變壓器繞組熱點(diǎn)溫度監(jiān)測(cè)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范2025年版完整指南
1、相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)與導(dǎo)則
國(guó)際上主要由IEEE (電氣和電子工程師協(xié)會(huì)) 和IEC (國(guó)際電工委員會(huì)) 兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)化組織制定與變壓器熱點(diǎn)溫度監(jiān)測(cè)和負(fù)載相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)與導(dǎo)則。這些標(biāo)準(zhǔn)為變壓器的設(shè)計(jì)、測(cè)試、運(yùn)行和維護(hù)提供了重要的技術(shù)依據(jù)。
1.1 IEEE標(biāo)準(zhǔn)
1.1.1 IEEE C57.91 《油浸式變壓器和有載調(diào)壓分接開(kāi)關(guān)負(fù)載導(dǎo)則》
IEEE C57.91是北美地區(qū)廣泛采用的關(guān)于油浸式變壓器負(fù)載能力評(píng)估和熱點(diǎn)溫度計(jì)算的核心標(biāo)準(zhǔn)。其主要內(nèi)容包括：
- 熱模型：提供了計(jì)算變壓器頂層油溫 (Top Oil Temperature, TOT) 和繞組熱點(diǎn)溫度 (HST) 的數(shù)學(xué)模型。這些模型基于變壓器的設(shè)計(jì)參數(shù) (如損耗、油量、散熱方式等)、負(fù)載電流和環(huán)境溫度。該標(biāo)準(zhǔn)允許用戶根據(jù)變壓器的具體設(shè)計(jì)參數(shù)計(jì)算定制化的額定值，從而更充分地利用變壓器容量。
- 絕緣老化評(píng)估：標(biāo)準(zhǔn)中包含了評(píng)估絕緣老化速率的方法，引入了老化加速因子 (Aging Acceleration Factor, FAA) 的概念，用于量化不同熱點(diǎn)溫度下絕緣材料相對(duì)于基準(zhǔn)溫度 (通常為110°C) 的老化速度。還定義了單位壽命 (per-unit life) 的概念，用于估算在特定負(fù)載和溫度條件下的壽命損耗。
- 負(fù)載指南：為正常負(fù)載、計(jì)劃性過(guò)載以及短期和長(zhǎng)期緊急過(guò)載情況下的運(yùn)行提供了指導(dǎo)原則和限值。這些指導(dǎo)考慮了環(huán)境溫度補(bǔ)償和不同冷卻方式的影響。
- 持續(xù)修訂：IEEE C57.91標(biāo)準(zhǔn)會(huì)定期進(jìn)行修訂，以納入最新的研究成果和技術(shù)進(jìn)展。例如，該標(biāo)準(zhǔn)正在進(jìn)行重大修訂，包括更新其主要熱模型，并計(jì)劃提供開(kāi)源代碼以方便用戶使用。
1.2 IEC標(biāo)準(zhǔn)
1.2.1 IEC 60076-2 《電力變壓器 第2部分：液浸式變壓器的溫升》
IEC 60076-2規(guī)定了液浸式變壓器的溫升限值和溫升試驗(yàn)方法。
- 溫升限值：標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了在額定負(fù)載和規(guī)定環(huán)境條件下，變壓器各部件 (如繞組平均溫升、頂層油溫升) 的允許溫升值。
- 熱點(diǎn)溫度估算：對(duì)于熱點(diǎn)溫度，IEC標(biāo)準(zhǔn)通常認(rèn)為熱點(diǎn)溫度比繞組平均溫度高出一定裕度。例如，有提及熱點(diǎn)溫度通常比繞組平均溫度高13°C。該標(biāo)準(zhǔn)通過(guò)限制繞組平均溫升來(lái)間接控制熱點(diǎn)溫度。根據(jù)IEC 60076-2，在40°C的最高環(huán)境溫度下，最大允許繞組熱點(diǎn)溫升為78°C (其他月平均和年平均環(huán)境溫度條件也有規(guī)定)。
