Общие сведения о термометрах давления, сопротивления и оптоволоконных термометрах в одной статье

Надежная работа масляного трансформатора во многом зависит от стабильности его внутреннего изолирующего масла и температуры обмотки. Перегрев является основной причиной ускоренного старения изоляции, снижения производительности и, в конечном итоге, отказов. Таким образом, контроль температуры является одним из наиболее фундаментальных и критических аспектов эксплуатации и обслуживания трансформатора. От традиционных механических циферблатов до современных интеллектуальных оптоволоконных систем — история развития термометров представляет собой эволюцию технологии мониторинга трансформаторов от пассивного наблюдения к активному раннему предупреждению.

В этой статье будут систематизированы общие типы термометров, используемых в масляных трансформаторах, и представлен углубленный анализ принципов их работы и сценариев применения.

Глава 1: «Генеалогическое древо» термометров – подробный обзор трех основных типов

В зависимости от принципов измерения и места установки термометры для масляных трансформаторов в основном делятся на следующие три категории. Вместе они образуют трехмерную сеть мониторинга от верхней температуры масла до извилистых горячих точек.

1. Термометр давления (термометр дистанционного считывания).

• Принцип работы : Это классический механический инструмент, основанный на тепловом расширении/сжатии и передаче давления жидкости/газа . Система состоит из трех частей:

1. Термометр (датчик) : вставлен в масло в верхней части бака трансформатора и заполнен чувствительной к температуре средой (например, жидкостью, газом или жидкостью с низкой температурой кипения).

2. Капиллярная трубка : длинная тонкая металлическая трубка, соединяющая колбу с манометрической головкой, заполненная средой, передающей давление.

3. Измерительная головка (индикатор) : Монтируется на стенке бака трансформатора или шкафу управления, возможно, в нескольких метрах от лампочки. Его сердцевиной является трубка Бурдона – изогнутая эластичная металлическая трубка. Когда колба нагревается, изменение внутреннего давления передается через капилляр на трубку Бурдона, вызывая ее деформацию. Эта деформация перемещает указатель через рычажный механизм, отображая температуру.

• Ключевые характеристики :

• Чисто механический , не требует внешнего питания, отличная устойчивость к электромагнитным помехам, очень высокая надежность.

• Головку манометра можно установить удаленно для удобного локального считывания.

• Обычно оснащен 1-2 регулируемыми контактами для сигнализации о перегреве и функций отключения.

• Точность и скорость отклика относительно медленнее по сравнению с электронными типами, а капиллярная трубка подвержена механическим повреждениям.

• Типичное применение : Основное устройство контроля и сигнализации температуры верхнего слоя масла , почти стандартная функция всех масляных трансформаторов.

2. Резистивный датчик температуры (RTD, например, PT100).

• Принцип работы : основан на том свойстве, что сопротивление проводника изменяется в зависимости от температуры . Наиболее распространенным чувствительным элементом является платиновый термометр сопротивления , где PT100 означает сопротивление 100 Ом при 0°C. Его сопротивление изменяется точно и линейно в зависимости от температуры.

• Компоненты системы :

1. Платиновый датчик RTD : установлен в углублении для термометра в верхней части трансформатора и погружен в масло.

2. Измерительный мост и преобразователь : часто интегрируются в интеллектуальный блок управления. Точная схема измеряет сопротивление PT100 и преобразует его в стандартный токовый сигнал 4–20 мА или цифровой сигнал..

• Ключевые характеристики :

• Высокая точность измерений , возможность передачи сигналов на большие расстояния , хорошая помехоустойчивость.

• Выходной сигнал представляет собой стандартный электрический сигнал, легко интегрируемый с такими платформами автоматизации, как SCADA (диспетчерский контроль и сбор данных) и DCS (распределенные системы управления) для удаленного централизованного мониторинга.

• Часто устанавливается рядом с термометром давления и служит резервным или более точным средством дистанционного мониторинга и регистрации температуры масла.

