Індикатори температури масла та обмотки (OTI/WTI) — термічний контроль оливонаповненого силового трансформатора

Посібник про реле Бухгольца розглядає механічний газовий захист оливонаповненого силового трансформатора. Ця стаття розглядає додаткову, також неелектричну, форму контролю того самого трансформатора: термічний контроль за допомогою індикатора температури масла (OTI) та індикатора температури обмотки (WTI).

Чому термічний контроль потрібен поряд із реле Бухгольца

Силовий трансформатор виробляє тепло під час роботи через втрати в міді (в обмотках) та втрати в сталі (в осерді). Це тепло має відводитися через оливу та систему охолодження (наприклад, охолодження ONAN або ONAF). Поступове загальне перевантаження або погіршена продуктивність охолодження (наприклад, через забруднені радіатори чи несправний вентилятор) не спричиняє раптового газоутворення чи викиду оливи, на що реагує реле Бухгольца, але спричиняє повільне зростання робочої температури — повзучий процес, що прискорює деградацію строку служби ізоляції обмотки без сигналізації з боку реле Бухгольца.

OTI: пряме вимірювання температури верхнього шару оливи

Індикатор температури масла (OTI) вимірює температуру оливи у верхній частині головного бака — там, де олива найгарячіша, оскільки тепла олива піднімається вгору — за допомогою датчика температури (зазвичай капілярного термометра або резистивного датчика), встановленого в герметичній кишені в стінці бака, що дозволяє замінювати датчик без розкриття бака. Оскільки OTI вимірює температуру основної маси оливи, а ця олива має велику теплову масу, OTI реагує відносно повільно на зміни навантаження: типова стала часу становить порядку кількох годин.

WTI: принцип "теплового образу" для найгарячішої точки обмотки

Датчик температури не можна розмістити безпосередньо всередині самої обмотки — обмотка перебуває під високою напругою, і вбудований датчик послабив би ізоляцію. Натомість індикатор температури обмотки (WTI) використовує принцип "теплового образу": WTI поєднує вимірювання температури оливи від OTI з додатковим нагрівальним елементом, що живиться струмом, пропорційним струму навантаження трансформатора (через власний трансформатор струму). Цей нагрівальний елемент моделює додаткову різницю температур ("градієнт") між верхнім шаром оливи та найгарячішою точкою обмотки (hot spot), що відповідає цьому навантаженню. Унаслідок цього показання WTI слідує за зміною навантаження швидше, ніж OTI — типова стала часу становить порядку кількох хвилин — і краще наближає фактичну температуру найгарячішої точки обмотки, ніж сама лише температура оливи.

Рівні аварійної сигналізації та відключення

Обидва індикатори зазвичай оснащені регульованими електричними контактами для рівня сигналізації та вищого рівня відключення (а часто також проміжного рівня, що примусово вмикає вентилятори чи насоси охолодження). Точні значення уставок не зафіксовані в єдиній універсальній нормі, а випливають із заданих меж перевищення температури конкретного трансформатора (згідно з IEC 60076-2, стандартом щодо перевищення температури оливонаповнених трансформаторів) та даних шильдика/специфікації виробника; тому вони різняться залежно від виробника та конструкції трансформатора.

Увага: межі перевищення температури за IEC 60076-2 є значеннями перевищення відносно температури навколишнього середовища, а не абсолютними температурами сигналізації чи відключення; фактичні абсолютні уставки сигналізації та відключення OTI/WTI на конкретному трансформаторі випливають зі специфікації виробника для цієї конструкції та наявних умов навколишнього середовища, а не з єдиної фіксованої таблиці, однаково застосовної до кожного трансформатора.

Практична значущість

Під час періодичного технічного обслуговування оливонаповненого силового трансформатора варто перевірити, чи є показання OTI та WTI правдоподібними відносно фактичного навантаження та температури навколишнього середовища, чи справді контакти сигналізації підключені до установки моніторингу чи SCADA, і чи попередню сигналізацію було розслідувано, а не просто скинуто. Стійко високе показання WTI при нормальному навантаженні може вказувати на погіршену продуктивність охолодження (забруднені радіатори, несправний вентилятор чи насос), що, якщо не усунути, прискорює деградацію строку служби ізоляції.

Часті помилки

1. Тлумачення показання WTI як прямого вимірювання температури обмотки — це змодельоване наближення за принципом теплового образу, а не пряме вимірювання всередині самої обмотки.
2. Скидання стійкої температурної сигналізації без розслідування причини (наприклад, забрудненого охолодження чи структурного перевантаження) — як і з реле Бухгольца, сигналізація є сигналом, що потребує розслідування, а не перешкодою, яку можна просто відхилити.
3. Думка, що термічний контроль (OTI/WTI) робить реле Бухгольца зайвим, або навпаки — обидва сигналізують про різні механізми пошкодження: поступове термічне перевантаження проти внутрішніх пошкоджень, що виробляють газ.
4. Плутанина повільного часу реакції OTI з часом реакції WTI — під час швидкої зміни навантаження WTI дає значно актуальніший показник найгарячішої точки обмотки, ніж OTI, який може відставати на години.

Пов'язані матеріали

• Реле Бухгольца (газове реле) — двоступеневий газовий захист оливонаповнених силових трансформаторів
• Диференціальний захист трансформатора (87T)
• Термографічне обстеження та NTA 8220 — клас пожежного ризику
• Кидок струму намагнічування трансформатора (пусковий струм)