Điểm nóng cục bộ xuất hiện khi tổn hao và khả năng tản nhiệt trong cuộn dây máy biến áp kết hợp theo hướng bất lợi. Mô hình nhiệt ước tính nhiệt độ điểm nóng; đầu dò nhúng đo trực tiếp tại những vị trí đã chọn. Vị trí giám sát phải dựa trên thiết kế nhiệt. Giá trị tại đầu dò không tự động đại diện cho điểm nóng nhất của toàn cuộn dây.
Nhiệt độ điểm nóng rất quan trọng vì một giá trị nhiệt độ trung bình hoặc dầu trên cùng có thể không đại diện cho phần nóng nhất của cuộn dây. Sự phân bố nhiệt độ bên trong máy biến áp không đồng đều và đỉnh cục bộ là nguyên nhân gây ra ứng suất nhiệt và lão hóa cách điện.
Các điểm nóng máy biến áp có thể được giám sát gián tiếp thông qua các mô hình nhiệt hoặc chỉ báo nhiệt độ cuộn dây hoặc trực tiếp tại các vị trí đã chọn bằng cách sử dụng cảm biến nhiệt độ sợi quang nhúng.
Điểm nóng máy biến áp là gì?
Điểm nóng máy biến áp là khu vực cục bộ bên trong máy biến áp đạt đến nhiệt độ cao hơn các vùng cuộn dây hoặc dầu xung quanh. Đó là một giá trị cục bộ, không phải là mô tả của toàn bộ cuộn dây.
Một cuộn dây có thể có nhiệt độ trung bình ở mức chấp nhận được trong khi một vùng cục bộ hoạt động ở nhiệt độ cao hơn. Hai giá trị mô tả những thứ khác nhau: giá trị trung bình hiển thị điều kiện nhiệt tổng thể và điểm nóng hiển thị nhiệt độ cục bộ tới hạn. Một điểm nóng cục bộ có thể tồn tại trong điều kiện hoạt động bình thường vì quá trình sinh nhiệt và làm mát không hoàn toàn đồng đều. Nhiệt độ có thể chấp nhận được hay không phụ thuộc vào thiết kế máy biến áp, tải và giới hạn vận hành áp dụng, đồng thời nhiệt độ điểm nóng có liên quan chặt chẽ đến lão hóa nhiệt của lớp cách điện.
Các điểm nóng máy biến áp xảy ra ở đâu?
Các khu vực có thể có điểm nóng có thể bao gồm:
- Số vòng quấn được chọn
- Phần cuộn dây có tổn hao cục bộ cao hơn
- Các khu vực có lưu thông dầu hạn chế
- Chuyển vị dây dẫn hoặc vùng cấu trúc
- Dây quấn hoặc kết nối điện
- Các vị trí mang dòng điện khác, tùy thuộc vào thiết kế
Không có vị trí điểm nóng cố định chung cho mọi máy biến áp. Vị trí có thể xảy ra phụ thuộc vào hình dạng cuộn dây, phân bố dòng điện, tải, tổn thất, làm mát và dòng dầu và thường được xác định từ thiết kế máy biến áp và phân tích nhiệt. Vị trí cũng có thể thay đổi tùy theo điều kiện hoạt động.
Nguyên nhân gây ra điểm nóng trong máy biến áp?
Tổn thất dòng điện và I2R tải
Khi dòng điện tải tăng, tổn hao dây dẫn tăng và nhiệt độ cuộn dây tăng. Do tổn thất do tải được tạo ra trong dây dẫn nên cuộn dây là khu vực chính gây ra nhiệt độ tăng cao, mặc dù các kết nối hoặc kết cấu mang dòng điện khác cũng có thể phát sinh nhiệt cục bộ.
Dòng điện xoáy và tổn hao đi lạc
Các điều kiện điện từ cục bộ có thể tạo thêm tổn thất trong dây dẫn và các cấu trúc kim loại gần đó. Những tổn thất này không được trải đều nên chúng tăng thêm nhiệt cho một số vùng nhiều hơn những vùng khác.
Làm mát không đều
Khả năng tản nhiệt hiếm khi đồng đều. Các yếu tố góp phần bao gồm:
- Phân phối dòng dầu
- Hiệu suất ống làm mát
- Luồng khí cục bộ trong máy biến áp loại khô
- Vận hành thiết bị làm mát
Hình học cuộn dây và phân bố dòng điện
Các phần cuộn dây khác nhau có thể không tạo ra hoặc tản nhiệt đồng đều. Sự sắp xếp dây dẫn, vị trí phần và sự phân bố dòng điện đều ảnh hưởng đến nơi tập trung nhiệt.
