Spiediena, pretestības un optisko šķiedru termometru izpratne

Uzticama darbība Eļļā iegremdēts transformators lielā mērā ir atkarīgs no tā iekšējās izolācijas eļļas stabilitātes un tinumu temperatūras. Pārkaršana ir galvenais paātrinātas izolācijas novecošanās, veiktspējas pasliktināšanās un galu galā bojājumu cēlonis. Tāpēc temperatūras kontrole ir viens no fundamentālākajiem un kritiskākajiem transformatoru ekspluatācijas un apkopes aspektiem. No tradicionālajiem mehāniskajiem ciparnīcām līdz modernām intelektuālām optisko šķiedru sistēmām termometru attīstības vēsture ir transformatoru uzraudzības tehnoloģijas evolūcija no pasīvas novērošanas līdz aktīvai agrīnai brīdināšanai.

 

Šajā rakstā tiks sistemātiski aprakstīti izplatītākie termometru veidi, ko izmanto eļļas transformatoros, un sniegta padziļināta to darbības principu un pielietojuma scenāriju analīze.

 

1. nodaļa: Termometru "ģimenes koks" — detalizēts ieskats trīs galvenajos veidos

Pamatojoties uz mērīšanas principiem un uzstādīšanas vietu, eļļas transformatoru termometri galvenokārt tiek iedalīti šādās trīs kategorijās. Kopā tie veido trīsdimensiju uzraudzības tīklu no augšējās eļļas temperatūras līdz tinumu karstajiem punktiem.

 

1. Spiediena tipa termometrs (attālinātās nolasīšanas termometrs)

Darbības princips: Šis ir klasisks mehānisks instruments, kas balstīts uz termisko izplešanos/saraušanos un šķidruma/gāzes spiediena pārvadi. Sistēma sastāv no trim daļām:

 

Temperatūras spuldze (sensors): ievietota eļļā transformatora tvertnes augšpusē, piepildīta ar temperatūras jutīgu vidi (piemēram, šķidrumu, gāzi vai šķidrumu ar zemu viršanas temperatūru).

 

Kapilārā caurule: gara, plāna metāla caurule, kas savieno spuldzi ar mērierīces galviņu un ir piepildīta ar spiedienu pārnesošu vidi.

 

Mērinstrumenta galva (indikators): uzstādīta uz transformatora tvertnes sienas vai vadības skapja, potenciāli dažu metru attālumā no spuldzes. Tās kodols ir Burdona caurule – izliekta, elastīga metāla caurule. Kad spuldze uzkarst, iekšējā spiediena izmaiņas caur kapilāru tiek pārnestas uz Burdona caurulīti, izraisot tās deformāciju. Šī deformācija pārvieto rādītāju caur savienojuma mehānismu, attēlojot temperatūru.

 

Galvenās īpašības:

 

Tīri mehānisks, neprasa ārēju barošanu, lieliska izturība pret elektromagnētiskajiem traucējumiem, ļoti augsta uzticamība.

 

Mērinstrumentu var uzstādīt attālināti, lai nodrošinātu ērtu lokālu nolasīšanu.

 

Parasti aprīkots ar 1–2 regulējamiem kontaktiem pārkaršanas trauksmes un atvienošanas funkcijām.

 

Precizitāte un reakcijas ātrums ir salīdzinoši lēnāks salīdzinājumā ar elektroniskajiem tipiem, un kapilārā caurule ir uzņēmīga pret mehāniskiem bojājumiem.

 

Tipisks pielietojums: Galvenā eļļas temperatūras uzraudzības un trauksmes ierīce, kas ir gandrīz standarta funkcija visiem eļļas transformatoriem.

 

2. Pretestības temperatūras detektors (RTD, piemēram, PT100)

Darbības princips: Pamatojoties uz īpašību, ka vadītāja pretestība mainās atkarībā no temperatūras. Visizplatītākais sensora elements ir platīna pretestības termometrs, kur PT100 apzīmē 100 omu pretestību 0°C temperatūrā. Tā pretestība mainās precīzi un lineāri atkarībā no temperatūras.

 

Sistēmas komponenti:

 

Platīna RTD zonde: uzstādīta termometra šahtā transformatora augšpusē, iegremdēta eļļā.

 

Mērīšanas tilts un raidītājs: Bieži vien integrēts viedā vadības blokā. Precīza shēma mēra PT100 pretestību un pārveido to standarta 4–20 mA strāvas signālā vai digitālā signālā.

