Pełny przewodnik 2025 do online monitorowania temperatury urządzeń elektrycznych: Zwiększanie efektywności konserwacji i bezpieczeństwa

1.Wady istniejących produktów do online monitorowania temperatury
1.1 Sterownik temperatury do monitorowania cewek transformatora suchego
W sterownikach temperatury wykorzystywane są czujniki oporu platynowego. Ponieważ nie mają one izolacji, czujnik musi być odłączony od sterownika podczas testów wytrzymałościowych na napięcie. Jednak podczas rzeczywistej eksploatacji przepięcia często uszkadzają sterownik. Dodatkowo, przewody czujnika nie mogą wytrzymać wysokiej temperatury 350°C wymaganej do termicznej i dynamicznej stabilności podczas krótkich zastawień po stronie wtórnej transformatorów suchych, co często prowadzi do spalania się czujników.

1.2 Ciśnieniowy termometr oporowy do monitorowania temperatury oleju w transformatorze energetycznym
Ten termometr używa czujnika oporu platynowego. Ze względu na niską wartość oporu, jest on znacząco wpływowany przez opór przewodów. Szczególnie, opór kontaktu wielokrotnych połączeń w przewodach zmienia się ze względu na utlenianie, poluzowanie lub konserwację, a takie zmiany nie mogą być kompensowane w odczytach temperatury. To prowadzi do powszechnego problemu dużych odchyleń między wyświetlonymi a rzeczywistymi temperaturami oleju, obniżając niezawodność odczytów temperatury. Ponadto brakuje wielopunktowego monitorowania temperatury oleju, co stwarza pilną potrzebę zastąpienia tych produktów.

2.Pilna potrzeba online monitorowania temperatury dla urządzeń energetycznych i określonych lokalizacji
2.1 Urządzenia przełączające średniego napięcia
Poza starszym sprzętem, większość urządzeń przełączających średniego napięcia ma zamkniętą strukturę z interlokowaniem zapobiegającym błędnej operacji. Podczas eksploatacji drzwi lub pokrywy blokujące promieniowanie podczerwone nie mogą być otwarte do inspekcji podczerwonej. Wewnętrzne połączenia i styki mogą doświadczać wzrostu oporu kontaktu z powodu zużycia elektrycznego, operacji mechanicznych i sił elektromagnetycznych krótkiego zastawienia powodujących drgania mechaniczne, prowadzące do wzrostu temperatury i przyspieszonego utleniania powierzchni kontaktu, co może prowadzić do poważnych awarii sprzętu. Najczęstsze miejsca usterki w urządzeniach przełączających to styki przełączników wciąganych i punkty połączeń kablowych przy wejściach i wyjściach.

2.2 Cewki średniego napięcia transformatorów suchych
Z rozwojem urządzeń energetycznych pojawiły się wysokonapięciowe (110kV) transformatory mocy suchych oraz specjalistyczne transformatory suchych dla systemów kolejowych. Ich strona wtórna ma napięcie 6–10kV, a niektóre specjalistyczne transformatory suchych mają napięcia wtórne przekraczające 660V. Brakuje jeszcze niezawodnych produktów do online monitorowania temperatury cewek wtórnych tych transformatorów.

2.3 Wyjściowe terminale niskiego napięcia transformatorów słupowych (transformatorów dystrybucyjnych)
Transformatory dystrybucyjne są wpływowane przez środowisko zewnętrzną, a ich strona wtórna często nie ma ochrony, co często prowadzi do przypadków spalenia. Statystyki pokazują, że nadmierna temperatura na wyjściowych terminalach jest główną przyczyną. Punkty 5.1.4 „Regulaminu Eksploatacji Transformatorów Energetycznych” określają, że rutynowe kontrole powinny obejmować sprawdzenie oznak nagrzewania się połączeń, kabli i szyn. Tradycyjnie używane są metody wizualne, kropelkowanie wody lub obserwacja przecieków oleju z izolatorów. Jednak ze względu na duży zakres pracy kontrolnej, te sprawdzenia są często pomijane, co prowadzi do nagłych awarii transformatorów. Gdy transformator doświadcza silnego niestosunku obciążeń trójfazowych, prąd neutralny przepływa przez zbyt mały wyjściowy terminal neutralny. Jeśli połączenie jest słabe, łatwo może dojść do przegrzewania i spalenia, niszcząc wiele domowych urządzeń. Dlatego pilnie potrzebne jest online monitorowanie temperatury w tych miejscach.