Quá tải hoặc Tải hoạt động cao
Tải cao hơn sẽ làm tăng ứng suất nhiệt lên hệ thống cách nhiệt. Hoạt động trên mức tải định mức là tình trạng tải nhiệt cần được quản lý và điều đó không có nghĩa là hư hỏng ngay lập tức.
Kết nối cục bộ hoặc làm nóng tiếp điểm
Kết nối có điện trở cao hoặc khớp nối mang dòng điện có thể tạo ra nhiệt cục bộ. Đây có thể là một trong những nguyên nhân góp phần và thường được xử lý riêng biệt với hệ thống sưởi cuộn dây thông thường.
Tại sao Nhiệt độ điểm nóng lại khác với Nhiệt độ cuộn dây trung bình?
Tính trung bình giúp phân bổ nhiệt độ một cách trơn tru. Một số giá trị nhiệt độ được sử dụng trong giám sát nhiệt máy biến áp và mỗi giá trị thể hiện một giá trị khác nhau:
- Nhiệt độ môi trường: nhiệt độ không khí xung quanh.
- Nhiệt độ dầu trên cùng: nhiệt độ của dầu biến áp gần khu vực phía trên của bể hoặc tại vị trí đo được chỉ định.
- Nhiệt độ cuộn dây trung bình: nhiệt độ trung bình của dây dẫn cuộn dây hoặc khối lượng cuộn dây.
- Giá trị WTI: thường là nhiệt độ cuộn dây ước tính hoặc mô phỏng, được tính từ nhiệt độ dầu cộng với mức bù liên quan đến dòng tải, tùy thuộc vào thiết kế của thiết bị.
- Nhiệt độ điểm nóng: nhiệt độ cuộn dây tối đa hoặc gần tối đa cục bộ tại một vị trí quan trọng cụ thể.
- Nhiệt độ cáp quang trực tiếp: nhiệt độ thực tế tại vị trí đầu dò vật lý.
| Giá trị nhiệt độ | Nó đại diện cho điều gì | Hạn chế chính |
|---|---|---|
| Nhiệt độ cuộn dây trung bình | Nhiệt độ trung bình của dây dẫn | Có thể ẩn các đỉnh cục bộ |
| Nhiệt độ dầu trên cùng | Nhiệt độ dầu tại một vị trí xác định | Không trực tiếp bằng điểm nóng cuộn dây |
| Đọc WTI | Nhiệt độ cuộn dây ước tính | Tùy thuộc vào kiểu máy và phương pháp bù |
| Đọc sợi quang trực tiếp | Nhiệt độ tại vị trí đầu dò | Chỉ đại diện cho điểm được cài đặt |
Nhiệt độ dầu trên cùng có hiển thị điểm nóng của máy biến áp không?
Không, không trực tiếp. Nhiệt độ lớp dầu trên cung cấp thông tin hữu ích về tình trạng nhiệt của máy biến áp, nhưng nó không giống như nhiệt độ điểm nóng cuộn dây.
Điểm nóng cuộn dây có thể khác biệt đáng kể so với nhiệt độ dầu, tùy thuộc vào tải, thiết kế cuộn dây, độ dốc nhiệt và điều kiện làm mát. Kích thước của sự khác biệt đó là dành riêng cho từng máy biến áp và trạng thái vận hành, do đó, nó không được coi là phần bù cố định.
Nhiệt độ điểm nóng của máy biến áp được ước tính như thế nào?
Các phương pháp truyền thống kết hợp các giá trị đo được với tính toán. Họ thường sử dụng:
- Chỉ báo nhiệt độ cuộn dây
- Model nhiệt
- Dòng tải
- Nhiệt độ bề mặt dầu
- Độ dốc nhiệt được tính toán
Các phương pháp này ước tính nhiệt độ điểm nóng hoặc nhiệt độ cuộn dây thay vì đo trực tiếp dây dẫn tại vị trí vật lý nóng nhất. Việc ước tính vẫn được sử dụng rộng rãi và có thể có hiệu quả trong việc giám sát máy biến áp khi nó được cấu hình đúng.
Chỉ báo nhiệt độ cuộn dây ước tính nhiệt độ điểm nóng như thế nào?