1.2.2 IEC 60076-7 《電力變壓器 第7部分：油浸式電力變壓器負(fù)載導(dǎo)則》
IEC 60076-7是與IEEE C57.91相對(duì)應(yīng)的IEC負(fù)載導(dǎo)則，為油浸式變壓器的熱性能評(píng)估和安全負(fù)載提供了詳細(xì)指南。
- 熱模型：該標(biāo)準(zhǔn)引入了兩種熱模型來(lái)計(jì)算頂層油溫和繞組熱點(diǎn)溫度，以更準(zhǔn)確地反映變壓器在動(dòng)態(tài)負(fù)載條件下的熱行為，特別是考慮了負(fù)載變化后熱點(diǎn)溫度的瞬態(tài)“過(guò)沖”現(xiàn)象。
- 指數(shù)方程解模型：適用于階躍函數(shù)式的負(fù)載變化，尤其適合制造商通過(guò)試驗(yàn)確定傳熱參數(shù)。
- 微分方程解模型：適用于任意時(shí)變的負(fù)載系數(shù)K和時(shí)變的環(huán)境溫度θa，特別適用于在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。該模型是指數(shù)模型的數(shù)學(xué)變體。
- 瞬態(tài)熱點(diǎn)溫度：與舊版導(dǎo)則相比，新版IEC 60076-7更關(guān)注負(fù)載變化后的瞬態(tài)熱點(diǎn)溫度，認(rèn)識(shí)到此時(shí)的熱點(diǎn)溫度可能高于穩(wěn)態(tài)值。
- 模型參數(shù)：模型中使用的熱工參數(shù) (如熱時(shí)間常數(shù)τo,τw，損耗比R，指數(shù)x, y，熱特性常數(shù)k11,k21,k22等) 可以通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)的非截尾溫升試驗(yàn)獲得。
1.3 CIGRE導(dǎo)則與技術(shù)手冊(cè)
CIGRE (國(guó)際大電網(wǎng)會(huì)議) 作為一個(gè)國(guó)際性的電力系統(tǒng)技術(shù)組織，也發(fā)布了許多關(guān)于變壓器可靠性、狀態(tài)監(jiān)測(cè)和資產(chǎn)管理的技術(shù)手冊(cè)和報(bào)告。這些出版物通常包含了對(duì)最新研究成果、工程實(shí)踐和故障統(tǒng)計(jì)的總結(jié)，為熱點(diǎn)溫度監(jiān)測(cè)和變壓器管理提供了有價(jià)值的參考。例如，CIGRE的變壓器可靠性調(diào)查數(shù)據(jù)經(jīng)常被引用，以說(shuō)明溫度監(jiān)測(cè)不足的嚴(yán)重后果。
1.4 主要標(biāo)準(zhǔn)條款概要
下表總結(jié)了IEEE和IEC標(biāo)準(zhǔn)中與熱點(diǎn)溫度監(jiān)測(cè)和負(fù)載相關(guān)的一些關(guān)鍵條款：
| 標(biāo)準(zhǔn)代號(hào) | 標(biāo)準(zhǔn)名稱 (部分) | 關(guān)鍵條款/內(nèi)容 (關(guān)于HST/負(fù)載) | 相關(guān)性/應(yīng)用 |
|---|---|---|---|
| IEEE C57.91 | 油浸式變壓器負(fù)載導(dǎo)則 | 頂層油溫和熱點(diǎn)溫度計(jì)算的熱模型；絕緣老化加速因子 (FAA) 和壽命損耗估算；正常及緊急過(guò)載指南；考慮環(huán)境溫度和冷卻方式。 | 北美地區(qū)變壓器負(fù)載能力評(píng)估、熱點(diǎn)計(jì)算、壽命管理的主要依據(jù)。 |
| IEC 60076-2 | 電力變壓器 – 液浸式變壓器的溫升 | 規(guī)定繞組平均溫升和頂層油溫升限值；通過(guò)限制平均溫升間接控制熱點(diǎn)溫度；熱點(diǎn)溫升限值 (如78°C @ 40°C環(huán)溫)。 | 全球范圍內(nèi)變壓器溫升設(shè)計(jì)和試驗(yàn)的基本標(biāo)準(zhǔn)。 |
