Повний гід 2025 року з онлайн-моніторингу температури електрообладнання: підвищення ефективності обслуговування та безпеки

1.Недоліки існуючих продуктів для онлайн-моніторингу температури
1.1 Керування температурою для моніторингу витків сухого трансформатора
У керуючих приладах температури використовуються платинові резистивні датчики. Оскільки вони не мають ізоляції, датчик повинен бути відключений від контролера під час тестів на стійкість до напруги. Однак, перенапруга під час реального функціонування часто пошкоджує контролер. Крім того, провідники датчика не можуть витримати температуру 350°C, яка потрібна для термічної та динамічної стабільності при короткому замиканні вторинної сторони сухих трансформаторів, що часто призводить до спалювання датчика.

1.2 Давномерний резистивний термометр для моніторингу температури масла електроенергетичного трансформатора
Цей термометр використовує платиновий резистивний датчик. Через його низьку внутрішню опірну вартість, він значно залежить від опірної вартості провідників. Зокрема, контактна опірна вартість багатьох з'єднань у провідниках змінюється з часом через окислення, послаблення або обслуговування, і такі зміни не можуть бути компенсовані в показаннях температури. Це призводить до типової проблеми великої відмінності між показаними та фактичними температурами масла, що підриває надійність вимірювання температури. Більше того, він не має багатопунктового моніторингу температури масла, що створює насущну потребу у замінних продуктах.

2.Насущна потреба у онлайн-моніторингу температури електрообладнання та специфічних місць
2.1 Середньовольтні комутаційні пристрої
Окріл старішого обладнання, більшість середньовольтних комутаційних пристроїв має закриту конструкцію з захистом від помилкових операцій. Під час функціонування двері або кришки, що блокують інфрачервоне випромінювання, не можна відкривати для інфрачервоного огляду. Внутрішні провідні з'єднання та конектори можуть мати збільшену контактну опірну вартість через електричне витирання, механічні операції та короткозамкненні електромагнітні сили, що викликають механічні вібрації, що призводить до підвищення температури та прискореного окислення поверхні контакту, що може призвести до серйозних аварій обладнання. Найпоширенішими місцями виникнення дефектів у комутаційних пристроях є контакти витягуваних вимикачів та точки з'єднання кабелів на вході та виході.

2.2 Середньовольтні витки сухих трансформаторів
З розвитком електрообладнання появилися 110кВ високовольтні сухі енергетичні трансформатори та спеціалізовані сухі трансформатори для залізничних систем. Їх друга сторона розрахована на 6–10кВ, а деякі спеціальні сухі трансформатори мають вторинні напруги, що перевищують 660В. Надійні продукти для онлайн-моніторингу температури вторинних витків цих трансформаторів все ще відсутні.

2.3 Низьковольтні вихідні з'єднання стовпового трансформатора (розподільчого трансформатора)
Розподільчі трансформатори впливають на зовнішнє оточення, а їх вторинна сторона часто не має захисту, що часто призводить до спалювання. Статистика показує, що нагрівання на вихідних з'єднаннях є основною причиною. Пункт 5.1.4 "Правил експлуатації електроенергетичних трансформаторів" вказує, що регулярні огляди повинні включаюти перевірку на наявність ознак нагріву на з'єднаннях, кабелях та шинопроводах. Традиційно, для визначення використовуються візуальний огляд, капля води або спостереження за витоком масла з ізоляторів. Однак, через великий обсяг робіт, ці перевірки часто пропускаються, що призводить до несподіваних аварій трансформаторів. Коли трансформатор досить сильно завантажений нерівномірно на три фази, через недостатньо великі вихідні з'єднання нейтралі проходить занадто великий струм. Якщо з'єднання погане, воно легко може перегрітися та спалитися, пошкодивши багато побутових приладів. Тому онлайн-моніторинг температури на цих точках є насущною потребою.