Chỉ báo nhiệt độ cuộn dây (WTI) thường mô phỏng hoặc ước tính nhiệt độ cuộn dây. Logic điển hình kết hợp nhiệt độ dầu với sự bù nhiệt liên quan đến dòng tải. Thiết bị sẽ thêm mức tăng nhiệt độ được tính toán dựa trên dòng điện vào số đọc nhiệt độ dầu.
WTI thông thường thường không đo trực tiếp nhiệt độ dây dẫn cuộn dây. Độ chính xác của nó phụ thuộc vào mức độ bù phù hợp với máy biến áp thực tế. Chỉ báo nhiệt độ dầu liên quan (OTI) chỉ đo nhiệt độ dầu.
Các mô hình nhiệt ước tính các điểm nóng của máy biến áp như thế nào?
Các mô hình nhiệt sử dụng đầu vào được đo và tính toán, chẳng hạn như tải, dòng điện, nhiệt độ dầu, hằng số nhiệt và thông số thiết kế máy biến áp, để ước tính nhiệt độ cuộn dây hoặc điểm nóng.
Ưu điểm: không cần cảm biến cuộn dây nhúng và model hỗ trợ giám sát tình trạng liên tục.
Hạn chế: đầu ra phụ thuộc vào các giả định của mô hình, thông số máy biến áp, độ chính xác đầu vào và điều kiện vận hành. Một mô hình chỉ mang tính đại diện như đầu vào của nó.
Làm thế nào cảm biến sợi quang có thể giám sát trực tiếp các điểm nóng của máy biến áp?
Đầu dò sợi quang có thể được lắp đặt tại các vị trí cuộn dây đã chọn trong quá trình sản xuất máy biến áp. Chuỗi đo rất đơn giản:
Đầu dò sợi quang → Sợi quang → Thiết bị theo dõi nhiệt độ → Dữ liệu nhiệt độ
Đầu dò đo trực tiếp nhiệt độ tại vị trí vật lý được lắp đặt; vị trí đó chỉ đại diện cho điểm nóng khi nó được chọn từ thiết kế máy biến áp và phân tích nhiệt. Ưu điểm của nó là đo điểm trực tiếp, đường cảm biến cách điện, khả năng chống nhiễu điện từ dọc theo đường quang, phù hợp với môi trường cuộn dây điện áp cao và tùy chọn đo một số điểm.
Cảm biến không tự động xác định vị trí điểm nóng. Vị trí đầu dò phải được chọn trước nên kết quả chỉ mang tính đại diện cho vị trí đã chọn.
INNO cung cấp đầu dò nhiệt độ sợi quang điểm và thiết bị giám sát đa kênh để đo nhiệt độ trực tiếp tại các vị trí cuộn dây máy biến áp đã chọn, sử dụng cảm biến nhiệt độ sợi quang điểm dựa trên huỳnh quang . Các giá trị điển hình là khoảng nhiệt độ khoảng -40 đến 260 °C, độ chính xác khoảng ±0,5 đến ±1 °C, phản hồi dưới 1 giây và chiều dài sợi khoảng 0-20 m, tất cả tùy thuộc vào cấu hình và yêu cầu của dự án.
Nên đặt cảm biến nhiệt độ sợi quang ở đâu trong cuộn dây máy biến áp?
Vị trí phải tuân theo thiết kế máy biến áp, vị trí điểm nóng được dự đoán, tính toán nhiệt, hình học cuộn dây, thiết kế làm mát và kinh nghiệm của nhà sản xuất. Nhiều đầu dò có thể được đặt tại một số vùng điểm nóng dự kiến thay vì ở một vị trí giả định.
Tại sao nên sử dụng nhiều cảm biến nhiệt độ thay vì một?
Một đầu dò tương đương với một điểm vật lý và một điểm duy nhất không thể biểu thị sự phân bố nhiệt độ của toàn bộ cuộn dây. Giám sát đa điểm có thể cung cấp:
- So sánh giữa các vị trí cuộn dây
- Thông tin phân phối nhiệt
- Xác định các vùng có nhiệt độ cao hơn
- Dự phòng và kiểm tra chéo
- Hiểu rõ hơn dưới các tải khác nhau
Nhiều cảm biến hơn không tự động tốt hơn. Số lượng kênh phải dựa trên mục tiêu giám sát và thiết kế máy biến áp.
Có bao nhiêu kênh sợi quang được sử dụng để giám sát điểm nóng máy biến áp?
