Wie misst man die Temperatur von Transformatoröl?

Die Lebensdauer eines Transformators hängt von der Wicklungstemperatur ab, die einen entscheidenden Einfluss auf das Isoliermaterial hat. Liegt die Isolationstemperatur der Transformatorwicklung im Bereich der Transformatoröltemperatur von 80 bis 130 °C, verdoppelt sich die Alterungsrate der Isolation mit jedem Temperaturanstieg um 6 °C. Das heißt, die Lebensdauer der Isolation halbiert sich – dies ist die sogenannte „Sechs-Grad-Regel“ der Isolationsalterung.

Während des Betriebs des Transformators ist im Allgemeinen eine maximale Öltemperatur von 85 °C festgelegt. Im Gebiet Dongying werden bei Überschreiten einer Öltemperatur von 80 °C die Alarmsignale „Öltemperatur am Transformatorgehäuse XX: Alarm – Hohe Temperatur“ und „Öltemperatur am Transformatorgehäuse XX: Warnung – Hohe Temperatur“ ausgegeben.

Die Temperatur von ölgekühlten Transformatoren, sowohl des Transformatoröls als auch der Wicklungen, kann mithilfe eines im Öl am oberen Ende des Gehäuses eingeführten Temperaturfühlers gemessen werden. Dies ermöglicht die Überwachung der Gesamttemperatur des Transformators. Da die Transformatorwicklungen im Betrieb überschüssige Wärme erzeugen können, weisen sie typischerweise eine höhere Temperatur als das Öl auf. Die Temperatur des heißesten Punktes im Inneren des Transformators, die sogenannte Hotspot-Temperatur, ist ein Schlüsselfaktor für die Vorhersage der Isolationsalterung. Dieser Hotspot befindet sich üblicherweise in der Nähe der Wicklungsenden, ist aber schwer genau zu messen. Zur Überwachung dieser Innentemperatur wird daher häufig ein Wicklungstemperaturanzeiger verwendet. Aus diesem Grund sind die meisten ölgekühlten Transformatoren mit einem Temperaturfühler sowohl für das Öl als auch für die Wicklungen ausgestattet.

Der schwarze Zeiger des Thermometers zeigt die aktuelle Betriebstemperatur an, der rote Zeiger die eingestellte obere Alarmgrenze. Überschreitet die Öltemperatur der oberen Schicht des Transformators diesen Wert, wird ein Alarm ausgelöst. Die beiden Zeiger berühren sich, der elektrische Kontakt wird geschlossen und ein Alarmsignal ertönt. Gleichzeitig wölbt sich die rote Nadel. Überschreitet die Öltemperatur im Betrieb die maximale Temperatur, bewegt der schwarze Zeiger die rote Nadel. Der Zeiger dreht sich, und die rote Nadel zeigt die im Betrieb erreichte Höchsttemperatur an.

Die Wicklungstemperatur eines Transformators lässt sich als Überlagerung der Öltemperatur der obersten Schicht und der Erwärmung der Wicklung gegenüber dem Öl betrachten. Üblicherweise wird der Laststrom des Transformators auf Basis des Öltemperaturmesssystems addiert und die Erwärmung der Wicklung gegenüber dem Öl mittels thermischer Simulation ermittelt, um schließlich den Kennwert der Transformatorwicklungstemperatur zu erhalten. Das Schema der konkreten Vorgehensweise ist in der folgenden Abbildung dargestellt.

Die Wicklungstemperatur Tw eines ölgekühlten Transformators kann folgendermaßen berechnet werden:

Tw=T0+k*△Two

In der Formel ist T0 die Öltemperatur der obersten Schicht des Transformators, △Two die durch thermische Simulation ermittelte Kupferöltemperaturdifferenz, k der thermische Koeffizient, der von der Transformatorleistung, der Wicklungsstruktur usw. abhängt. Der Temperaturanstieg der Wicklung gegenüber dem Öl △Two hängt vom Wicklungsstrom ab.