| IEC 60076-7 | 電力變壓器 – 油浸式電力變壓器負(fù)載導(dǎo)則 | 兩種熱模型 (指數(shù)方程和微分方程) 用于計(jì)算TOT和HST；考慮瞬態(tài)熱點(diǎn)溫度和“過(guò)沖”效應(yīng)；模型參數(shù)基于溫升試驗(yàn)；適用于在線監(jiān)測(cè)和動(dòng)態(tài)負(fù)載。 | IEC體系下變壓器負(fù)載能力評(píng)估和熱點(diǎn)計(jì)算的詳細(xì)指南，特別關(guān)注動(dòng)態(tài)熱行為。 |
| IEEE C57.12.00 | 液浸式配電、電力和調(diào)壓變壓器通用要求 | 定義額定值 (kVA) 與溫升限值的關(guān)系；規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)溫升限值 (如65°C繞組平均溫升)。 | 變壓器基本額定值和溫升要求的通用標(biāo)準(zhǔn)。 |
資料來(lái)源：福州華光天銳
這些標(biāo)準(zhǔn)和導(dǎo)則的正確理解和應(yīng)用，對(duì)于確保變壓器在各種運(yùn)行條件下都能安全、可靠地工作，并最大限度地發(fā)揮其使用壽命至關(guān)重要。隨著監(jiān)測(cè)技術(shù)和計(jì)算方法的發(fā)展，這些標(biāo)準(zhǔn)也在不斷更新，以提供更精確、更實(shí)用的指導(dǎo)。
2. 變壓器老化對(duì)熱點(diǎn)溫度的影響
變壓器的老化過(guò)程對(duì)其熱性能，特別是繞組熱點(diǎn)溫度，會(huì)產(chǎn)生顯著影響。隨著服役時(shí)間的增長(zhǎng)，變壓器內(nèi)部的絕緣材料和冷卻系統(tǒng)會(huì)發(fā)生劣化，導(dǎo)致其在相同負(fù)載和環(huán)境條件下產(chǎn)生更高的熱點(diǎn)溫度。
- 絕緣材料老化與散熱效率下降：隨著時(shí)間的推移，變壓器內(nèi)部的固體絕緣材料 (如絕緣紙板、隔板) 會(huì)因熱老化、氧化和水解等作用而逐漸劣化，其物理和化學(xué)性質(zhì)發(fā)生改變。這種劣化可能導(dǎo)致絕緣件收縮、變形或開(kāi)裂，從而改變?cè)械挠土魍ǖ?，影響冷卻油的循環(huán)和散熱效率。同時(shí)，油中可能產(chǎn)生的油泥等老化產(chǎn)物也可能附著在繞組表面和散熱器內(nèi)壁，進(jìn)一步阻礙熱量傳遞。
- 冷卻系統(tǒng)效率降低：對(duì)于帶有強(qiáng)制冷卻系統(tǒng)的變壓器，風(fēng)扇、油泵等部件的性能也可能隨時(shí)間推移而下降。例如，風(fēng)扇葉片積垢、軸承磨損可能導(dǎo)致風(fēng)量減少；油泵效率降低則會(huì)減少油的循環(huán)流量。這些因素都會(huì)直接導(dǎo)致冷卻能力的下降。
- 老化變壓器的熱點(diǎn)溫度升高：由于上述原因，老化變壓器的整體散熱能力通常會(huì)弱于新變壓器。因此，在承受相同負(fù)載電流時(shí)，老化變壓器的繞組溫升和頂層油溫升往往會(huì)更高，進(jìn)而導(dǎo)致其繞組熱點(diǎn)溫度也顯著升高。一項(xiàng)研究對(duì)比了服役5年和20年的變壓器，結(jié)果顯示，在相似條件下，服役20年的變壓器熱點(diǎn)溫度比服役5年的高出35%。
- 老化因子的引入：為了在熱點(diǎn)溫度計(jì)算中考慮老化效應(yīng)，一些研究引入了“老化因子” (Aging Factor, A) 的概念。這個(gè)因子根據(jù)變壓器的服役年限、運(yùn)行歷史和負(fù)載情況等經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行調(diào)整，用于修正溫升計(jì)算結(jié)果，從而更準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)老化變壓器的熱點(diǎn)溫度。例如，有研究提出對(duì)于老舊變壓器，老化因子A的取值范圍可以在1.1到1.3之間。熱點(diǎn)溫度的計(jì)算公式可以調(diào)整為：Ths=Toil+((Twinding?Toil)?(1+A))，其中 Ths 是熱點(diǎn)溫度，Toil 是油溫，Twinding 是繞組溫度。
