2025 Komplette Anleitung zur Online-Temperaturüberwachung für elektrische Ausrüstung: Steigerung der Wartungseffizienz und Sicherheit

1. Mängel bestehender Online-Temperaturüberwachungsprodukte
1.1 Temperaturregler zur Überwachung der Wicklungstemperatur von Trockentransformatoren
Platin-Widerstandssensoren werden in Temperaturreglern verwendet. Da sie keine Isolierung aufweisen, muss der Sensor während Spannungsprüfungen vom Regler getrennt werden. Allerdings schädigt oft die Überspannung während des Betriebs den Regler. Darüber hinaus können die Anschlussleitungen des Sensors die für thermische und dynamische Stabilität bei Kurzschlüssen auf der Sekundärseite von Trockentransformatoren erforderliche Temperatur von 350°C nicht aushalten, was häufig zu einem Ausfall des Sensors führt.

1.2 Druckdifferenz-Widerstandsthermometer zur Überwachung der Öltemperatur von Leistungstransformatoren
Dieses Thermometer verwendet einen Platin-Widerstandssensor. Aufgrund seines intrinsisch niedrigen Widerstands wird es erheblich durch den Leitungswiderstand beeinflusst. Insbesondere ändert sich der Kontaktwiderstand mehrerer Endverbindungen in den Leitungen im Laufe der Zeit aufgrund von Oxidation, Lockerung oder Wartung, und diese Veränderungen können in den Temperaturmessungen nicht ausgeglichen werden. Dies führt zu großen Abweichungen zwischen angezeigter und tatsächlicher Öltemperatur, was die Zuverlässigkeit der Temperaturmessungen untergräbt. Zudem fehlt es an der Möglichkeit der Mehrpunkt-Öltemperaturüberwachung, wodurch ein dringender Bedarf an Ersatzprodukten besteht.

2. Dringend benötigte Online-Temperaturüberwachung für elektrische Ausrüstung und spezifische Standorte
2.1 Mittelspannungsschaltanlagen
Außer bei älteren Geräten weisen die meisten Mittelspannungsschaltanlagen geschlossene Strukturen mit Fehlschutzverriegelungen auf. Während des Betriebs können Türen oder Abdeckungen, die Infrarotstrahlung blockieren, nicht geöffnet werden, um Infrarotinspektionen durchzuführen. Innere leitende Verbindungen und Anschlüsse können aufgrund von elektrischem Verschleiß, mechanischen Vorgängen und Kurzschluss-Elektromagnetkraft, die mechanische Vibration verursacht, eine erhöhte Kontaktwiderstand aufweisen, was zu einer Temperaturerhöhung und beschleunigter Oberflächenoxidation führt und potenziell zu schwerwiegenden Geräteausfällen führen kann. Die häufigsten Fehlerstellen in Schaltanlagen sind die Einzugsschalterkontakte und Kabelverbindungspunkte an den Eingangs- und Ausgangsleitungen.

2.2 Mittelspannungswicklungen von Trockentransformatoren
Mit der Entwicklung der elektrischen Ausrüstung sind 110kV-Hochspannung-Trockentransformatoren und spezialisierte Trockentransformatoren für Eisenbahnsysteme entstanden. Ihre Sekundärseite ist auf 6–10kV dimensioniert, und einige spezielle Trockentransformatoren haben Sekundärspannungen, die 660V übersteigen. Zuverlässige Online-Überwachungsprodukte für die Temperaturen der Sekundärwicklungen dieser Transformatoren fehlen noch.

2.3 Niederspannungs-Ausgangsklemmen von Pfahltransformator (Verteilungstransformator)
Verteilungstransformatoren werden von Außenbedingungen beeinflusst, und ihre Sekundärseite verfügt oft über keinen Schutz, was häufig zu Ausfällen führt. Statistiken zeigen, dass Überhitzung an den Ausgangsklemmen die Hauptursache ist. Abschnitt 5.1.4 der "Betriebsvorschriften für Leistungstransformatoren" legt fest, dass routinemäßige Inspektionen die Überprüfung auf Anzeichen von Erwärmung an Anschlussleitungen, Kabeln und Stromleitern beinhalten sollen. Traditionell werden visuelle Inspektionen, Wassertröpfchen oder das Beobachten von Ölauslaufen aus Isolierstutzen verwendet, um dies zu beurteilen. Aufgrund der hohen Arbeitsbelastung bei Inspektionen werden diese Prüfungen oft vernachlässigt, was plötzliche Transformatorausfälle verursachen kann. Wenn der Transformator unter schwerwiegendem Dreiphasen-Lastungleichgewicht leidet, fließt ein hoher Neutralstrom durch eine zu kleine neutrale Ausgangsklemme. Bei schlechter Verbindung kann dies leicht zu Überhitzung und Ausfall führen, was zahlreiche Haushaltsgeräte beschädigt. Daher ist eine Online-Temperaturüberwachung an diesen Punkten dringend notwendig.