Đối với các dự án INNO, cấu hình máy biến áp ngâm dầu thông thường có thể bao gồm 6/8/9/12/16 kênh, tùy thuộc vào thiết kế máy biến áp, số cuộn dây, số pha, điểm cảm biến được chọn và yêu cầu của dự án. Đây là các mẫu cấu hình thực tế, không phải số lượng kênh bắt buộc trong ngành. Có thể có các kênh tùy chỉnh bổ sung tùy thuộc vào thiết bị.
Đo điểm nóng trực tiếp so với nhiệt độ điểm nóng ước tính
| Phương thức | Cơ sở đo lường | Trực tiếp hoặc Ước tính | Ưu điểm chính | Hạn chế chính |
|---|---|---|---|---|
| Cảm biến dầu trên cùng | Nhiệt độ dầu | Đo dầu trực tiếp | Tham chiếu nhiệt đơn giản | Không phải là điểm nóng cuộn dây trực tiếp |
| WTI | Nhiệt độ dầu + bù tải | Ước tính | Được sử dụng rộng rãi | Phụ thuộc vào mô phỏng và cấu hình |
| Model nhiệt | Thông số tải + dầu + máy biến áp | Ước tính | Ước tính điểm nóng được tính toán liên tục | Tùy thuộc vào đầu vào của model |
| Cảm biến sợi quang nhúng | Thăm dò tại vị trí cuộn dây đã chọn | Đo điểm trực tiếp | Đo vị trí được cài đặt thực tế | Chỉ đo vị trí đầu dò đã chọn |
Mỗi phương pháp cung cấp thông tin nhiệt khác nhau và nhiều kiến trúc giám sát máy biến áp sử dụng nhiều hơn một.
Cảm biến sợi quang có thể thay thế các chỉ báo nhiệt độ cuộn dây không?
Không nhất thiết phải có trong mọi dự án. Cảm biến sợi quang và WTI phục vụ các vai trò khác nhau. Đầu dò sợi quang cho phép đo điểm vật lý trực tiếp, trong khi WTI đưa ra nhiệt độ cuộn dây ước tính dựa trên mô phỏng và bù nhiệt. Một số dự án sử dụng cả hai và sự lựa chọn phụ thuộc vào thông số kỹ thuật của máy biến áp, mục tiêu thực hành của người dùng và giám sát.
Điều gì xảy ra khi tải máy biến áp thay đổi?
Khi tải thay đổi, tổn hao dây dẫn cũng thay đổi. Nhiệt độ dầu thường thay đổi chậm hơn, do đó nhiệt độ cuộn dây có thể phản ứng khác với nhiệt độ dầu và nhiệt độ điểm nóng cục bộ cũng có thể thay đổi. Cả vị trí và độ lớn của điểm nóng đều có thể thay đổi tùy theo điều kiện vận hành, đó là lý do tại sao không nên giả định số đọc ở mức tải này đúng ở mức tải khác.
Việc làm mát ảnh hưởng đến các điểm nóng của máy biến áp như thế nào?
Việc làm mát ảnh hưởng mạnh mẽ đến cách loại bỏ nhiệt khỏi cuộn dây, dầu, lõi và cấu trúc. Các yếu tố liên quan bao gồm tuần hoàn dầu tự nhiên, tuần hoàn dầu cưỡng bức, vận hành quạt, vận hành bơm, ống dẫn làm mát và luồng không khí. Việc loại bỏ nhiệt cục bộ không đồng đều hoặc không đủ có thể góp phần làm nhiệt độ cục bộ cao hơn, ngay cả khi nhiệt độ chung của dầu trông bình thường.
Các điểm nóng được giám sát trong máy biến áp ngâm trong dầu như thế nào?
Giám sát thông thường kết hợp một số tính năng sau:
- Nhiệt độ bề mặt dầu
- WTI
- Model nhiệt
- Cảm biến sợi quang nhúng
- Hệ thống giám sát máy biến áp
Đầu dò sợi quang nhúng thường được lắp đặt trong quá trình sản xuất máy biến áp. Việc trang bị thêm các cảm biến trực tiếp vào các vị trí cuộn dây bên trong thường khó khăn hơn nhiều sau khi chế tạo máy biến áp, do đó, quyết định được đưa ra tốt nhất ở giai đoạn thiết kế.
Các điểm nóng được giám sát trong máy biến áp loại khô như thế nào?