- 加強(qiáng)對(duì)老化變壓器的監(jiān)測(cè)：由于老化變壓器更容易出現(xiàn)過(guò)熱問(wèn)題，且其絕緣系統(tǒng)相對(duì)脆弱，因此對(duì)其熱點(diǎn)溫度進(jìn)行更密切和準(zhǔn)確的監(jiān)測(cè)尤為重要。這有助于及時(shí)發(fā)現(xiàn)潛在的熱失控風(fēng)險(xiǎn)，采取必要的維護(hù)或降負(fù)荷措施，避免加速老化或引發(fā)故障。
理解并量化老化對(duì)變壓器熱點(diǎn)溫度的影響，對(duì)于制定合理的維護(hù)策略、評(píng)估剩余壽命以及決定是否需要對(duì)老舊變壓器進(jìn)行升級(jí)改造或替換具有重要意義。
3. 熱點(diǎn)溫度監(jiān)測(cè)的效益與最佳實(shí)踐
對(duì)變壓器繞組熱點(diǎn)溫度進(jìn)行有效監(jiān)測(cè)，不僅能帶來(lái)顯著的運(yùn)行和經(jīng)濟(jì)效益，也需要遵循一定的最佳實(shí)踐以確保監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的有效性。
3.1 對(duì)資產(chǎn)管理和預(yù)測(cè)性維護(hù)的效益
實(shí)施精確的熱點(diǎn)溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)可以為電力企業(yè)帶來(lái)多方面的效益：
- 延長(zhǎng)變壓器壽命：通過(guò)精確控制熱點(diǎn)溫度在安全限值內(nèi)運(yùn)行，可以顯著減緩絕緣老化速率，從而延長(zhǎng)變壓器的實(shí)際使用壽命。
- 優(yōu)化負(fù)載管理與提升容量利用率：實(shí)時(shí)準(zhǔn)確的熱點(diǎn)溫度數(shù)據(jù)使得運(yùn)行人員能夠更精確地了解變壓器的實(shí)際熱裕度，從而安全地提升變壓器的負(fù)載水平，甚至在必要時(shí)進(jìn)行動(dòng)態(tài)過(guò)載，充分挖掘設(shè)備潛力，延緩新增投資。研究表明，通過(guò)直接熱點(diǎn)監(jiān)測(cè)，有時(shí)可以實(shí)現(xiàn)10-30%的容量提升而無(wú)需超出設(shè)計(jì)溫度限值。例如，某輸電變壓器通過(guò)直接熱點(diǎn)監(jiān)測(cè)發(fā)現(xiàn)實(shí)際溫度比計(jì)算值低12°C，從而立即將允許負(fù)載提高了15%，將一項(xiàng)價(jià)值520萬(wàn)美元的容量升級(jí)項(xiàng)目推遲了4年。
- 早期故障檢測(cè)與預(yù)防災(zāi)難性故障：熱點(diǎn)溫度的異常升高往往是變壓器內(nèi)部潛在故障 (如繞組匝間短路、冷卻系統(tǒng)故障、連接不良等) 的早期信號(hào)。精確監(jiān)測(cè)能夠及時(shí)捕捉這些信號(hào)，為采取預(yù)防性措施贏得寶貴時(shí)間，避免故障擴(kuò)大化甚至發(fā)展為災(zāi)難性事故，從而減少重大經(jīng)濟(jì)損失和電網(wǎng)沖擊。光纖監(jiān)測(cè)可以比傳統(tǒng)方法提前數(shù)月甚至數(shù)年檢測(cè)到冷卻系統(tǒng)退化、局部繞組變形、內(nèi)部連接惡化和絕緣退化熱點(diǎn)等問(wèn)題。
- 降低維護(hù)成本與減少停運(yùn)：基于狀態(tài)的維護(hù) (CBM) 依賴于準(zhǔn)確的狀態(tài)數(shù)據(jù)，熱點(diǎn)溫度是其中的核心參數(shù)。通過(guò)連續(xù)監(jiān)測(cè)，可以從基于時(shí)間的定期維護(hù)轉(zhuǎn)向基于實(shí)際狀態(tài)的預(yù)測(cè)性維護(hù)，優(yōu)化維護(hù)計(jì)劃，減少不必要的維護(hù)工作和停運(yùn)時(shí)間，從而降低總體維護(hù)成本。維護(hù)成本的降低幅度通?？蛇_(dá)15-30%。
- 提升運(yùn)行安全性：避免變壓器因過(guò)熱導(dǎo)致火災(zāi)、爆炸等事故，保障人員和設(shè)備安全。
