فهم الضغط والمقاومة ومقاييس الحرارة المصنوعة من الألياف الضوئية في مقال واحد

يعتمد التشغيل الموثوق للمحول المغمور بالزيت إلى حد كبير على استقرار الزيت العازل الداخلي ودرجات حرارة الملف. يعد ارتفاع درجة الحرارة هو السبب الرئيسي لتقادم العزل المتسارع، وتدهور الأداء، وفي نهاية المطاف، الفشل. ولذلك، فإن مراقبة درجة الحرارة هي واحدة من الجوانب الأساسية والأكثر أهمية لتشغيل وصيانة المحولات. من الأقراص الميكانيكية التقليدية إلى أنظمة الألياف الضوئية الذكية الحديثة، يعد تاريخ تطوير مقياس الحرارة بمثابة تطور لتكنولوجيا مراقبة المحولات من المراقبة السلبية إلى الإنذار المبكر النشط.

ستحدد هذه المقالة بشكل منهجي الأنواع الشائعة من موازين الحرارة المستخدمة في المحولات المغمورة بالزيت وستقدم تحليلًا متعمقًا لمبادئ عملها وسيناريوهات التطبيق.

الفصل الأول: 'شجرة عائلة' موازين الحرارة - نظرة تفصيلية على ثلاثة أنواع رئيسية

بناءً على مبادئ القياس وموقع التثبيت، يتم تقسيم موازين الحرارة الخاصة بالمحولات المغمورة بالزيت بشكل أساسي إلى الفئات الثلاث التالية. معًا، يشكلون شبكة مراقبة ثلاثية الأبعاد بدءًا من درجة حرارة الزيت القصوى وحتى النقاط الساخنة المتعرجة.

1. ميزان الحرارة من نوع الضغط (ميزان الحرارة للقراءة عن بعد)

• مبدأ العمل : هذه أداة ميكانيكية كلاسيكية تعتمد على التمدد الحراري/الانكماش ونقل ضغط السائل/الغاز . يتكون النظام من ثلاثة أجزاء:

1. لمبة درجة الحرارة (الحساس) : يتم إدخالها في الزيت الموجود أعلى خزان المحولات، ويتم ملؤها بوسيط حساس لدرجة الحرارة (على سبيل المثال، سائل، أو غاز، أو سائل منخفض درجة الغليان).

2. الأنبوب الشعري : أنبوب معدني طويل ورفيع يصل البصيلة برأس المقياس، مملوء بوسيط ناقل للضغط.

3. رأس المقياس (المؤشر) : مثبت على جدار خزان المحولات أو خزانة التحكم، على بعد أمتار من اللمبة. جوهرها هو أنبوب بوردون - أنبوب معدني مرن منحني. عندما تسخن البصلة، ينتقل تغير الضغط الداخلي عبر الأنبوب الشعري إلى أنبوب بوردون، مما يؤدي إلى تشوهه. يقوم هذا التشوه بتحريك المؤشر من خلال آلية الربط، مما يعرض درجة الحرارة.

• الخصائص الرئيسية :

• ميكانيكي بحت ، لا يتطلب أي طاقة خارجية، مناعة ممتازة للتداخل الكهرومغناطيسي، موثوقية عالية جدًا.

• يمكن تركيب رأس المقياس عن بعد لقراءة محلية مريحة.

• مجهزة عادةً بـ 1-2 جهات اتصال قابلة للتعديل للتنبيه بدرجة الحرارة الزائدة ووظائف الرحلة.

• الدقة وسرعة الاستجابة أبطأ نسبياً مقارنة بالأنواع الإلكترونية، كما أن الأنبوب الشعري يكون عرضة للتلف الميكانيكي.

• التطبيق النموذجي : جهاز المراقبة والإنذار الأساسي لدرجة حرارة الزيت العلوي ، وهي ميزة شبه قياسية في جميع المحولات المغمورة بالزيت.

2. كاشف درجة الحرارة المقاومة (RTD، على سبيل المثال، PT100)

• مبدأ العمل : يعتمد على خاصية أن مقاومة الموصل تتغير مع درجة الحرارة . عنصر الاستشعار الأكثر شيوعًا هو مقياس حرارة المقاومة البلاتيني ، حيث يشير PT100 إلى مقاومة قدرها 100 أوم عند 0 درجة مئوية. تتغير مقاومتها بدقة وخطية مع درجة الحرارة.

• مكونات النظام :

1. مسبار Platinum RTD : يتم تركيبه في بئر مقياس الحرارة أعلى المحول، مغمور في الزيت.

2. جسر القياس وجهاز الإرسال : غالبًا ما يتم دمجهما في وحدة تحكم ذكية. دوائر دقيقة تقيس مقاومة PT100 وتحولها إلى إشارة تيار قياسية 4-20 مللي أمبير أو إشارة رقمية.

• الخصائص الرئيسية :

• دقة قياس عالية ، يمكن نقل الإشارات لمسافات طويلة ، مناعة جيدة للضوضاء.

• الإخراج عبارة عن إشارة كهربائية قياسية، يمكن دمجها بسهولة مع منصات التشغيل الآلي مثل SCADA (التحكم الإشرافي والحصول على البيانات) و DCS (أنظمة التحكم الموزعة) للمراقبة المركزية عن بعد.

• غالبًا ما يتم تركيبه جنبًا إلى جنب مع مقياس الحرارة من نوع الضغط، ليكون بمثابة وسيلة زائدة عن الحاجة أو عالية الدقة للمراقبة عن بعد وتسجيل درجة حرارة الزيت.