• Типичное применение : используется для дистанционной передачи и цифрового мониторинга температуры верхнего масла , что является краеугольным камнем современных автоматизированных необслуживаемых подстанций.

3. Система измерения температуры оптоволоконной обмотки (самая современная система прямого измерения «горячих точек»)

• Принцип работы : на данный момент это самая передовая и передовая технология контроля температуры обмотки. Он основан на физике волоконных решеток Брэгга..

1. Датчик с волоконной решеткой Брэгга (ВБР) : периодическое изменение показателя преломления (решетка) записывается в сегмент специального оптического волокна с помощью лазера. Ее ключевое свойство: свет определенной длины волны (длина волны Брэгга) отражается, и эта отраженная длина волны линейно смещается с изменениями температуры (или деформации) в месте расположения решетки.

2. Процесс измерения : Гибкий оптоволоконный кабель, в который встроено несколько датчиков ВБР, предварительно вставляется непосредственно между изоляционными слоями обмоток высокого напряжения в прогнозируемых самых горячих точках во время производства трансформатора. Система излучает широкополосный свет и, анализируя определенную длину волны, отраженную от каждой решетки, может точно и в режиме реального времени получить абсолютную температуру в различных точках обмотки..

• Ключевые характеристики :

• Прямое измерение температуры горячей точки обмотки , а не косвенная оценка. Данные максимально достоверны и надежны.

• Искробезопасность : оптическое волокно изготовлено из диоксида кремния, обладает изоляционными свойствами, устойчиво к высокому напряжению и невосприимчиво к электромагнитным помехам, стабильно работает в сильных электромагнитных полях.

• Распределенное измерение : на одном волокне могут размещаться десятки точек измерения, что позволяет составить полную тепловую карту обмотки.

• Ключевой инструмент для «Динамического рейтинга» трансформатора и оценки срока службы.

• Типичное применение : Крупные, критически важные трансформаторы (например, сверхвысоковольтные, преобразовательные трансформаторы), интеллектуальные подстанции, требующие управления нагрузкой.

Глава 2: Разъяснение ключевых понятий – температура верхнего масла в сравнении с температурой обмотки

Это важнейшая концепция и отправная точка для выбора типа термометра.

• Температура верхнего масла : измеряет температуру масла в верхней части бака. Он отражает трансформатора общую тепловую нагрузку , но имеет тепловую задержку . При изменении нагрузки быстрее всего меняется температура обмотки, а затем температура масла. Это измеряют термометры давления и термометры сопротивления.

• Температура горячей точки обмотки : относится к самой горячей точке всего трансформатора, обычно расположенной в верхней части обмотки низкого напряжения. Это наиболее важный параметр, определяющий скорость старения изоляции и ее нагрузочную способность. Традиционные методы не могут измерить ее напрямую, вместо этого они полагаются на индикатор температуры обмотки (WTI) , который моделирует/оценивает ее, используя «температуру верхнего слоя масла + коррекцию тока». Измерение по оптоволокну — единственная технология, которая может непосредственно и точно измерить ее.

Глава 3: Руководство по выбору и применению

Выводы и тенденции :
Современный высокопроизводительный масляный трансформатор часто имеет комбинированную конфигурацию этих термометров:

• Термометр давления служит основой безопасности , обеспечивая наиболее надежную местную защиту от перегрева.

• Датчик температуры сопротивления (PT100) действует как мост данных , обеспечивая оцифровку и удаленный мониторинг температуры масла.

• Волоконно -оптическая измерительная система — это дополнительная опция, предоставляющая незаменимые основные данные для технического обслуживания по состоянию, интеллектуального управления и раскрытия всего потенциала оборудования.

Эволюция от мониторинга «температуры тела» к пониманию «здоровья органов» олицетворяет путь трансформирующего интеллекта. Выбор правильного решения для мониторинга температуры – это не только соблюдение стандартов, но и переход от «обслуживания по времени» к «прогнозному обслуживанию», тем самым максимизируя безопасность и экономическую ценность трансформатора.