- 為決策提供數(shù)據(jù)支持：連續(xù)監(jiān)測(cè)產(chǎn)生的大量歷史數(shù)據(jù)和實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，為變壓器的運(yùn)行策略調(diào)整、壽命評(píng)估、資產(chǎn)更新決策等提供了科學(xué)依據(jù)。
3.2 實(shí)施熱點(diǎn)溫度監(jiān)測(cè)的最佳實(shí)踐
為了充分發(fā)揮熱點(diǎn)溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的效益，應(yīng)遵循以下最佳實(shí)踐：
- 清晰的采購(gòu)規(guī)范：在采購(gòu)變壓器或監(jiān)測(cè)系統(tǒng)時(shí)，應(yīng)制定清晰、明確的技術(shù)規(guī)范，包括對(duì)額定值、溫升限值、監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的精度、響應(yīng)時(shí)間、傳感器類型和數(shù)量等提出具體要求。應(yīng)參考最新的IEEE和IEC標(biāo)準(zhǔn)。
- WTI與冷卻方式和繞組時(shí)間常數(shù)的匹配：對(duì)于仍使用WTI的場(chǎng)合，特別是對(duì)于油流引導(dǎo) (OD) 冷卻的變壓器，應(yīng)選擇時(shí)間常數(shù)等于或小于繞組時(shí)間常數(shù)的WTI，以更準(zhǔn)確地反映繞組溫度。傳統(tǒng)WTI的時(shí)間常數(shù)約為45分鐘，而繞組時(shí)間常數(shù)通常在4-10分鐘。
- 選擇合適的監(jiān)測(cè)技術(shù)：應(yīng)根據(jù)變壓器的重要性、容量、預(yù)期負(fù)載特性、預(yù)算以及對(duì)監(jiān)測(cè)精度的要求，綜合評(píng)估選擇最合適的監(jiān)測(cè)技術(shù)。對(duì)于關(guān)鍵的大型變壓器，直接光纖測(cè)溫通常是首選。
- 光纖傳感器的策略性布置：如果采用光纖監(jiān)測(cè)，傳感器的數(shù)量和位置至關(guān)重要。應(yīng)根據(jù)變壓器設(shè)計(jì)的熱場(chǎng)分析結(jié)果，將傳感器布置在最有可能出現(xiàn)熱點(diǎn)的區(qū)域，如繞組頂部、引線出口、油流不暢處等。
- 與SCADA及預(yù)測(cè)性維護(hù)工具集成：將熱點(diǎn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)集成到變壓電站的SCADA系統(tǒng)和上層資產(chǎn)管理或預(yù)測(cè)性維護(hù)平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的統(tǒng)一管理、趨勢(shì)分析、自動(dòng)報(bào)警和智能診斷。
- 定期審查監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)與報(bào)警閾值：應(yīng)定期回顧歷史監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，分析溫度變化趨勢(shì)，并根據(jù)變壓器的實(shí)際運(yùn)行狀況和老化程度，適時(shí)調(diào)整報(bào)警閾值，確保監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的有效性和靈敏性。
- 考慮變壓器全生命周期管理：熱點(diǎn)監(jiān)測(cè)應(yīng)作為變壓器全生命周期管理的一部分，從設(shè)計(jì)、制造、安裝、運(yùn)行到維護(hù)和退役，都應(yīng)關(guān)注其熱性能。
- 人員培訓(xùn)：確保相關(guān)運(yùn)行和維護(hù)人員了解熱點(diǎn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的工作原理、數(shù)據(jù)解讀方法以及應(yīng)急處置流程。