2.4 Przedfabryczne podstacje (podstacje kontenerowe)

Krajowe produkowane przedfabryczne podstacje integrują związane z nimi urządzenia w całkowicie zamkniętej obudowie, ale większość z nich brakuje zintegrowanego projektu i testów. Ze względu na obudowę — czasem wielowarstwową — oddziaływanie ciepła jest ograniczone. Dodatkowo, stopień degradacji urządzenia jest trudny do rozsądnej oceny, co może prowadzić do przegrzewania wewnętrznego sprzętu. Państwowa Korporacja Energetyczna wymaga w swoich dokumentach przetargowych na przedfabryczne podstacje, aby temperatura robocza wszystkich urządzeń, w tym transformatorów i urządzeń wysokiego i niskiego napięcia, nie przekraczała ich maksymalnej dopuszczalnej temperatury. To wymaga online monitorowania temperatury. Obecnie, przedfabryczne podstacje ogólnie monitorują tylko temperaturę oleju transformatora i automatycznie włączają/wyłączają wentylatory w zależności od zmian temperatury. Z powodu braku odpowiednich produktów, monitorowanie temperatury nie jest realizowane zgodnie z wymaganiami dla wyjściowych terminali transformatorów, przełączników niskiego napięcia i terminali wejściowych/wyjściowych przełączników wysokiego napięcia.

3.Dwie metody online monitorowania temperatury

Obecnie istnieją dwie główne metody online monitorowania temperatury: bezkontaktowe promieniowanie podczerwone i pomiar kontaktowy za pomocą czujników cieplnych. Czujniki bezkontaktowe są znacznie wpływane przez czynniki środowiskowe, takie jak wilgotność, ciśnienie atmosferyczne i przeszkody; jeśli promieniowanie podczerwone jest zablokowane, dokładne pomiary stają się niemożliwe, co bardzo ogranicza ich zastosowanie. Natomiast czujniki kontaktowe są bezpośrednio montowane w punkcie pomiarowym, mniej wpływane są przez czynniki środowiskowe i umożliwiają dokładne i szybkie wykrywanie temperatury.

Wady istniejących rozwiązań kontaktowych:
Gdy jako czujniki używane są termopary, wymagana jest kompensacja zimnego punktu, ponieważ punkt referencyjny (zimny) nie może być utrzymany przy 0°C, zwłaszcza podczas pomiarów w temperaturze pokojowej. Jeśli punkt pomiarowy (gorący) i punkt referencyjny są daleko od siebie, wymagane są specjalne przewody kompensacyjne.

Gdy używane są czujniki światłowodowe — w tym nadajnik, odbiornik, konektory i światłowód — instalacja i rozmieszczenie światłowodu stanowią znaczne wyzwanie. Przesyłanie sygnałów za pomocą światłowodu nie umożliwia łatwego osiągnięcia pełnej izolacji elektrycznej między stroną wysokiego i niskiego potencjału. Gdy nadajnik jest zainstalowany po stronie wysokiego napięcia, problem izolacji do ziemi pozostaje nierozwiązany.

Użycie czujników oporowych do bezpośredniego pomiaru kontaktowego z przesyłaniem sygnałów przewodowych po stronie wysokiego potencjału, połączone z izolacją powietrzną i konwersją podczerwoną do przesyłania sygnałów temperatury, jest możliwym rozwiązaniem. Jednak, ponieważ nadajnik i odbiornik podczerwony są odsłonięte, pył i zanieczyszczenia gromadzą się podczas długotrwałej eksploatacji, stopniowo pogarszając niezawodność sygnału i dokładność pomiaru — to kolejny trudny problem do rozwiązania. Dodatkowo, wymagana jest profesjonalna instalacja i uruchomienie na miejscu, co prowadzi do niewystarczającej wygody użytkownika.

4.Kluczowe techniczne wyzwania urządzeń do online monitorowania temperatury

(1) W systemach niskiego napięcia, głównym technicznym wyzwaniem jest rozwiązanie problemu przewodzenia ciepła przy jednoczesnym utrzymaniu izolacji elektrycznej dla czujnika temperatury. W systemach wysokiego napięcia kluczowe jest zapobieżenie wprowadzaniu wysokiego napięcia do strony niskiego napięcia. Ponieważ element czuciowy znajduje się na stronie wysokiego napięcia, a jednostka monitorująca/obróbki na stronie niskiego napięcia, kluczowym problemem technicznym jest osiągnięcie niezawodnej izolacji elektrycznej między systemami wysokiego i niskiego napięcia.

(2) Czujnik temperatury (wraz z jego przewodami) musi spełniać wymagania dotyczące stabilności i odporności na wysoką temperaturę. Musi on nie tylko wytrzymać nietypowe przegrzewanie, ale także przeżyć krótkotrwałe wysokie temperatury generowane przez dynamiczne i termiczne obciążenia podczas prądów krótkiego zastawienia bez uszkodzeń.

(3) Dokładne pomiary temperatury wymagają metody, która eliminuje potrzebę kompensacji, zapewniając precyzję pomiaru bez dodatkowej korekcji.