Разбирање на термометрите за притисок, отпор и оптички влакна

Сигурното работење на Трансформатор потопен во масло во голема мера зависи од стабилноста на неговото внатрешно изолационо масло и температурите на намотките. Прегревањето е примарна причина за забрзано стареење на изолацијата, деградација на перформансите и, на крајот, дефекти. Затоа, следењето на температурата е еден од најфундаменталните и најкритичните аспекти на работењето и одржувањето на трансформаторот. Од традиционалните механички бројчаници до модерните интелигентни системи со оптички влакна, историјата на развојот на термометрите е еволуција на технологијата за следење на трансформаторите од пасивно набљудување до активно рано предупредување.

 

Оваа статија систематски ќе ги претстави вообичаените типови термометри што се користат кај трансформаторите потопени во масло и ќе обезбеди длабинска анализа на нивните принципи на работа и сценарија на примена.

 

Поглавје 1: „Семејно стебло“ на термометри – детален преглед на три главни типа

Врз основа на принципите на мерење и локацијата на инсталација, термометрите за трансформатори потопени во масло се првенствено поделени во следниве три категории. Заедно, тие формираат тродимензионална мрежа за следење од горната температура на маслото до жариштата на намотките.

 

1. Термометар со притисок (термометар за далечинско отчитување)

Принцип на работа: Ова е класичен механички инструмент базиран на термичка експанзија/контракција и пренос на притисок од течност/гас. Системот се состои од три дела:

 

Температурна сијалица (сензор): Вметната во маслото на врвот од резервоарот на трансформаторот, исполнета со медиум осетлив на температура (на пр., течност, гас или течност со ниска точка на вриење).

 

Капиларна цевка: Долга, тенка метална цевка што ја поврзува сијалицата со главата на мерачот, исполнета со медиум што пренесува притисок.

 

Глава на мерачот (индикатор): Монтирана на ѕидот на резервоарот на трансформаторот или на контролниот кабинет, потенцијално на неколку метри од сијалицата. Неговото јадро е Бурдонова цевка - закривена, еластична метална цевка. Кога сијалицата се загрева, промената на внатрешниот притисок се пренесува преку капиларот до Бурдонова цевка, предизвикувајќи нејзина деформација. Оваа деформација го движи покажувачот низ механизам за поврзување, прикажувајќи ја температурата.

 

Клучни карактеристики:

 

Чисто механички, не бара надворешно напојување, одличен имунитет на електромагнетни пречки, многу висока сигурност.

 

Главата на мерачот може да се монтира од далечина за практично локално отчитување.

 

Типично опремен со 1-2 прилагодливи контакти за аларм за прегревање и функции за исклучување.

 

Точноста и брзината на одговор се релативно помали во споредба со електронските типови, а капиларната цевка е подложна на механичко оштетување.

 

Типична примена: Примарен уред за следење и аларм за горната температура на маслото, речиси стандардна карактеристика на сите трансформатори потопени во масло.

 

2. Детектор за температура на отпор (RTD, на пр., PT100)

Принцип на работа: Врз основа на својството на отпорноста на проводникот да се менува со температурата. Најчестиот сензорски елемент е платински термометар за отпор, при што PT100 означува отпор од 100 оми на 0°C. Неговиот отпор се менува прецизно и линеарно со температурата.

 

Компоненти на системот:

 

Платинска RTD сонда: Инсталирана во термометарска бунар на врвот од трансформаторот, потопена во масло.

 

Мерење на мост и предавател: Често интегриран во интелигентна контролна единица. Прецизното коло го мери отпорот на PT100 и го претвора во стандарден струен сигнал од 4-20mA или дигитален сигнал.

 

Клучни карактеристики:

 

Висока точност на мерење, сигналите можат да се пренесуваат на долги растојанија, добар имунитет на бучава.

 

Излезот е стандарден електричен сигнал, лесно се интегрира со платформи за автоматизација како SCADA (Супервизорска контрола и собирање податоци) и DCS (Дистрибуирани системи за контрола) за далечинско централизирано следење.

 

Често се инсталира заедно со термометар за притисок, служејќи како редундантно или средство со поголема прецизност за далечинско следење и евидентирање на температурата на маслото.

 

Типична примена: Се користи за далечински пренос и дигитално следење на температурата на горното ниво на маслото, камен-темелник на модерните автоматизирани, без надзор трафостаници.

 

3. Систем за мерење на температурата на намотките со оптички влакна (најнапредно директно мерење на „жешка точка“)

Принцип на работа: Ова е моментално најдиректната и најнапредна технологија за следење на температурата на намотките. Се базира на физиката на фибер-Бреговите решетки.

 

Сензор за фибер-брегова решетка (FBG): Периодична варијација на индексот на прекршување (решетка) се запишува во сегмент од специјално оптичко влакно со помош на ласер. Негово клучно својство: Светлината со одредена бранова должина (Брегова бранова должина) се одбива, а оваа одбиена бранова должина се менува линеарно со промените на температурата (или напрегањето) на локацијата на решетката.

 

Процес на мерење: Флексибилен кабел од оптички влакна вграден со повеќе FBG сензори е директно претходно вграден помеѓу изолациските слоеви на високонапонските намотки на предвидените најжешки точки за време на производството на трансформаторот. Системот емитува широкопојасна светлина и со анализа на специфичната бранова должина рефлектирана од секоја решетка, може точно и во реално време да ја добие апсолутната температура на различни точки во намотката.

 

Клучни карактеристики:

 

Директно мерење на температурата на жариштето на намотката, а не индиректна проценка. Податоците се најавтентични и најдоверливи.

 

Суштински безбедно: Оптичкото влакно е направено од силициум диоксид, изолационо, отпорно на висок напон и имуно на електромагнетни пречки, работејќи стабилно во силни ЕМ полиња.

 

Дистрибуирано мерење: Едно влакно може да содржи десетици точки на мерење, овозможувајќи целосна термичка мапа на намотката.

 

Клучен овозможувач за „Динамичка номинална вредност“ на трансформаторот и проценка на животниот век.

 

Типична примена: Големи, критични трансформатори (на пр., EHV, конверторски трансформатори), паметни трафостаници кои бараат управување со капацитетот на оптоварување.

 

Глава 2: Појаснување на клучните концепти – Температура на горното масло наспроти температура на намотките

Ова е клучен концепт и почетна точка за избор на типови на термометри.

 

Температура на горното масло: Ја мери температурата на маслото на врвот од резервоарот. Го одразува вкупното термичко оптоварување на трансформаторот, но има термичко заостанување. Кога оптоварувањето се менува, температурата на намотките се менува најбрзо, проследено со температурата на маслото. Термометрите од типот на притисок и RTD го мерат ова.

 

Температура на жешка точка на намотката: Се однесува на најжешката точка во целиот трансформатор, обично лоцирана во горниот дел од нисконапонската намотка. Тоа е најкритичниот параметар што ја одредува стапката на стареење на изолацијата и капацитетот за оптоварување. Традиционалните методи не можат директно да ја измерат, туку се потпираат на индикатор за температура на намотката (WTI) што ја симулира/проценува користејќи „температура на горната точка на маслото + корекција на струјата“. Мерењето со оптички влакна е единствената технологија што може директно и прецизно да ја измери.