遵循這些最佳實(shí)踐，有助于最大限度地發(fā)揮熱點(diǎn)溫度監(jiān)測(cè)在保障變壓器安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行、優(yōu)化資產(chǎn)管理方面的作用。
4. 最新進(jìn)展與未來(lái)趨勢(shì)
變壓器繞組熱點(diǎn)溫度監(jiān)測(cè)技術(shù)正隨著傳感器技術(shù)、數(shù)據(jù)分析方法以及智能化電網(wǎng)的發(fā)展而不斷進(jìn)步。
4.1 傳感器技術(shù)的進(jìn)步
- 光纖傳感器性能提升：光纖傳感技術(shù)持續(xù)發(fā)展，在精度、測(cè)量范圍、響應(yīng)速度和長(zhǎng)期穩(wěn)定性方面不斷提升。例如，熒光衰減式傳感器的精度在實(shí)驗(yàn)室條件下可達(dá)±0.2°C，現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用可達(dá)±0.5°C，測(cè)量范圍可擴(kuò)展至-40°C至+300°C。分布式溫度傳感 (DTS) 技術(shù)，如基于拉曼散射的DTS，能夠提供沿光纖路徑的連續(xù)溫度分布，其溫度測(cè)量誤差可小于1°C，定位精度誤差在1.2米以內(nèi)，為在線監(jiān)測(cè)高功率設(shè)備提供了新途徑。
- 光纖傳感器在役變壓器改造應(yīng)用：盡管在制造過(guò)程中安裝光纖傳感器是最佳選擇，但針對(duì)在役變壓器的光纖傳感器改造技術(shù)也在發(fā)展，使得部分老舊變壓器也能受益于直接熱點(diǎn)測(cè)量帶來(lái)的優(yōu)勢(shì)。
4.2 數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)方法與機(jī)器學(xué)習(xí)
傳統(tǒng)基于物理模型的熱點(diǎn)溫度估算方法 (如IEEE和IEC標(biāo)準(zhǔn)中的模型) 雖然提供了理論基礎(chǔ)，但在實(shí)際應(yīng)用中其精度可能受限于模型簡(jiǎn)化和參數(shù)不確定性。近年來(lái)，數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)方法，特別是機(jī)器學(xué)習(xí) (ML) 和人工智能 (AI) 技術(shù)，在變壓器熱點(diǎn)溫度預(yù)測(cè)和狀態(tài)監(jiān)測(cè)領(lǐng)域展現(xiàn)出巨大潛力：
- 更精確的溫度預(yù)測(cè)：研究表明，利用歷史運(yùn)行數(shù)據(jù) (如負(fù)載、環(huán)境溫度、油溫等) 訓(xùn)練的機(jī)器學(xué)習(xí)模型，如人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò) (ANN)、時(shí)間序列密集編碼器 (TiDE)、時(shí)間卷積網(wǎng)絡(luò) (TCN)、循環(huán)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò) (RNN)、卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò) (CNN) 以及自適應(yīng)神經(jīng)模糊推理系統(tǒng) (ANFIS) 等，在預(yù)測(cè)頂層油溫和繞組熱點(diǎn)溫度方面，其精度往往優(yōu)于傳統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)模型。例如，一項(xiàng)研究中，ANN模型的頂層油溫預(yù)測(cè)平均絕對(duì)誤差 (MAE) 為1.49°C，遠(yuǎn)低于IEC模型的5.51°C。
- 處理復(fù)雜非線性關(guān)系：機(jī)器學(xué)習(xí)模型能夠?qū)W習(xí)和捕捉變壓器熱行為中復(fù)雜的非線性關(guān)系和不確定性，而無(wú)需依賴精確的物理參數(shù)。
