درجة حرارة النقطة الساخنة في ملف المحول قيمة موضعية تختلف عن درجة حرارة الزيت العلوي ومتوسط حرارة الملف. يقدّر النموذج الحراري هذه القيمة اعتماداً على الحمل ودرجة حرارة الزيت والجو المحيط والمعلمات الحرارية. أما مجس الألياف الضوئية فيقيس الحرارة عند طرفه في موضع محدد داخل الملف.
- يحسب النموذج الحالة الحرارية من بيانات الإدخال، بينما يقيس المجس الحرارة عند نقطة تركيبه.
- يقيس كل مجس نقطة محددة واحدة؛ وتتطلب عدة نقاط مستقلة عدة مجسات.
- يحدد موضع التركيب معنى القراءة؛ ولا يبحث المجس تلقائياً عن أعلى نقطة حرارة مجهولة.
- تساعد القياسات على التحقق من النموذج وتحسينه، ويقدّر النموذج الحالة بين النقاط المجهزة بالمجسات.
ما المقصود بدرجة حرارة النقطة الساخنة؟
النقطة الساخنة هي المنطقة الأعلى حرارة داخل الملف، وتؤثر في تقادم العزل الورقي. تصف درجة حرارة الزيت العلوي الزيت في موضع محدد، بينما قد يخفي متوسط حرارة الملف القمم الموضعية. وتعتمد صلاحية الحساب على مدى تمثيل المعلمات وظروف التشغيل للمحول المعني.
| الكمية | الوصف | طريقة الحصول | التفسير |
|---|---|---|---|
| الزيت العلوي | الزيت عند موضع علوي محدد | مستشعر أو مؤشر في الزيت | ليست حرارة الموصل؛ ويتغير الفرق عن النقطة الساخنة. |
| متوسط حرارة الملف | متوسط حرارة الموصل | طريقة المقاومة أثناء الاختبار | تنعّم القمم الموضعية. |
| النقطة الساخنة المحسوبة | أعلى حالة حرارية نموذجية للملف | نموذج يعتمد على الحمل والزيت والجو والمعلمات | تصح إذا كانت المدخلات تمثل المحول المعني. |
| قراءة المجس | الحرارة عند نقطة تركيب محددة | مجس فلوري داخل الملف | تمثل الحد الأقصى فقط عند اختيار موضع مناسب. |
كيف يقدّر النموذج الحراري درجة الحرارة؟
يجمع الحساب درجة حرارة الجو المحيط وارتفاع حرارة الزيت العلوي وتدرج حرارة النقطة الساخنة في الملف. وتُستمد الثوابت الزمنية والأسس وارتفاعات الحرارة الاسمية من الاختبارات أو القيم المعيارية؛ كما يؤدي تغير مرحلة التبريد إلى تغيير المعلمات المستخدمة. يتيح النموذج تقديراً مستمراً عند توفر المدخلات، حتى للمحولات التي لا تحتوي على مجسات مدمجة. وتظهر مخالفة الافتراضات على شكل خطأ متبقٍ، مثلاً عند التغير السريع في الحمل أو التبريد.
ما الذي يقيسه مجس الألياف الضوئية المدمج؟
يقيس مجس الفلورة درجة الحرارة عند طرف الاستشعار: يصل ضوء الإثارة إلى المادة المتفلورة، ثم يحوّل الجهاز زمن اضمحلال الإشارة إلى درجة حرارة. المسار الضوئي غير موصل للكهرباء. تستخدم INNO القياس النقطي، وليس القياس الموزع على طول الليف كله. ويُحدد الموضع أثناء تصميم الملف وتصنيعه.
القياس المباشر مقابل التقدير بالنموذج
| المعيار | النموذج الحراري | مجس الألياف الضوئية المدمج |
|---|---|---|
| الأساس | حساب الحمل والزيت والجو والمعلمات | قياس ضوئي في موضع مادي |
| الناتج | حالة حرارية مقدرة | درجة الحرارة المقاسة عند النقطة المجهزة |
| التغطية | السلوك الذي يمثله النموذج | نقطة محددة واحدة لكل مجس |
| القيد الأساسي | يعتمد على الافتراضات والمدخلات | يعتمد على موضع المجس وعدده |
لماذا يهم موضع المجس؟
تؤثر هندسة الملف وقنوات التبريد وتدفق الزيت في المناطق الأعلى حرارة. ينبغي وضع المجسات في المناطق التي يحددها التصميم الحراري. وعند المقارنة، تذكّر أن المجس يقيس موضعاً محدداً من الموصل، بينما قد يمثل النموذج نقطة ساخنة مكافئة.
