Metody chłodzenia transformatorów | Wyjaśnienie od ONAN do ODWF

1. Olejowe chłodzenie samoczynne (ONAN)

Zasada działania olejowego chłodzenia samoczynnego polega na przenoszeniu ciepła wygenerowanego wewnątrz transformatora na powierzchnię zbiornika i rurek chłodzących przez naturalną konwekcję oleju transformatorowego. Ciepło jest następnie rozpraszone do otoczenia poprzez konwekcję powietrza i przewodzenie ciepła. Ta metoda chłodzenia nie wymaga żadnego dedykowanego sprzętu chłodzącego.

Stosowalność:

• Produkty o mocy do 31 500 kVA i poziomie napięcia do 35 kV;

• Produkty o mocy do 50 000 kVA i poziomie napięcia do 110 kV.

2. Olejowe chłodzenie z wymuszonym powietrzem (ONAF)

Olejowe chłodzenie z wymuszonym powietrzem opiera się na zasadzie ONAN, z dodatkowym montażem wentylatorów na powierzchni zbiornika lub rurek chłodzących. Te wentylatory wzmacniają rozpraszanie ciepła poprzez wymuszoną cyrkulację powietrza, zwiększając moc transformatora i jego zdolność obciążeniową o prawie 35%. W trakcie pracy generowane są straty, takie jak strata żelazna, strata miedziowa i inne formy ciepła. Proces chłodzenia przebiega następująco: Najpierw ciepło jest przenoszone przez przewodzenie od rdzenia i cewek do ich powierzchni i do oleju transformatorowego. Następnie, przez naturalną konwekcję oleju, ciepło jest ciągle przenoszone do wewnętrznych ścian zbiornika i rurek chłodzących. Następnie ciepło jest przeprowadzane do zewnętrznych powierzchni zbiornika i chłodnic. Ostatecznie ciepło jest rozpraszane do otaczającego powietrza poprzez konwekcję powietrza i promieniowanie termiczne.

Stosowalność:

• 35 kV do 110 kV, 12 500 kVA do 63 000 kVA;

• 110 kV, poniżej 75 000 kVA;

• 220 kV, poniżej 40 000 kVA.

3. Wymuszona cyrkulacja oleju z wymuszonym powietrzem (OFAF)

Stosowalność do transformatorów o mocy od 50 000 do 90 000 kVA i poziomie napięcia 220 kV.

4. Wymuszona cyrkulacja oleju z chłodzeniem wodnym (OFWF)

Głównie stosowane dla transformatorów podnoszących napięcie w elektrowniach wodnych, stosowalne do transformatorów o poziomie napięcia 220 kV i wyższym oraz mocy 60 MVA i wyższej.

Zasada działania wymuszonej cyrkulacji oleju z chłodzeniem powietrza i wodnym jest taka sama. Gdy główny transformator używa wymuszonej cyrkulacji oleju, pompy olejowe napędzają olej przez obwód chłodzący. Chłodnica oleju jest specjalnie zaprojektowana do efektywnego rozpraszania ciepła, często wspomagana przez elektryczne wentylatory. Poprzez zwiększenie prędkości cyrkulacji oleju trzykrotnie, ta metoda może zwiększyć moc transformatora o około 30%. Proces chłodzenia obejmuje nurkujące pompy olejowe, które kierują olej do kanałów między rdzeniem lub cewkami, aby odprowadzać ciepło. Gorący olej z góry transformatora jest następnie wyciągany przez pompę, ochłodzony w chłodnicy i zwrócony do dna zbiornika oleju, tworząc zamkniętą pętlę wymuszonej cyrkulacji oleju.

5. Wymuszona kierowana cyrkulacja oleju z wymuszonym powietrzem (ODAF)

Stosowalność:

• 75 000 kVA i więcej, 110 kV;

• 120 000 kVA i więcej, 220 kV;

• transformatory klasy 330 kV i 500 kV.

6. Wymuszona kierowana cyrkulacja oleju z chłodzeniem wodnym (ODWF)

Stosowalność:

• 75 000 kVA i więcej, 110 kV;

• 120 000 kVA i więcej, 220 kV;

• transformatory klasy 330 kV i 500 kV.

Składniki chłodziciela transformatora z wymuszonym olejem i powietrzem

Tradycyjne transformatory energetyczne wyposażone są w systemy wentylatorów sterowane ręcznie. Każdy transformator zwykle ma sześć zestawów silników chłodzących wymagających centralnego sterowania. Działanie wentylatorów opiera się na termostatach, a ich obwody zasilające są kontrolowane przez styki. Wentylatory są uruchamiane lub zatrzymywane w zależności od temperatury oleju transformatora i warunków obciążenia, poprzez logiczne osądzenie.

Te tradycyjne systemy sterowania wymagają znacznego zaangażowania ręcznego i mają istotne wady: wszystkie wentylatory startują i zatrzymują się jednocześnie, co prowadzi do wysokich prądów szczytowych, które mogą uszkodzić elementy obwodów. Gdy temperatura oleju mieści się w zakresie od 45°C do 55°C, jest powszechną praktyką uruchamianie wszystkich wentylatorów na pełną moc, co prowadzi do znacznego marnowania energii i zwiększenia problemów z utrzymaniem. Tradycyjne systemy sterowania chłodzenia głównie używają relé, termostatóch i obwodów logicznych opartych na kontaktach. Logika sterowania jest skomplikowana, a częste przełączanie relé może spowodować spalanie kontaktów. Ponadto wentylatory często brakują niezbędnej ochrony przed przeciążeniami, brakiem fazy i napięciem, co zmniejsza niezawodność działania i zwiększa koszty utrzymania.

Funkcje zbiornika transformatora i systemu chłodzenia

Zbiornik transformatora służy jako zewnętrzna obudowa, zawierając rdzeń, cewki i olej transformatorowy, a także zapewniając pewne możliwości rozpraszania ciepła.

System chłodzenia transformatora tworzy cyrkulację oleju napędzaną różnicą temperatur między górnymi i dolnymi warstwami oleju. Gorący olej przepływa przez wymiennik ciepła, gdzie jest ochłodzony, a następnie zwracany do dna zbiornika, efektywnie obniżając temperaturę oleju. Aby zwiększyć efektywność chłodzenia, można zastosować metody takie jak chłodzenie powietrzem, wymuszona cyrkulacja oleju z powietrzem lub wodą.