Betriebliche Herausforderungen ölgefüllter Transformatoren in extrem kalten Regionen und ein Leitfaden zur Schutzkonfiguration

1. Hauptprobleme in extrem kalten Regionen

Bei sehr niedrigen Temperaturen stehen die Isolierung, Kühlung und mechanische Konstruktion eines ölgefüllten Transformators vor großen Herausforderungen, hauptsächlich in den folgenden vier Bereichen:

• Verschlechterte Ölfließfähigkeit und Verfestigungsrisiko: Bei niedrigen Temperaturen steigt die Viskosität des Transformatoröls stark an, die Fließfähigkeit nimmt ab und die Effizienz der natürlichen Konvektionskühlung sinkt erheblich. Wenn die Temperatur unter den Stockpunkt des Isolieröls fällt, kann das Öl sogar verfestigen, was den Ölumlauf stoppt und lokale Überhitzungen im Transformator verursacht.
• Abnormaler Ölstand und verschlechterte Isolierung: Thermische Kontraktion führt zu einem deutlichen Absinken des Ölstands, was einen Niedrigölstand-Alarm auslösen oder sogar die Wicklungen der Luft aussetzen kann, was die Isolierleistung ernsthaft gefährdet. Darüber hinaus kann im Öl gelöstes Wasser bei niedrigen Temperaturen als suspendierte Eiskristalle ausfallen, was das Risiko von Teilentladungen und Überschlägen erhöht.
• Mechanisches Festfressen und Versprödung: Bei extremer Kälte können die Federwerkstoffe von Betriebsmechanismen in Geräten wie Leistungsschaltern und Trennschaltern verspröden, und Schmieröl kann eindicken oder verfestigen – was leicht zu trägem Betrieb, Festfressen oder sogar Betriebsverweigerung führt.
• Dichtungsausfall, Kondensation und Vereisung: Große Temperaturschwankungen zwischen Tag und Nacht lassen die Metallteile des Tanks, der Durchführungen und Flansche wiederholt expandieren und kontrahieren, was die Alterung der Dichtungen beschleunigt und zu Ölsickerungen führt. Gleichzeitig führen kalte, feuchte Bedingungen leicht zu Kondensation und Vereisung an den Geräteoberflächen, was die Isolierung beschädigt und die Korrosion von Metallteilen beschleunigt.

2. Erforderliche Schlüsselausrüstung und Maßnahmen

Um einen sicheren und stabilen Betrieb des Transformators bei strenger Kälte zu gewährleisten, müssen die folgenden Schutzausrüstungen und Maßnahmen gezielt eingesetzt werden:

Auswahl eines Niedertemperatur-Isolieröls: Das verwendete Transformatoröl muss einen Stockpunkt unter der lokal verzeichneten Mindesttemperatur aufweisen. In extrem kalten Regionen sollte ein Transformatoröl mit niedrigem Stockpunkt (z. B. die Sorte Nr. 45 mit einem Stockpunkt von −45 ℃) oder ein synthetisches Esteröl verwendet werden.

Bei der Ölauswahl sollte nicht nur der Stockpunkt berücksichtigt werden, sondern es muss auch sichergestellt sein, dass die niedrigste Kaltstart-Einschalttemperatur (LCSET) unter der lokal verzeichneten extremen Mindesttemperatur liegt, damit die Viskosität bei niedrigen Temperaturen weiterhin die Umlaufanforderungen erfüllt.

Automatische Heiz- und Wärmedämmvorrichtungen installieren:

• Elektrische Wärmebegleitsysteme und Heizungen: Elektrische Wärmebegleitsysteme am Boden des Tanks anbringen oder Heizungen in den Mechanismus- und Klemmenkästen installieren. Der automatische Start erfolgt, wenn die Öltemperatur unter den vom Gerät festgelegten sicheren Einschalt-Schwellenwert fällt, wodurch die Öltemperatur im sicheren Betriebsbereich gehalten wird.
• Wärmedämmschicht: Wärmedämmmaterial (z. B. Dämmvlies) zum Gehäuse des Außentransformators hinzufügen, um Steuerkomponenten vor dem Einfrieren zu schützen und den Wärmeverlust zu verlangsamen.
• Niederfrequenz-Heiztechnologie: Bei großen ölgefüllten Transformatoren kann eine Niederfrequenz-Heizung vor Ort angewendet werden, um die bei extremer Kälte auftretenden Schwierigkeiten bei der Heißölumwälzung und der Isolierungswiederherstellung wirksam zu lösen.