بيانات ميدانية: النموذج والمرجع بالألياف الضوئية
قيّمت دراسة منشورة عام 2026 في Discover Artificial Intelligence محول رفع ONAF بقدرة 100 MVA وجهد 220 kV خلال فصل الصيف. وخلال فترة تقييم مدتها خمسة أيام، بلغ متوسط الخطأ المطلق للنموذج الديناميكي الأساسي 8.35 °C، وللنموذج الفيزيائي الذي يراعي خسائر التوافقيات 4.18 °C، وللنموذج الهجين مع تصحيح البواقي 1.87 °C (RMSE: 2.34 °C؛ R²: 0.972). وكان المرجع أعلى قراءة صالحة من قنوات الألياف المتاحة. تنطبق النتائج على هذه الوحدة وظروف الدراسة، ولا تعمم على جميع نماذج IEC.
| الطريقة | MAE (°C) | RMSE (°C) | R² |
|---|---|---|---|
| نموذج IEC الحراري الديناميكي (خط أساس الباحثين) | 8.35 | 9.87 | – |
| النموذج الفيزيائي المراعي للطيف | 4.18 | – | – |
| النموذج الهجين الفيزيائي-البياني | 1.87 | 2.34 | 0.972 |
ما الذي توضحه النتائج
بلغ متوسط مرجع الألياف الضوئية 76.69 °C، مقابل 85.16 °C لخط أساس IEC، أي أعلى بـ8.47 °C. وعند عتبة 98 °C، رصد النموذج الهجين 12 من 13 تجاوزاً سجلته الألياف [2].
ما الذي لا يمكن استنتاجه منها
تخص النتيجة وحدة واحدة وفترة صيفية واحدة شهدت تقلبات حمل مرتبطة بالطاقة الشمسية وتشوهًا كبيرًا في التيار. لم تُنشر مواقع المجسات أو بيانات المعايرة، لذلك لا يمكن عزل أثر موضع التركيب. واستخدم النموذج الهجين أيضاً القياسات الضوئية لتحديث معلماته.
استخدام القياسات والنماذج معاً
يحدد التصميم الحراري مواقع القياس، ويوفر اختبار ارتفاع الحرارة مقارنة أولية، ثم تسمح بيانات التشغيل بمقارنة النقاط المقاسة بمخرجات النموذج تحت الحمل الفعلي. وقد يستدعي استمرار الفرق مراجعة المعلمات أو التبريد أو التوافقيات أو موضع المجس. من دون مجسات مدمجة يبقى النموذج وسيلة التقدير؛ ومع وجودها تصف القياسات النقاط المجهزة ويكمل النموذج الحالة الحرارية بينها.
تهيئة INNO لقياس حرارة الملفات مباشرة
تذكر المواصفات المنشورة لمجس المحول المغمور بالزيت نطاقاً من −40 إلى +260 °C، ودقة عرض 0.1 °C، ودقة قياس ±1 °C؛ وتعتمد القيم النهائية على المجس والجهاز المختارين. يدعم جهاز IF-C متعدد القنوات من 1 إلى 64 قناة، وزمن أخذ عينات أقل من ثانية، وRS485/Modbus، ومخارج تماثلية اختيارية، ومرحلَي إنذار. ويمكن تهيئة نظام مراقبة المحولات الزيتية من 1 إلى 18 قناة. راجع ورقة بيانات التهيئة المحددة.
لدراسة المشروع، جهّز نوع المحول وقدرته وترتيب الملفات ومناطق النقاط الساخنة المتوقعة وعدد نقاط القياس ومسار الليف وطوله ومتطلبات Modbus والمخارج التماثلية والمرحلات. راجع صفحة مراقبة درجة حرارة المحولات.
المراجع
- IEC 60076-7:2018, Loading guide for mineral-oil-immersed power transformers.
- Cao, S. (2026). Online power-transformer hot-spot estimation via spectrum-aware physics-data hybrid learning. Discover Artificial Intelligence, 6, 1673. DOI: 10.1007/s44163-026-02632-y.
- Abdali et al. (2023), Novel hotspot temperature prediction of oil-immersed distribution transformers: An experimental case study. IEEE Transactions on Industrial Electronics, 70(7), 7310–7322. DOI: 10.1109/TIE.2022.3206690.
- Abdali, A., Abedi, A., Masoumkhani, H., Mazlumi, K., Rabiee, A., & Guerrero, J. M. (2023). Magnetic-thermal analysis of distribution transformer: Validation via optical fiber sensors and thermography. International Journal of Electrical Power & Energy Systems, 153, 109346. DOI: 10.1016/j.ijepes.2023.109346.
- González-Cagigal, M. A., Rosendo-Macías, J. A., & Gómez-Expósito, A. (2023). Parameter estimation for hot-spot thermal model of power transformers using unscented Kalman filters. Journal of Modern Power Systems and Clean Energy, 11(2), 634–642. DOI: 10.35833/MPCE.2022.000439.