• التطبيق النموذجي : يستخدم للنقل عن بعد والمراقبة الرقمية لدرجة حرارة الزيت العلوي ، وهو حجر الزاوية في المحطات الفرعية الآلية الحديثة وغير المراقبة.

3. نظام قياس درجة حرارة ملفات الألياف الضوئية (قياس 'النقطة الساخنة' المباشر الأكثر تقدمًا)

• مبدأ العمل : هذه هي التكنولوجيا الأكثر مباشرة وتقدمًا حاليًا لمراقبة درجة حرارة الملفات. لأنه يقوم على فيزياء شبكات الألياف Bragg.

1. مستشعر شبكة الألياف الضوئية (FBG) : تتم كتابة التغير الدوري في معامل الانكسار (شبكة شبكية) في قطعة من الألياف الضوئية الخاصة باستخدام الليزر. الخاصية الرئيسية لها: ينعكس ضوء ذو طول موجي محدد (طول موجة براج)، ويتحول هذا الطول الموجي المنعكس خطيًا مع التغيرات في درجة الحرارة (أو الإجهاد) في موقع الشبكة.

2. عملية القياس : يتم تضمين كابل الألياف الضوئية المرن المزود بمستشعرات FBG المتعددة بشكل مباشر بين الطبقات العازلة للملفات ذات الجهد العالي في النقاط الأكثر سخونة المتوقعة أثناء تصنيع المحولات. يصدر النظام ضوءًا عريض النطاق، ومن خلال تحليل الطول الموجي المحدد المنعكس من كل حاجز شبكي، يمكنه الحصول بدقة وفي الوقت الفعلي على درجة الحرارة المطلقة في نقاط مختلفة داخل الملف.

• الخصائص الرئيسية :

• القياس المباشر لدرجة حرارة النقطة الساخنة المتعرجة ، وليس التقدير غير المباشر. البيانات هي الأكثر أصالة وموثوقية.

• آمنة جوهريًا : الألياف الضوئية مصنوعة من السيليكا، وهي عازلة ومقاومة للجهد العالي ومحصنة ضد التداخل الكهرومغناطيسي، وتعمل بثبات في مجالات كهرومغناطيسية قوية.

• القياس الموزع : يمكن لألياف واحدة أن تستضيف العشرات من نقاط الاستشعار، مما يتيح خريطة حرارية كاملة للملف.

• التمكين الرئيسي للمحول 'التقييم الديناميكي' وتقييم مدى الحياة.

• التطبيق النموذجي : المحولات الكبيرة والحرجة (على سبيل المثال، EHV، محولات المحولات)، المحطات الفرعية الذكية التي تتطلب إدارة قدرة التحميل.

الفصل الثاني: توضيح المفهوم الأساسي - درجة حرارة الزيت العلوي مقابل درجة حرارة الملف

وهذا مفهوم بالغ الأهمية ونقطة البداية لاختيار أنواع موازين الحرارة.

• درجة حرارة الزيت العلوي : يقيس درجة حرارة الزيت في الجزء العلوي من الخزان. إنه يعكس للمحول الحمل الحراري الإجمالي ولكن به تأخر حراري . عندما يتغير الحمل، تتغير درجة حرارة الملف بشكل أسرع، تليها درجة حرارة الزيت. تقوم موازين الحرارة من نوع الضغط وRTD بقياس ذلك.

• درجة حرارة النقطة الساخنة للملف : تشير إلى النقطة الأكثر سخونة في المحول بأكمله، والتي تقع عادةً في الجزء العلوي من الملف منخفض الجهد. إنها المعلمة الأكثر أهمية التي تحدد معدل تقادم العزل وقدرة التحميل. لا يمكن للطرق التقليدية قياسها بشكل مباشر، بل تعتمد بدلاً من ذلك على مؤشر درجة حرارة الملف (WTI) الذي يحاكي/يقدرها باستخدام 'درجة حرارة الزيت العلوي + تصحيح التيار'. قياس الألياف الضوئية هو التقنية الوحيدة التي يمكنها قياسها بشكل مباشر ودقيق.

الفصل الثالث: دليل الاختيار والتطبيق

الاستنتاج والاتجاه :
غالبًا ما يتميز المحول الحديث عالي الأداء المغمور بالزيت بتكوين مشترك لمقاييس الحرارة هذه:

• يعمل مقياس الحرارة من نوع الضغط بمثابة خط الأساس للسلامة ، مما يوفر الحماية المحلية الأكثر موثوقية من درجة الحرارة الزائدة.

• يعمل كاشف درجة حرارة المقاومة (PT100) كجسر للبيانات ، مما يتيح الرقمنة والمراقبة عن بعد لدرجة حرارة الزيت.

• يعد نظام قياس الألياف الضوئية خيارًا ذا قيمة مضافة ، حيث يوفر بيانات أساسية لا غنى عنها للصيانة القائمة على الحالة، والتشغيل الذكي، وإطلاق الإمكانات الكاملة للمعدات.

إن التطور من مراقبة 'درجة حرارة الجسم' إلى فهم 'صحة الأعضاء' يلخص رحلة الذكاء المحول. إن اختيار الحل المناسب لمراقبة درجة الحرارة لا يتعلق فقط بالوفاء بالمعايير، بل يتعلق بتحقيق القفزة من 'الصيانة المستندة إلى الوقت' إلى 'الصيانة التنبؤية'، وبالتالي زيادة سلامة المحولات وقيمتها الاقتصادية.