2.4 Передвиборчі підстанції (контейнерні підстанції)

Доміщеві передвиборчі підстанції інтегрують пов'язане обладнання в повністю закритих корпусах, але більшість з них не має інтегрованого проектування та тестування. Через корпус — іноді багаторівневий — тепловиділення обладнання страждає. Більше того, ступінь зменшення потужності обладнання важко визначити розумно, що може призводити до перегріву внутрішнього обладнання. Державна енергетична корпорація вимагає у своїх тендерних документах на передвиборчі підстанції, що робоча температура всього обладнання, включаючи трансформатори та високовольтні/низьковольтні пристрої, не повинна перевищувати максимально допустимі температури. Це вимагає онлайн-моніторингу температури. Наразі, передвиборчі підстанції загалом моніторять лише температуру масла трансформатора та автоматично вмикають/вимикають вентилятори відповідно до змін температури. Через відсутність відповідних продуктів, моніторинг температури не виконується, як вимагається, для вихідних з'єднань трансформатора, низьковольтних вимикачів та вхідних/вихідних з'єднань високовольтних вимикачів.

3.Два методи онлайн-моніторингу температури

Наразі існує два основні методи онлайн-моніторингу температури: безконтактне інфрачервоне випромінювання та контактне вимірювання за допомогою термодатчиків. Безконтактні інфрачервоні датчики значно відчувають вплив навколишнього середовища, таких як вологість, атмосферний тиск та перешкоди; якщо інфрачервоне випромінювання заблоковане, точне вимірювання неможливе, що сильно обмежує їх застосування. Натомість, контактні датчики, прикріплені безпосередньо до точки вимірювання, менше піддаються впливу навколишнього середовища, що дозволяє точне та швидке визначення температури.

Недоліки існуючих контактних рішень:
При використанні термопар як датчиків, потрібна компенсація холодного з'єднання, оскільки референтне (холодне) з'єднання не може бути підтримане при 0°C, особливо при вимірюванні при кімнатній температурі. Якщо вимірювальне (гаряче) та референтне з'єднання знаходяться далеко одне від одного, потрібні спеціальні компенсуючі кабелі.

При використанні волоконно-оптичних датчиків, включаючи передавач, приймач, конектори та оптичне волокно, встановлення та маршрут оптичного волокна становлять значну проблему. Передача сигналу за допомогою оптичного волокна не легко досягає повної електричної ізоляції між високим та низьким потенціалами. Коли передавач встановлюється на стороні високого напруги, проблема ізоляції від землі залишається невирішеною.

Використання резистивних датчиків для безпосереднього контактного вимірювання з проводковою передачею сигналу на стороні високого потенціалу, поєднане з повітряно-просторовою ізоляцією та інфрачервоним-оптичним перетворенням для передачі сигналів температури, є можливим рішенням. Однак, оскільки інфрачервоний передавач та приймач відкриті, пил та забруднення накопичуються під час довготривалої роботи, поступово погіршуючи надійність сигналу та точність вимірювання — ще одна складна проблема, яку важко вирішити. Більше того, потрібні професійні налагодження на місці, що призводить до некомфортного використання користувачами.

4.Основні технічні проблеми пристроїв для онлайн-моніторингу температури

(1) У низьковольтних системах основна технічна проблема полягає у вирішенні проблеми теплопровідності, одночасно підтримуючи електричну ізоляцію для датчика температури. У високовольтних системах важливо запобігти проникненню високої напруги на сторону низької напруги. Оскільки чутливий елемент розташований на стороні високої напруги, а блок моніторингу/обробки на стороні низької напруги, ключова технічна проблема полягає у досягненні надійної електричної ізоляції між високовольтною та низьковольтною системами.

(2) Датчик температури (включаючи його провідники) повинен задовольняти вимогам стабільності та термостійкості при високих температурах. Він не лише повинен витримувати ненормальне перегрівання, але й короткотривалих високих температур, що виникають під час динамічних та термічних напружень при короткозамкненні струму, без пошкодження.

(3) Для точного вимірювання температури потрібен метод, який не вимагає компенсації, забезпечуючи точність вимірювання без додаткової корекції.