Разбиране на термометрите за налягане, съпротивление и оптични влакна

Надеждната работа на Маслено-потопен трансформатор до голяма степен зависи от стабилността на вътрешното изолационно масло и температурите на намотките. Прегряването е основна причина за ускорено стареене на изолацията, влошаване на производителността и в крайна сметка повреди. Следователно, мониторингът на температурата е един от най-фундаменталните и критични аспекти на работата и поддръжката на трансформатора. От традиционните механични циферблати до съвременните интелигентни оптични системи, историята на развитието на термометрите е еволюция на технологията за мониторинг на трансформатори от пасивно наблюдение до активно ранно предупреждение.

 

Тази статия систематично ще очертае често срещаните видове термометри, използвани в маслени трансформатори, и ще предостави задълбочен анализ на техните принципи на работа и сценарии на приложение.

 

Глава 1: „Родословното дърво“ на термометрите – подробен преглед на три основни вида

Въз основа на принципите на измерване и мястото на монтаж, термометрите за маслени трансформатори се разделят основно на следните три категории. Заедно те образуват триизмерна мрежа за наблюдение от температурата на горното масло до горещите точки на намотките.

 

1. Термометър тип налягане (термометър с дистанционно отчитане)

Принцип на работа: Това е класически механичен инструмент, базиран на термично разширение/свиване и предаване на налягане от течност/газ. Системата се състои от три части:

 

Температурна лампа (сензор): Поставя се в маслото в горната част на трансформаторния резервоар, запълнен с температурно чувствителна среда (напр. течност, газ или течност с ниска точка на кипене).

 

Капилярна тръба: Дълга, тънка метална тръба, свързваща колбата с главата на манометъра, запълнена със среда, предаваща налягане.

 

Индикаторна глава: Монтира се на стената на трансформаторния резервоар или на разпределителния шкаф, евентуално на метри от крушката. Сърцевината ѝ е тръба на Бурдон – извита, еластична метална тръба. Когато крушката се нагрее, промяната във вътрешното налягане се предава чрез капиляра към тръбата на Бурдон, което води до нейната деформация. Тази деформация премества стрелка чрез лостов механизъм, показвайки температурата.

 

Ключови характеристики:

 

Чисто механичен, не изисква външно захранване, отличен имунитет срещу електромагнитни смущения, много висока надеждност.

 

Главата на манометъра може да се монтира дистанционно за удобно локално отчитане.

 

Обикновено са оборудвани с 1-2 регулируеми контакта за аларма за прегряване и функции за изключване.

 

Точността и скоростта на реакция са относително по-бавни в сравнение с електронните типове, а капилярната тръба е податлива на механични повреди.

 

Типично приложение: Основно устройство за наблюдение и алармена сигнализация за температурата на горното масло, почти стандартна функция за всички маслено-потопени трансформатори.

 

2. Резистивен температурен детектор (RTD, напр. PT100)

Принцип на работа: Базира се на свойството, че съпротивлението на проводника се променя с температурата. Най-разпространеният сензорен елемент е платинен съпротивителен термометър, като PT100 означава съпротивление от 100 ома при 0°C. Съпротивлението му се променя прецизно и линейно с температурата.

 

Системни компоненти:

 

Платинена RTD сонда: Инсталирана в термометърна ямка в горната част на трансформатора, потопена в масло.

 

Измервателен мост и предавател: Често интегрирани в интелигентен контролен блок. Прецизната схема измерва съпротивлението на PT100 и го преобразува в стандартен токов сигнал 4-20mA или цифров сигнал.

 

Ключови характеристики:

 

Висока точност на измерване, сигналите могат да се предават на дълги разстояния, добра устойчивост на шум.

 

Изходът е стандартен електрически сигнал, лесно интегриран с платформи за автоматизация като SCADA (Supervisory Control and Data Acquisition - система за контрол и събиране на данни) и DCS (Distributed Control Systems - разпределени системи за управление) за дистанционно централизирано наблюдение.

 

Често се инсталира заедно с термометъра за налягане, служейки като резервно или по-прецизно средство за дистанционно наблюдение и регистриране на температурата на маслото.

 

Типично приложение: Използва се за дистанционно предаване и цифрово наблюдение на температурата на горното масло, крайъгълният камък на съвременните автоматизирани, безобслужвани подстанции.

 

3. Система за измерване на температурата на намотките на оптични влакна (най-модерното директно измерване на "горещи точки")

Принцип на работа: Това е най-директната и усъвършенствана технология за наблюдение на температурата на намотките в момента. Тя се основава на физиката на фибростъклените решетки на Браг.

 

Сензор с оптична решетка на Браг (FBG): Периодично изменение на показателя на пречупване (решетка) се записва в сегмент от специално оптично влакно с помощта на лазер. Ключовото му свойство: Светлината с определена дължина на вълната (дължина на вълната на Браг) се отразява и тази отразена дължина на вълната се измества линейно с промените в температурата (или напрежението) в мястото на решетката.

 

Процес на измерване: Гъвкав оптичен кабел, вграден с множество FBG сензори, е предварително вграден директно между изолационните слоеве на високоволтовите намотки в предвидените най-горещи точки по време на производството на трансформатора. Системата излъчва широколентова светлина и чрез анализ на специфичната дължина на вълната, отразена от всяка решетка, тя може точно и в реално време да получи абсолютната температура в различни точки в намотката.

 

Ключови характеристики:

 

Директно измерване на температурата на горещите точки на намотките, а не индиректна оценка. Данните са най-автентични и надеждни.

 

Искробезопасно: Оптичното влакно е изработено от силициев диоксид, изолиращо, устойчиво на високо напрежение и електромагнитни смущения, работещо стабилно в силни електромагнитни полета.

 

Разпределено измерване: Едно влакно може да побере десетки сензорни точки, което позволява пълна термична карта на намотката.

 

Ключов фактор за оценка на "динамичната оценка" и експлоатационния живот на трансформатора.

 

Типично приложение: Големи, критични трансформатори (напр. EHV, конверторни трансформатори), интелигентни подстанции, изискващи управление на товароносимостта.

 

Глава 2: Разяснение на ключови понятия – Температура на горното масло спрямо температура на намотката

Това е ключова концепция и отправна точка за избор на видове термометри.

 

Температура на горната част на маслото: Измерва температурата на маслото в горната част на резервоара. Тя отразява общото термично натоварване на трансформатора, но има термично забавяне. При промяна на натоварването, температурата на намотката се променя най-бързо, следвана от температурата на маслото. Термометрите под налягане и RTD измерват това.

 

Температура на горещата точка на намотката: Отнася се за най-горещата точка в целия трансформатор, обикновено разположена в горната част на нисковолтовата намотка. Това е най-критичният параметър, определящ скоростта на стареене на изолацията и товароносимостта. Традиционните методи не могат да я измерят директно, като вместо това се разчита на индикатор за температура на намотката (WTI), който я симулира/оценява, използвайки „температура на горното масло + корекция на тока“. Измерването с оптични влакна е единствената технология, която може директно и точно да я измери.