- 物理信息神經(jīng)網(wǎng)絡(luò) (PINN)：PINN等新興技術(shù)嘗試將物理定律融入神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的訓(xùn)練過(guò)程中，有望提供更具解釋性和魯棒性的熱行為預(yù)測(cè)。
- 分位數(shù)回歸用于預(yù)測(cè)區(qū)間：為了不僅僅提供點(diǎn)預(yù)測(cè)值，研究人員開(kāi)始采用分位數(shù)回歸等方法來(lái)構(gòu)建熱點(diǎn)溫度的預(yù)測(cè)區(qū)間，從而量化預(yù)測(cè)的不確定性，為風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估和決策提供更全面的信息。
- 實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與故障診斷：基于機(jī)器學(xué)習(xí)的模型可以用于實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)變壓器的熱狀態(tài)，并通過(guò)分析預(yù)測(cè)值與實(shí)際測(cè)量值的偏差來(lái)檢測(cè)異常工況或早期故障，例如冷卻系統(tǒng)故障。
4.3 與物聯(lián)網(wǎng) (IoT) 和云平臺(tái)的集成
- 實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集與遠(yuǎn)程訪問(wèn)：通過(guò)將熱點(diǎn)監(jiān)測(cè)傳感器 (特別是光纖傳感器) 與物聯(lián)網(wǎng) (IoT) 技術(shù)相結(jié)合，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)變壓器熱狀態(tài)的實(shí)時(shí)、連續(xù)數(shù)據(jù)采集，并通過(guò)云平臺(tái)進(jìn)行存儲(chǔ)、處理和分析。這使得運(yùn)維人員可以隨時(shí)隨地遠(yuǎn)程訪問(wèn)變壓器的健康數(shù)據(jù)，提高了管理的便捷性和響應(yīng)速度。
- 邊緣計(jì)算：在靠近數(shù)據(jù)源的邊緣設(shè)備上進(jìn)行初步的數(shù)據(jù)處理和分析 (邊緣計(jì)算)，可以減少數(shù)據(jù)傳輸量，降低延遲，并能在本地快速響應(yīng)異常事件。
- 大數(shù)據(jù)分析與預(yù)測(cè)性維護(hù)：云平臺(tái)匯集的來(lái)自眾多變壓器的海量監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，為應(yīng)用大數(shù)據(jù)分析和更高級(jí)的預(yù)測(cè)性維護(hù)算法提供了基礎(chǔ)。通過(guò)對(duì)歷史數(shù)據(jù)的深度挖掘，可以發(fā)現(xiàn)潛在的故障模式，優(yōu)化維護(hù)策略，并提高整個(gè)變壓器群組的運(yùn)行效率和可靠性。
4.4 氣候變化與極端天氣的影響
全球氣候變化導(dǎo)致極端天氣事件 (如熱浪、極寒天氣) 的頻率和強(qiáng)度增加，這對(duì)電力設(shè)備的運(yùn)行帶來(lái)了新的挑戰(zhàn)。
- 熱應(yīng)力增加：持續(xù)的高環(huán)境溫度會(huì)顯著增加變壓器的熱應(yīng)力，降低其散熱能力，可能導(dǎo)致熱點(diǎn)溫度更容易超出安全限值，加速絕緣老化。
- 對(duì)監(jiān)測(cè)和負(fù)載策略的更高要求：在極端天氣條件下，對(duì)變壓器熱點(diǎn)溫度進(jìn)行更精確、更實(shí)時(shí)的監(jiān)測(cè)變得尤為重要。同時(shí)，可能需要制定更具適應(yīng)性的負(fù)載管理策略，以應(yīng)對(duì)環(huán)境溫度的劇烈波動(dòng)，確保電網(wǎng)在極端條件下的韌性。
