Технологии контроля температуры и защиты от перегрева силовых трансформаторов

В данной статье рассмотрены причины перегрева, технологии контроля температуры и защиты от перегрева силовых трансформаторов и тенденции их развития.

Причины перегрева трансформаторов:

• Перегрузки. Длительная работа трансформатора с нагрузкой, превышающей номинальную, приводит к увеличению тепловых потерь и перегреву оборудования;
• Короткие замыкания и скачки напряжения возникают, если в цепи происходят резкие колебания, приводящие к выделению избыточного тепла;
• Неисправности системы охлаждения. Засорение масляных каналов, утечка охлаждающей жидкости, выход из строя вентиляторов, радиаторов или насосов приводят к нарушению теплоотвода;
• Внешние факторы, например, высокая температура окружающей среды или недостаточная вентиляция помещения, в котором установлен трансформатор.

Для предотвращения перегрева трансформаторов и контроля за этим процессом применяются различные методы мониторинга и технологии охлаждения.

Технологии контроля температуры силовых трансформаторов

Современные методы контроля температуры трансформаторов включают использовании датчиков, автоматизированных систем и методов дистанционного мониторинга.

Датчики контроля температуры трансформаторов

• Контактные датчики температуры размещаются на критически важных точках трансформатора (например, на обмотках и сердечнике) для постоянного мониторинга температуры. Чаще всего используются термопары и термисторы.
• Бесконтактные инфракрасные датчики измеряют температуру обмоток и масляного резервуара дистанционно, не требуя прямого контакта с оборудованием. Благодаря этому обеспечивается более высокая точность измерений и снижается риск повреждения датчиков.
• Системы автоматизированного мониторинга силовых трансформаторов
• Системы SCADA (Supervisory Control and Data Acquisition) позволяют собирать, обрабатывать и анализировать данные о температуре трансформатора в реальном времени. Информация передается на пульт оператора, который может оперативно реагировать на любые отклонения от нормы.
• Умные системы управления интегрируются с датчиками и используют алгоритмы машинного обучения для прогнозирования перегрева на основе исторических данных и текущих показателей нагрузки. Такие системы помогают предотвращать аварийные ситуации до их возникновения.

Тепловизионный мониторинг силовых трансформаторов

Тепловизоры позволяют выявлять горячие точки на поверхности трансформатора и обнаруживать потенциально опасные участки. Это эффективный метод для проведения профилактических проверок и оценки состояния трансформатора. Виды тепловизоров для трансформаторов:

• Портативные тепловизоры применяются для периодических осмотров и диагностики оборудования;
• Стационарные тепловизоры фиксируются на трансформаторе и постоянно проводят мониторинг. Чаще применяется для трансформаторов, работающих в сложных условиях.

Технологии охлаждения силовых трансформаторов:

1. Масляное охлаждение. Масляные трансформаторы используют специальное изоляционное масло, которое эффективно отводит тепло от обмоток и других частей трансформатора.
• Масляное охлаждение с естественной циркуляцией (ONAN). Масло циркулирует естественным путем под действием тепловых потоков, без использования насосов. Это базовый метод, применяемый в трансформаторах с невысокой мощностью;
• Масляное охлаждение с принудительной циркуляцией (ONAF) включает использование насосов, которые усиливают циркуляцию масла. Благодаря этому увеличивается отвод тепла и снижается вероятность перегрева.
2. Воздушное охлаждение применяется в трансформаторах, где использование масла нежелательно или невозможно (например, в сухих трансформаторах) и включает:
• Естественную вентиляцию (AN), когда воздух циркулирует вокруг обмоток трансформатора без принудительных устройств. Подходит для трансформаторов малой мощности;
• Принудительное воздушное охлаждение (AF), в котором работают вентиляторы, направляющие потоки воздуха на нагретые зоны трансформатора. Благодаря этому увеличивается охлаждающая способность и снижается температура.
3. Водяное охлаждение, которое чаще применяется в высокомощных трансформаторах или в условиях высокой температуры окружающей среды и включает:
• Косвенное охлаждение водой. Вода циркулирует в системе труб, погруженных в масляную ванну, и отводит тепло от масла;
• Смешанные системы. Это комбинация водяного и масляного охлаждения, которая обеспечивает максимальный отвод тепла и надежность работы трансформатора.

Помимо мониторинга и охлаждения, современные трансформаторы оснащены защитой, которая автоматически реагируют на превышение температуры и предотвращает повреждение оборудования.

Технологии защиты трансформаторов от перегрева

1. Релейная защита контролирует температуру трансформатора и срабатывает при достижении критических значений, а именно:
• Температурное реле контролирует температуру масла и обмоток. При превышении безопасных значений срабатывает сигнал тревоги или происходит автоматическое отключение трансформатора;
• Газовое реле (реле Бухгольца) реагирует на выделение газа при перегреве масла и может автоматически отключить трансформатор при обнаружении признаков перегрева или внутренних повреждений.
2. Системы отключения и сигнализации трансформаторов включают:
• Автоматическое отключение при перегреве происходит при достижении критической температуры. Система аварийного отключения останавливает работу трансформатора, предотвращая его повреждение;
• Системы сигнализации оповещают оператора о повышении температуры для принятия оперативных мер безопасности.

Современные тенденции защиты трансформаторов от перегрева:

• Применение искусственного интеллекта для прогнозирования вероятных неисправностей и отказов;
• Использование оптоволоконных датчиков с флуоресцентными свойствами для измерения температуры;
• Применение пассивных датчиков, устойчивых к внешним воздействиям;
• Обеспечение высокой точности измерений и безопасности трансформаторов при перегрузках;
• Возможность удаленного доступа к данным о температуре и состоянии трансформатора;
• Включение систем контроля температуры в единую систему управления технологическими процессами SCADA;
• Оперативное управление охлаждением и сигнализацией;
• Безопасная оптимизация режима работы трансформаторов даже в экстренных ситуациях;
• Интеграция с другими системами мониторинга, например, контроля частичных разрядов и анализа газов в масле.

Надежная защита от перегрева силовых трансформаторов является одним из важнейших условий бесперебойной работы электроэнергетических систем. Современные технологии позволяют эффективно контролировать температуру трансформаторов, предотвращать аварии и повышать надежность электроснабжения.