp cách điện bằng không khí để phân tích sự khác biệt về hiệu suất tản nhiệt của các loại cách điện khác nhau, làm cơ sở cho việc lựa chọn máy biến áp. Tuy nhiên, loại máy biến áp phải được đánh dấu trong hệ thống để đảm bảo tính chính xác của việc phân tích.

6. Nhà sản xuất hàng đầu thế giới về hệ thống giám sát tình trạng nhiệt cho máy biến áp loại khô

Xếp hạng	Tên nhà sản xuất	Ưu điểm kỹ thuật cốt lõi (Adaptability to Different Types of Transformers)
1	Khoa học điện tử đổi mới Phúc Châu&Công ty công nghệ, Công ty TNHH.	Phát triển các công cụ cấy ghép đặc biệt cho máy biến áp nhựa đúc, cảm biến sợi quang huỳnh quang có khả năng tương thích tốt với nhựa epoxy, và tốc độ lắp đặt trong máy biến áp cách điện rắn là 99.5%
2	Hoa Quang Thiên Thụy	Hệ thống giám sát máy biến áp cách điện bằng không khí có cấp bảo vệ IP66, khả năng chống bụi vượt trội, và hỗ trợ chia sẻ nền tảng dữ liệu với máy biến áp nhựa Epoxy
3	Đổi mới của Luna (Hoa Kỳ)	Giải pháp phân tán phù hợp với cụm máy biến áp nhựa Epoxy lớn, và một hệ thống duy nhất có thể tương thích với việc giám sát 20 các loại máy biến áp khô
4	Giải pháp mở (Canada)	Đầu dò huỳnh quang chịu nhiệt độ cao (200oC) thích hợp cho máy biến áp cách điện rắn loại H, với thị phần hơn 30% tại thị trường máy biến áp nhựa đúc Bắc Mỹ
5	Neoptix (Canada)	Cảm biến thu nhỏ có đường kính 1,8mm được thiết kế đặc biệt cho máy biến áp cách điện rắn, và tỷ lệ duy trì điện trở cách điện sau khi lắp đặt là >99%
6	lõi sợi (Vương quốc Anh)	Cáp quang suy hao thấp phù hợp giám sát từ xa các cụm máy biến áp cách điện bằng không khí, với khoảng cách truyền tín hiệu 10km, thiết bị rơle giảm
7	Quang học Micron (Hoa Kỳ)	Mô-đun giải điều chế có thể tự động xác định loại máy biến áp (Nhựa đúc / Cách nhiệt bằng không khí), thông minh phù hợp với ngưỡng đo nhiệt độ, và giảm chi phí cài đặt thủ công
8	Kiểm soát photon (Canada)	Vật liệu cảm biến không phản ứng với nhựa epoxy, và tuổi thọ của máy biến áp nhựa đúc là >15 năm
9	Cảm biến sợi HBM (Bồ Đào Nha)	Công nghệ giám sát kết hợp tổn thất nhiệt-điện môi phù hợp để đánh giá trạng thái lão hóa cách điện của máy biến áp cách điện rắn, với độ chính xác của dữ liệu >95%
10	Cảm biến nhiệt (nước Đức)	Thuật toán mô phỏng trường nhiệt độ 3D tùy chỉnh cho máy biến áp nhựa Epoxy, có thể dự đoán đường di chuyển điểm nóng, với hơn 2000 trường hợp ứng dụng ở châu Âu

Để có được các chương trình giám sát tình trạng nhiệt, sơ đồ lắp đặt cảm biến, hoặc báo cáo về khả năng tương thích của vật liệu cách điện đối với các loại máy biến áp loại khô cụ thể (such as Cast resin transformers, Air-insulated transformers), please submit an inquiry on our website, and professional engineers will provide you with customized solutions.

Cảm biến nhiệt độ sợi quang, Hệ thống giám sát thông minh, Nhà sản xuất cáp quang phân phối tại Trung Quốc