電是人類歷史上最重要的發(fā)現(xiàn)之一。它提供舒適、奢華、鼓勵(lì)發(fā)明，對我們的日常生活非常重要。然而，他們的運(yùn)輸和發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)展無法跟上他們不斷增長的需求。在世界上的一些地區(qū)，我們已經(jīng)達(dá)到了供應(yīng)、需求和分配之間的不平衡正在造成巨大的直接和間接損害的臨界點(diǎn)。受這些問題影響的地區(qū)似乎越來越大。這些基礎(chǔ)設(shè)施無法承受未來的需求，尤其是隨著可再生能源的整合和這些不同能源的貿(mào)易不斷擴(kuò)大。

所有這些可能性的主要促成因素是位于電力線所有分支上的變壓器。然而，大多數(shù)使用的變壓器已經(jīng)或即將結(jié)束其生命周期。這意味著，如果不對電氣系統(tǒng)進(jìn)行重大改變，我們現(xiàn)在或未來都無法實(shí)現(xiàn)擴(kuò)展電氣系統(tǒng)的目標(biāo)和愿景。大多數(shù)變壓器的使用壽命已經(jīng)達(dá)到30到40年，而可再生能源系統(tǒng)的不斷整合導(dǎo)致了越來越大、越來越頻繁的波動(dòng)，危及系統(tǒng)的穩(wěn)定性。這個(gè)問題更為重要，因?yàn)楦鼡Q有缺陷和有缺陷的變壓器既昂貴又耗時(shí)，更換可能需要2年時(shí)間。

認(rèn)識到這個(gè)問題并加以解決，導(dǎo)致了所謂的新“智能電網(wǎng)”的發(fā)展，這種電網(wǎng)能夠承受未來更高的需求，同時(shí)提供更穩(wěn)定、更強(qiáng)健的基礎(chǔ)設(shè)施。必須“在運(yùn)行中”完成的任務(wù)(對持續(xù)運(yùn)行的系統(tǒng)進(jìn)行更新)。顯然，這是一項(xiàng)艱難的工作，即使是最小的錯(cuò)誤也可能導(dǎo)致連鎖反應(yīng)，帶來災(zāi)難性的后果。因此，必須對最關(guān)鍵的部件(即變壓器)進(jìn)行監(jiān)控。

在變壓器的運(yùn)行中，絕緣油是保證其長壽命的最重要元素。然而，隨著時(shí)間的推移，它會受到不良物質(zhì)的污染，從而影響其功能。對這些雜質(zhì)及其濃度的分析可以提供有關(guān)變壓器本身使用壽命和老化的信息，同時(shí)提供有關(guān)電氣絕緣性能的重要數(shù)據(jù)，從而確保變壓器的正確運(yùn)行。目前，獲取上述絕緣油情況的標(biāo)準(zhǔn)程序是對運(yùn)行中的變壓器探頭進(jìn)行選擇性和零星的實(shí)驗(yàn)室分析。這是一種實(shí)踐，其產(chǎn)生的結(jié)果表明，絕緣油的狀態(tài)與其實(shí)際使用狀態(tài)相差甚遠(yuǎn)。由于缺乏綜合的監(jiān)測方法，因此絕緣油在最初調(diào)試的5-10年之后，絕緣油才會在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行檢測，如果有的話，每隔1-2年，當(dāng)變壓器的壽命達(dá)到臨界狀態(tài)時(shí)才會進(jìn)行檢測。

基于這種情況，并考慮到該過程目前的缺點(diǎn)，目的是開發(fā)一種傳感器，能夠?qū)崟r(shí)記錄運(yùn)行中變壓器的數(shù)據(jù)，而不會損害或篡改其功能。所記錄的值應(yīng)該能夠?qū)崟r(shí)地為變壓器操作員提供所有必要的信息，以便他能夠盡可能快速和有效地對產(chǎn)品的變化作出反應(yīng)。

TrafoStick是適用于現(xiàn)場在線使用，專門用于可重復(fù)測量變壓器絕緣油的擊穿電壓、含水量和溫度的傳感器。一款用于電力變壓器的堅(jiān)固緊湊的在線傳感器。聲學(xué)解決方案的硬件實(shí)現(xiàn)，一個(gè)鍍鋁壓電諧振器，擴(kuò)展到包括濕度和溫度傳感器，被封裝在一個(gè)緊湊的鋁外殼中。

使用可永久暴露在變壓器油中的材料。測試和校準(zhǔn)程序是在對900多個(gè)不同變壓器的3800多個(gè)油樣進(jìn)行評估的基礎(chǔ)上制定的。

該計(jì)算考慮了油水分(WC)、酸值(TAN)、溫度(T)和擊穿電壓之間的強(qiáng)相關(guān)性，由一個(gè)32位嵌入式系統(tǒng)在傳感器中執(zhí)行，該系統(tǒng)使用浮點(diǎn)處理(FPU)并使用查找表(查找表)。油樣極限行為的表示已在查找表中考慮在內(nèi)。

分解圖顯示了緊湊型TrafoStick的部件，也可用于非常狹窄的安裝情況。在共振室和聲音傳感器上放置了一個(gè)濕度和溫度傳感器。使用1英寸的管螺紋將傳感器擰入變壓器外殼。當(dāng)然，為了能夠通過Modbus TCP與傳感器建立連接，還需要額外的組件。5 VDC/250 mA電源也經(jīng)過優(yōu)化，可將傳感器連接到以太網(wǎng)接口。

優(yōu)勢

TrafoStick首次能夠在整個(gè)運(yùn)行時(shí)間內(nèi)確定變壓器最重要的測量值。只有掌握了這些知識，才有可能對電力設(shè)施中最重要的資源之一的剩余使用壽命做出合理的估計(jì)。

TrafoStick的測量數(shù)據(jù)在實(shí)際操作條件(負(fù)載、溫度等)下連續(xù)實(shí)時(shí)記錄，并通過Modbus TCP直接傳輸至網(wǎng)絡(luò)管理。

變壓器介電強(qiáng)度的自動(dòng)實(shí)時(shí)監(jiān)測可以觀察變壓器的安全狀態(tài)，識別趨勢，最重要的是，及時(shí)采取措施，提高變壓器的安全性，并可能提高整個(gè)供電區(qū)域的安全性。

審核編輯：湯梓紅