Máy biến áp loại khô không sử dụng dầu cách điện nên việc giám sát tập trung vào cuộn dây, cuộn dây, lõi và các vị trí kết cấu đã chọn. Cảm biến Pt100/RTD là phổ biến. Cảm biến sợi quang có thể được sử dụng khi cần cách ly điện, chống nhiễu điện từ hoặc đo điểm chọn trực tiếp. Cả hai phương pháp đều có giá trị và sự lựa chọn phụ thuộc vào thiết kế và yêu cầu giám sát.
Làm cách nào để tích hợp dữ liệu điểm nóng của máy biến áp vào hệ thống giám sát?
Thiết bị giám sát cáp quang hoặc thiết bị giám sát máy biến áp có thể sử dụng dữ liệu để hiển thị cục bộ, cảnh báo, ghi xu hướng, PLC, SCADA hoặc nền tảng giám sát tình trạng máy biến áp. Các tùy chọn tích hợp có thể có bao gồm RS485 với giao thức được hỗ trợ như Modbus RTU, 4-20 mA, rơle cảnh báo và Ethernet / TCP/IP, tùy thuộc vào thiết bị được chọn. Không phải mọi model đều hỗ trợ mọi giao diện, vì vậy hãy xác nhận các đầu ra cần thiết ở giai đoạn thông số kỹ thuật.
Cần theo dõi những gì cùng với nhiệt độ điểm nóng của máy biến áp?
Tùy thuộc vào loại máy biến áp và dự án, nhiệt độ điểm nóng có thể được theo dõi cùng với:
- Nhiệt độ bề mặt dầu
- Nhiệt độ cuộn dây
- Dòng tải
- Nhiệt độ môi trường xung quanh
- Trạng thái hệ thống làm mát
- Tình trạng dầu / DGA
- Tình trạng ống lót
- Phóng điện cục bộ
- Tình trạng OLTC
Nhiệt độ điểm nóng là một phần của việc giám sát tình trạng máy biến áp và nó hữu ích nhất khi đọc cùng với các thông số khác này.
Cần thông tin gì để lập kế hoạch giám sát điểm nóng máy biến áp?
- Loại máy biến áp
- Loại ngâm trong dầu hoặc khô
- Xếp hạng máy biến áp
- Số pha
- Bố trí cuộn dây
- Vị trí điểm nóng dự kiến
- Số lượng điểm phát hiện
- Các kênh bắt buộc
- Giai đoạn lắp đặt đầu dò
- Định tuyến cáp quang
- Vị trí thiết bị giám sát
- Giao diện truyền thông bắt buộc
- Yêu cầu PLC/SCADA
- Yêu cầu cảnh báo
Kiến trúc giám sát điểm nóng máy biến áp điển hình
Kiến trúc 1: Cảm biến dầu hàng đầu → WTI / Thiết bị giám sát → SCADA
Kiến trúc 2: Tải máy biến áp + Nhiệt độ dầu → Mô hình nhiệt → Nhiệt độ điểm nóng ước tính
Kiến trúc 3: Đầu dò sợi quang nhúng → Bộ theo dõi nhiệt độ đa kênh → Hệ thống giám sát PLC / SCADA / Máy biến áp
Các phương pháp này cũng có thể được kết hợp trong một kiến trúc giám sát, trong đó mỗi phương pháp cung cấp một cái nhìn khác nhau về trạng thái nhiệt.
Những hiểu lầm thường gặp về giám sát điểm nóng máy biến áp
1. Nhiệt độ lớp dầu trên cùng là nhiệt độ điểm nóng cuộn dây.
Không. Chúng đại diện cho các vị trí nhiệt khác nhau.
2. Chỉ báo nhiệt độ cuộn dây đo trực tiếp nhiệt độ dây dẫn cuộn dây.
WTI truyền thống thường ước tính hoặc mô phỏng nhiệt độ cuộn dây.
3. Điểm nóng máy biến áp luôn ở cùng một vị trí vật lý.
Vị trí phụ thuộc vào thiết kế và điều kiện vận hành.
4. Một đầu dò sợi quang đo toàn bộ cuộn dây.
Đầu dò một điểm đo một vị trí thực tế.
5. Cảm biến sợi quang tự động tìm điểm nóng nhất.
Vị trí đầu dò phải được chọn trước khi vận hành.
6. Nhiều kênh hơn luôn tốt hơn.
Số kênh phải phù hợp với mục tiêu giám sát và thiết kế máy biến áp.
7. Cảm biến trực tiếp khiến cho các mô hình nhiệt không cần thiết.
Phương pháp trực tiếp và ước tính có thể cung cấp thông tin khác nhau và có thể được sử dụng cùng nhau.