Температура горячей точки обмотки — локальная величина, отличная от температуры верхних слоёв масла и средней температуры обмотки. Тепловая модель рассчитывает её по нагрузке, температуре масла и окружающей среды, а также по тепловым параметрам. Волоконно-оптический зонд измеряет температуру на чувствительном наконечнике в заданном месте обмотки.
- Модель рассчитывает тепловое состояние по входным данным; зонд измеряет температуру в точке установки.
- Один зонд измеряет одну заданную точку. Для нескольких независимых точек нужны отдельные зонды.
- Смысл показания зависит от места установки; зонд не ищет автоматически неизвестную самую горячую точку.
- Измерения помогают проверять и уточнять модель, а модель оценивает состояние между оснащёнными датчиками точками.
Что означает температура горячей точки
Горячая точка — наиболее нагретая область обмотки, влияющая на старение бумажной изоляции. Температура верхних слоёв масла характеризует масло в заданном месте, а средняя температура обмотки сглаживает локальные пики. Достоверность расчёта зависит от того, насколько параметры и режим работы соответствуют конкретному трансформатору.
| Величина | Описание | Как определяется | Интерпретация |
|---|---|---|---|
| Температура верхних слоёв масла | Масло в заданной верхней точке | Датчик или указатель в масле | Не температура проводника; разница с горячей точкой меняется. |
| Средняя температура обмотки | Средняя температура проводника | Метод сопротивления при испытании | Сглаживает локальные максимумы. |
| Расчётная горячая точка | Моделируемый максимум температуры обмотки | Модель по нагрузке, маслу, среде и параметрам | Результат применим, если данные описывают этот трансформатор. |
| Показание зонда | Температура в установленной точке | Флуоресцентный зонд внутри обмотки | Представляет максимум только при правильном размещении. |
Как тепловая модель оценивает температуру
Расчёт учитывает температуру окружающей среды, превышение температуры верхних слоёв масла и градиент температуры горячей точки обмотки. Постоянные времени, показатели степени и номинальные превышения температуры задаются по испытаниям или нормативным значениям; при переключении режима охлаждения набор параметров меняется. При наличии входных данных модель позволяет непрерывно оценивать температуру и на трансформаторах без встроенных зондов. Отклонения от принятых допущений дают остаточную ошибку, например при резком изменении нагрузки или охлаждения.
Что измеряет встроенный волоконно-оптический зонд
Флуоресцентный зонд измеряет температуру на своём наконечнике: свет возбуждения достигает флуоресцентного материала, а прибор преобразует время затухания сигнала в температуру. Оптический тракт не проводит электрический ток. INNO применяет точечное измерение, а не распределённое измерение по всей длине волокна. Место установки задают при проектировании и изготовлении обмотки.
Прямое измерение и расчётная оценка
| Критерий | Тепловая модель | Встроенный волоконно-оптический зонд |
|---|---|---|
| Основа | Расчёт по нагрузке, маслу, окружающей среде и параметрам | Оптическое измерение в физической точке |
| Результат | Расчётное тепловое состояние | Измеренная температура в оснащённой точке |
| Охват | Поведение, описанное моделью | Одна заданная точка на каждый зонд |
| Главное ограничение | Зависимость от допущений и входных данных | Зависимость от размещения и количества зондов |
Почему важно размещение зонда
Геометрия обмотки, охлаждающие каналы и движение масла влияют на расположение наиболее нагретых зон. Зонды размещают в областях, выявленных тепловым расчётом. При сравнении учитывают, что зонд измеряет температуру конкретного участка проводника, тогда как модель может описывать эквивалентную горячую точку.
Полевые данные: модель и волоконно-оптический эталон
В исследовании 2026 года, опубликованном в Discover Artificial Intelligence, летом оценивали повышающий трансформатор ONAF мощностью 100 МВА и напряжением 220 кВ. За пять дней проверки базовая динамическая модель показала MAE 8,35 °C, физическая модель с учётом гармонических потерь — 4,18 °C, гибридная модель с коррекцией остатка — 1,87 °C (RMSE 2,34 °C; R² 0,972). Эталоном было наибольшее достоверное показание доступных волоконно-оптических каналов. Результат относится к этой установке и условиям исследования, а не ко всем моделям IEC.
| Метод | MAE (°C) | RMSE (°C) | R² |
|---|---|---|---|
| Динамическая тепловая модель IEC (базовая модель авторов) | 8,35 | 9,87 | – |
| Физическая модель с учётом спектра | 4,18 | – | – |
| Гибридная физико-данная модель | 1,87 | 2,34 | 0,972 |
Что показывают результаты
Среднее значение волоконного эталона — 76,69 °C, базовой модели IEC — 85,16 °C, то есть на 8,47 °C выше. При пороге 98 °C гибридная модель выявила 12 из 13 превышений, зарегистрированных волоконными каналами [2].
Чего из них нельзя заключить
Результат относится к одной установке и одному летнему периоду с колебаниями нагрузки от солнечной генерации и сильными искажениями тока. Координаты зондов и данные калибровки не опубликованы, поэтому влияние размещения отдельно оценить нельзя. Гибридная модель также использовала волоконные измерения для обновления параметров.
Совместное применение измерений и моделей
Тепловой расчёт помогает определить места установки зондов, испытание на нагрев даёт исходное сравнение, а эксплуатационные данные позволяют сопоставлять показания с моделью при реальной нагрузке. Устойчивое расхождение — повод проверить параметры, режим охлаждения, гармоники или расположение зонда. Без встроенных зондов модель остаётся инструментом оценки; при наличии зондов измерения описывают оснащённые точки, а модель дополняет картину между ними.
Конфигурация INNO для измерения температуры обмоток
В опубликованных характеристиках зонда для маслонаполненных трансформаторов указаны диапазон −40…+260 °C, разрешение 0,1 °C и точность ±1 °C; итоговые параметры зависят от совместимой конфигурации зонда и прибора. Многоканальный преобразователь IF-C поддерживает 1–64 канала, цикл измерения менее 1 с, RS485/Modbus, опциональные аналоговые выходы и два реле сигнализации. Система для маслонаполненных трансформаторов конфигурируется на 1–18 каналов. Проверьте характеристики выбранной комплектации.
Для рассмотрения проекта подготовьте тип и мощность трансформатора, схему обмоток, ожидаемые горячие зоны, число точек, маршрут и длину волокна, требования к Modbus, аналоговым выходам и реле. Подробнее — на странице контроля температуры трансформаторов.
Источники
- 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.