Nachrüstung des intelligenten Temperatursteuerungs- und Kühlsystems:

• Unabhängige Steuerkreise: Steuerung der Ölpumpe und der Kühlerlüfter getrennt voneinander. Unter Bedingungen niedriger Temperatur und niedriger Last wird eine "Ölumwälzung ohne Kühlung" erreicht – die Ölpumpe läuft weiter, um den Ölfluss aufrechtzuerhalten, während die Kühlerlüfter ausgeschaltet werden, um eine zu niedrige Öltemperatur zu vermeiden.
• Automatische Start/Stopp-Steuerung: Konfiguration von Temperatursensoren für die automatische Umschaltung der Kühlerlüfter und der Ölpumpe; die genauen Start/Stopp-Schwellenwerte müssen strikt gemäß dem technischen Handbuch des Geräteherstellers und den lokalen Netzleitvorschriften eingestellt werden.

Bereitstellung hochpräziser Zustandsüberwachungsgeräte:

• Digitale Instrumentierung: Ausstattung mit digitalen Ölstandsanzeigen mit Zifferblatt, digitalen Gasrelais (Buchholz-Relais) und anderen Instrumenten, die bei extremer Kälte zuverlässig funktionieren, um Ölstand, Druck und Gaszustand in Echtzeit zu überwachen und die Daten fernzuübertragen.
• Breitband-Dielektrische-Antwort-Überwachung: Um die Erfassungsblindstellen bei extremer Kälte zu schließen, wird die Breitband-Dielektrische-Antwort-Technologie (Frequenzbereich) empfohlen, wobei eine dielektrisch-spektroskopische Datenbank über einen extrem weiten Temperaturbereich erstellt wird, um eindringende Feuchtigkeit oder Isolationsfehler im Inneren präzise zu identifizieren und eine Frühwarnung für latente Fehler zu ermöglichen.

Ausstattung mit kältebeständigem Zubehör: Auswahl von speziell für Extremkältegebiete entwickelten Transformatorenventilen, Plattenkühlern und einem intelligenten wartungsfreien Atemregler (der auch das Problem des Ausfalls von LCD-Displays bei niedrigen Temperaturen löst), um die Zuverlässigkeit aller Komponenten bei niedrigen Temperaturen sicherzustellen.

Verbesserung der mechanischen Schmierung: Für Betriebsmechanismen ist die Verwendung von für extreme Kälte entwickeltem Niedertemperaturfett/-schmiermittel zwingend erforderlich, und die Mechanismuskästen müssen mit Anti-Kondensationsheizungen ausgestattet werden, um ein mechanisches Festfressen zu verhindern.

Zusammenfassung

Der sichere Betrieb ölgefüllter Transformatoren in Extremkältegebieten ist eine systematische Aufgabe. Die durch starke Kälte verursachte Ölverfestigung, der sinkende Ölstand, das mechanische Festfressen und das Versagen der Dichtungen bedrohen die Netzstabilität direkt.

Sowohl bei der Geräteauswahl als auch bei Betrieb und Wartung muss daher eine integrierte Strategie der "Prävention zuerst" angewendet werden: Auf der physischen Seite sind Isolieröl mit niedrigem Stockpunkt auszuwählen, automatische Heiz- und Wärmedämmgeräte zu installieren und das intelligente Temperatursteuersystem nachzurüsten, um den normalen Betrieb der Geräte aufrechtzuerhalten.

Auf der Überwachungsseite ist es notwendig, sich auf hochpräzise Online-Überwachungsgeräte und kältebeständiges Zubehör zu verlassen, um eine Echtzeit-Statuserkennung und eine genaue Frühwarnung zu erreichen. Nur durch die tiefe Integration von Hardwareschutz und intelligenter Überwachung können die Herausforderungen extremer Klimabedingungen wirksam bewältigt und der langfristige sichere und stabile Betrieb von Stromgeräten in Extremkältegebieten gewährleistet werden.

Bearbeitet von:Echo