2.4 Vorfabrizierte Umspannwerke (Container-Umspannwerke)

Inländisch hergestellte vorfabrizierte Umspannwerke integrieren die zugehörige Ausrüstung in vollständig geschlossenen Gehäusen, aber die meisten weisen kein integriertes Design und Testen auf. Aufgrund der Gehäuse – manchmal mehrerer Schichten – wird die Wärmeabgabe der Ausrüstung beeinträchtigt. Darüber hinaus ist es schwierig, den Umfang der Entlastung der Ausrüstung vernünftig zu bestimmen, was möglicherweise zu Überhitzung der internen Ausrüstung führt. Das Staatskraftwerk verlangt in seinen Ausschreibungsunterlagen für vorfabrizierte Umspannwerke, dass die Betriebstemperatur aller Geräte, einschließlich Transformatoren und Hoch-/Niederspannungseinrichtungen, ihre maximal zulässigen Temperaturen nicht überschreiten darf. Dies erfordert eine Online-Temperaturüberwachung. Derzeit überwachen vorfabrizierte Umspannwerke in der Regel nur die Transformatoröltemperatur und schalten Ventilatoren automatisch ein/aus, basierend auf Temperaturänderungen. Aufgrund des Mangels an passenden Produkten wird die Temperaturüberwachung an Transformatorausgangsklemmen, Niederspannungsschaltern und Hochspannungsschalteneingang/ausgangsklemmen nicht wie vorgeschrieben durchgeführt.

3. Zwei Methoden der Online-Temperaturüberwachung

Es gibt derzeit zwei Hauptmethoden der Online-Temperaturüberwachung: berührungslose Infrarotstrahlung und berührungsbasierte Messung mit Wärmesensoren. Berührungslose Infrarotsensoren werden erheblich von Umweltfaktoren wie Luftfeuchtigkeit, Luftdruck und Hindernissen beeinflusst; wenn die Infrarotstrahlung blockiert wird, ist eine genaue Messung unmöglich, was ihre Anwendung stark einschränkt. Im Gegensatz dazu sind berührungsbasierte Sensoren direkt am Messpunkt angebracht, erfahren weniger Störungen durch Umweltfaktoren und ermöglichen eine präzise und schnelle Temperaturmessung.

Mängel bestehender berührungsbasierter Lösungen:
Wenn Thermoelemente als Sensoren verwendet werden, ist eine Kaltstellenausgleich erforderlich, da die Referenz- (Kalt-) Stelle nicht bei 0°C gehalten werden kann, insbesondere bei Raumtemperaturmessungen. Wenn die Mess- (heiße) und Referenzstelle weit voneinander entfernt sind, sind spezielle Ausgleichskabel erforderlich.

Bei der Verwendung von Glasfaser-Sensoren, einschließlich Sender, Empfänger, Steckverbindungen und Glasfaser, stellen die Installation und Verlegung der Glasfaser erhebliche Herausforderungen dar. Die Signalübertragung über Glasfaser erreicht nicht leicht eine vollständige elektrische Isolation zwischen der Hoch- und Niederspannungsseite. Wenn der Sender auf der Hochspannungsseite installiert ist, bleibt das Problem der Isolierung gegenüber Masse ungelöst.

Die Verwendung von Widerstandssensoren für direkte Berührungsmessungen mit drahtgebundener Signalübertragung auf der Hochpotentialsseite, kombiniert mit Luftspalt-Isolierung und Infrarot-Optik-Konversion zur Übertragung von Temperatursignalen, ist eine machbare Lösung. Allerdings sammeln sich über lange Betriebszeiten Staub und Verunreinigungen auf dem Infrarot-Sender und -Empfänger, was allmählich die Signalliberalität und Messgenauigkeit verschlechtert – ein weiteres schwieriges Problem. Darüber hinaus ist eine professionelle Ortsumsetzung und Inbetriebnahme erforderlich, was die Benutzerfreundlichkeit beeinträchtigt.

4. Schlüsseltechnische Herausforderungen bei Online-Temperaturüberwachungsgeräten

(1) In Niederspannungssystemen besteht die Haupttechnische Herausforderung darin, das Problem der Wärmeleitung zu lösen, während gleichzeitig die elektrische Isolation für den Temperatursensor gewährleistet wird. In Hochspannungssystemen ist es entscheidend, dass keine Hochspannung auf die Niederspannungsseite gelangt. Da das Sensorelement am Hochspannungsende und die Überwachungs-/Verarbeitungseinheit auf der Niederspannungsseite platziert sind, ist die Kernfrage die Erreichung einer zuverlässigen elektrischen Isolation zwischen den Hoch- und Niederspannungssystemen.

(2) Der Temperatursensor (einschließlich seiner Anschlussleitungen) muss den Anforderungen an Stabilität und Wärmebeständigkeit unter hohen Temperaturen gerecht werden. Er muss nicht nur ungewöhnliche Überhitzungen aushalten, sondern auch kurzfristige hohe Temperaturen, die durch dynamische und thermische Beanspruchung bei Kurzschlüssen auftreten, ohne Schaden zu nehmen.

(3) Eine genaue Temperaturmessung erfordert eine Methode, die keine Kompensation benötigt, um die Messgenauigkeit ohne zusätzliche Korrektur zu gewährleisten.