未來(lái)，變壓器熱點(diǎn)溫度監(jiān)測(cè)技術(shù)將朝著更精確、更智能、更具預(yù)測(cè)性的方向發(fā)展。多傳感信息融合、先進(jìn)的AI算法以及與數(shù)字孿生等技術(shù)的結(jié)合，將為變壓器的全生命周期健康管理提供更強(qiáng)大的支持。
5. 結(jié)論
變壓器繞組熱點(diǎn)溫度是決定其絕緣壽命、運(yùn)行可靠性和承載能力的核心參數(shù)。對(duì)熱點(diǎn)溫度進(jìn)行準(zhǔn)確、實(shí)時(shí)的監(jiān)測(cè)對(duì)于保障電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行、優(yōu)化變壓器資產(chǎn)管理、延長(zhǎng)設(shè)備壽命具有不可替代的重要性。
本報(bào)告系統(tǒng)地闡述了繞組熱點(diǎn)溫度的定義、形成機(jī)理及其對(duì)變壓器健康的深遠(yuǎn)影響。持續(xù)過(guò)高的熱點(diǎn)溫度會(huì)通過(guò)加速絕緣材料解聚過(guò)程，顯著降低其機(jī)械和介電性能，最終可能導(dǎo)致變壓器發(fā)生災(zāi)難性故障。
在監(jiān)測(cè)方法方面，技術(shù)經(jīng)歷了從傳統(tǒng)的基于模擬或計(jì)算的間接估算方法 (如機(jī)械式WTI和電子溫度監(jiān)測(cè)器ETM) 到高精度直接測(cè)量方法 (主要是光纖傳感技術(shù)FOS) 的演進(jìn)。光纖傳感器以其抗電磁干擾、高精度、實(shí)時(shí)性等優(yōu)勢(shì)，成為當(dāng)前關(guān)鍵變壓器熱點(diǎn)監(jiān)測(cè)的首選技術(shù)。同時(shí)，DGA、紅外熱成像等輔助診斷技術(shù)也為全面評(píng)估變壓器狀態(tài)提供了有益補(bǔ)充。
IEEE和IEC等國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織制定了一系列關(guān)于變壓器溫升和負(fù)載的導(dǎo)則，為熱點(diǎn)溫度的計(jì)算、評(píng)估和控制提供了重要的理論依據(jù)和工程指導(dǎo)。這些標(biāo)準(zhǔn)也在不斷發(fā)展，以適應(yīng)新的技術(shù)和更高的可靠性要求。
變壓器的老化過(guò)程會(huì)對(duì)其熱性能產(chǎn)生負(fù)面影響，導(dǎo)致熱點(diǎn)溫度升高，因此對(duì)老化變壓器的熱點(diǎn)監(jiān)測(cè)需更加關(guān)注。通過(guò)實(shí)施有效的熱點(diǎn)監(jiān)測(cè)，電力企業(yè)可以獲得延長(zhǎng)設(shè)備壽命、優(yōu)化負(fù)載、降低維護(hù)成本、提升運(yùn)行安全等多重效益。遵循最佳實(shí)踐，如制定清晰的采購(gòu)規(guī)范、選擇合適的技術(shù)、策略性布置傳感器以及將監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)集成到智能管理平臺(tái)，是確保監(jiān)測(cè)效果的關(guān)鍵。
展望未來(lái)，變壓器熱點(diǎn)溫度監(jiān)測(cè)技術(shù)正朝著更智能化、精準(zhǔn)化和預(yù)測(cè)性的方向發(fā)展。先進(jìn)傳感器技術(shù)的持續(xù)進(jìn)步、數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)方法 (特別是機(jī)器學(xué)習(xí)和人工智能) 的深入應(yīng)用、與物聯(lián)網(wǎng)及云平臺(tái)的緊密集成，以及對(duì)氣候變化等外部因素影響的考量，將共同推動(dòng)變壓器熱管理水平的不斷提升。這些發(fā)展趨勢(shì)預(yù)示著未來(lái)能夠更有效地保障變壓器這一電網(wǎng)核心設(shè)備的安全、高效運(yùn)行，為構(gòu)建更可靠、更具韌性的電力系統(tǒng)奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。