 

Galvenās īpašības:

 

Augsta mērījumu precizitāte, signālus var pārraidīt lielos attālumos, laba trokšņu imunitāte.

 

Izeja ir standarta elektriskais signāls, ko var viegli integrēt ar automatizācijas platformām, piemēram, SCADA (uzraudzības vadība un datu iegūšana) un DCS (izkliedētās vadības sistēmas), lai nodrošinātu attālinātu centralizētu uzraudzību.

 

Bieži tiek uzstādīts blakus spiediena termometram, kalpojot kā rezerves vai augstākas precizitātes līdzeklis eļļas temperatūras attālinātai uzraudzībai un reģistrēšanai.

 

Tipisks pielietojums: Izmanto augšējās eļļas temperatūras attālinātai pārraidei un digitālai uzraudzībai, kas ir modernu automatizētu, bez uzraudzības esošu apakšstaciju stūrakmens.

 

3. Šķiedru optikas tinumu temperatūras mērīšanas sistēma (vismodernākā tiešā "karstā punkta" mērīšana)

Darbības princips: Šī pašlaik ir vistiešākā un modernākā tinumu temperatūras uzraudzības tehnoloģija. Tā ir balstīta uz šķiedru Brega režģu fiziku.

 

Šķiedru Brega režģa (FBG) sensors: Periodiskas refrakcijas indeksa (režģa) izmaiņas, izmantojot lāzeru, tiek ierakstītas īpašas optiskās šķiedras segmentā. Tā galvenā īpašība: noteikta viļņa garuma (Brega viļņa garuma) gaisma tiek atstarota, un šis atstarotais viļņa garums lineāri mainās atkarībā no temperatūras (vai deformācijas) izmaiņām režģa atrašanās vietā.

 

Mērīšanas process: Elastīgs optiskās šķiedras kabelis, kurā iestrādāti vairāki FBG sensori, tiek tieši iepriekš iestrādāts starp augstsprieguma tinumu izolācijas slāņiem paredzamajās karstākajās vietās transformatora ražošanas laikā. Sistēma izstaro platjoslas gaismu, un, analizējot no katra režģa atstaroto specifisko viļņa garumu, tā var precīzi un reāllaikā iegūt absolūto temperatūru dažādos tinuma punktos.

 

Galvenās īpašības:

 

Tiešs tinuma karstā punkta temperatūras mērījums, nevis netiešs novērtējums. Dati ir visautentiskākie un uzticamākie.

 

Iekšēji droša: Optiskā šķiedra ir izgatavota no silīcija dioksīda, izolējoša, izturīga pret augstspriegumu un imūna pret elektromagnētiskajiem traucējumiem, stabili darbojoties spēcīgos elektromagnētiskajos laukos.

 

Sadalīta mērīšana: Viena šķiedra var uzņemt desmitiem sensoru punktu, nodrošinot pilnīgu tinuma termisko karti.

 

Galvenais transformatora "dinamiskās jaudas" un kalpošanas laika novērtējuma nodrošinātājs.

 

Tipisks pielietojums: lieli, kritiski transformatori (piemēram, īpaši augstas jaudas transformatori, pārveidotāju transformatori), viedās apakšstacijas, kurām nepieciešama slodzes jaudas pārvaldība.

 

2. nodaļa: Galvenā jēdziena skaidrojums — augšējā eļļas temperatūra pret tinuma temperatūru

Šis ir būtisks jēdziens un sākumpunkts termometru tipu izvēlei.

 

Augšējā eļļas temperatūra: mēra eļļas temperatūru tvertnes augšpusē. Tā atspoguļo transformatora kopējo termisko slodzi, bet tai ir termiska nobīde. Mainoties slodzei, visstraujāk mainās tinuma temperatūra, kam seko eļļas temperatūra. To mēra spiediena un RTD termometri.

 

Tinuma karstā punkta temperatūra: attiecas uz karstāko punktu visā transformatorā, kas parasti atrodas zemsprieguma tinuma augšdaļā. Tas ir vissvarīgākais parametrs, kas nosaka izolācijas novecošanās ātrumu un slodzes spēju. Tradicionālās metodes to nevar izmērīt tieši, tā vietā paļaujoties uz tinuma temperatūras indikatoru (WTI), kas to simulē/novērtē, izmantojot "augšējās eļļas temperatūru + strāvas korekciju". Optisko šķiedru mērīšana ir vienīgā tehnoloģija, kas to var tieši un precīzi izmērīt.