Das Messsystem besteht im Wesentlichen aus einem Temperaturerfassungsmodul, einer Kompensationsschaltung für die Transformatorwicklungstemperatur und einem Sensor. Die Kompensationsschaltung und der Temperatursensor für die Transformatorwicklung sind im Temperaturerfassungsmodul integriert. Dieses ist in das obere Öl des Transformators eingetaucht, um dessen Temperatur zu messen. Der Sensor besteht aus zwei Teilen: einem Temperaturfühler, der mit dem mechanischen Messgerät des Transformators verbunden ist und dessen Messwert auf der Temperaturanzeigeplatte angezeigt wird, und einem Pt100-Wärmeleitstreifen, dessen Widerstandswert sich mit der Temperatur ändert. Der gemessene Temperaturwert wird an das Hintergrundüberwachungssystem auf dem Computer übermittelt.

Die Öltemperaturinformationen werden über die in der folgenden Abbildung dargestellte Verbindungsmethode an die Leitstelle übermittelt, um eine Echtzeitüberwachung der oberen Öltemperatur und der Wicklungstemperatur zu ermöglichen.

1. Wie lässt sich beurteilen, ob die Temperaturänderung des Transformators normal oder abnormal ist?

Während des Betriebs des Transformators werden Energieverluste im Eisenkern und in den Wicklungen in Wärme umgewandelt. Dies führt zu einem Temperaturanstieg in verschiedenen Teilen des Transformators, der durch Wärmestrahlung und Wärmeleitung abgeführt wird. Sobald ein Gleichgewicht zwischen Wärmeerzeugung und -abgabe erreicht ist, stabilisiert sich die Temperatur in den einzelnen Komponenten. Die Eisenverluste bleiben konstant, während die Kupferverluste lastabhängig variieren. Um die Leistung des Transformators zu beurteilen, sollten bei der Inspektion die Außentemperatur, die Öltemperatur am oberen Ende, die Last und der Ölstand erfasst werden. Diese Werte können mit früheren Messwerten verglichen werden, um festzustellen, ob der Transformator ordnungsgemäß funktioniert.

Wenn die Öltemperatur unter gleichen Bedingungen 10 °C über dem Normalwert liegt oder ohne Laständerung weiter ansteigt und die Kühlung ordnungsgemäß funktioniert, deutet dies auf ein internes Problem des Transformators hin. Es ist wichtig, das Thermometer auf Fehler oder Defekte zu überprüfen. Die Hauptisolierung der meisten Transformatoren (bekannt als Isolationsklasse A) besteht aus Papier und ist bis 105 °C temperaturbeständig. Typischerweise liegt die Wicklungstemperatur 10–15 °C über der Öloberflächentemperatur. Beträgt die Öloberflächentemperatur beispielsweise 85 °C, so ist mit einer Wicklungstemperatur zwischen 95 und 100 °C zu rechnen.

2. Gründe für die anormale Temperatur des Transformators

① Anomale Temperatur aufgrund eines internen Fehlers

Treten in einem Transformator interne Fehler wie Windungs- oder Lagen-Kurzschlüsse auf, können verschiedene Probleme auftreten. Die Spule entlädt sich in das Gehäuse und erhitzt die internen Anschlussklemmen. Zusätzlich kann die Mehrpunkt-Erdung des Eisenkerns Wirbelströme verstärken und zu Überhitzung führen. In manchen Fällen kann Streufluss einen Stromkreis mit dem Öltank bilden und ebenfalls Wärmestau verursachen. Führen andere Faktoren zu anormalen Temperaturen im Transformator, kann der Gas- oder Differenzialschutz auslösen. In schweren Fällen muss möglicherweise Öl in die explosionsgeschützte Leitung oder das Druckbegrenzungsventil eingespritzt werden. In diesem Fall ist es ratsam, den Transformator anzuhalten und zu überprüfen.

② Die durch den Fehlbetrieb des Kühlers verursachte anormale Temperatur.

Eine anormale Temperatur kann durch Fehlfunktionen oder Ausfälle des Kühlers verursacht werden, beispielsweise durch Ausfall der Tauchpumpe, defekten Lüfter, verstopfte Kühlleitungen, unzureichende Kühlleistung oder ein nicht öffnendes Kühlerventil. Das Kühlsystem sollte rechtzeitig gewartet und gespült oder ein Ersatzkühler installiert werden. Andernfalls muss die Last des Transformators angepasst werden.

③ Wenn der Temperaturanzeiger Fehler aufweist oder die Anzeige ausfällt, sollte das Thermometer ausgetauscht werden.