Chinas erster 220kV/240MVA Pflanzenöl-Transformator: Forschung und Entwicklung Vorteile und Beitrag zur Doppelten Kohlenstoffreduzierung

Mit der stetigen Entwicklung der Isolatortechnologie für Starkstromtransformer werden Produkte mit Pflanzenölkühlmittel, die umweltfreundlich und hoch entzündbar sind, zunehmend an die Stelle von Mineralöl-Transformern treten. Diese auf Pflanzenöl basierenden Transformer minimieren die Kohlenstoffemissionen in hohem Maße und verlängern effektiv die Lebensdauer von Starkstromtransformern, was von großer Bedeutung für die Erreichung der „doppelten Kohlenstoffziele“ ist.

Kürzlich hat unter der Führung eines bestimmten Energieversorgungsamts der erste in China entwickelte 220kV/240MVA-Pflanzenöltransformer mit dem höchsten Spannungsniveau und der größten Kapazität erfolgreich Typentests bestanden. Dies festigt die führende Position chinesischer Pflanzenöl-Transformerhersteller im Inland weiterhin und markiert ein neues Niveau in der chinesischen Pflanzenöl-Transformergestaltung und -fertigungstechnik.

Traditionelles mineralisches Isolieröl wird seit über hundert Jahren verwendet, hat jedoch Schwächen wie einen niedrigen Flammpunkt, eine langsame Degradationsrate, leichtes Umweltverschmutzungspotential und schwache Überlastfähigkeit. Im Vergleich zu herkömmlichen Mineralöl-Transformern haben Pflanzenöl-Transformer Vorteile wie extrem geringes Brandrisiko, starke Überlastfähigkeit und niedrige Kosten über den gesamten Lebenszyklus. Darüber hinaus, da Pflanzenöl eine regenerierbare Ressource aus Pflanzensamen ist, kann es im Vergleich zu Mineralöl wirksam die Kohlenstoffemissionen reduzieren. Zudem haben Pflanzenöl-Transformer einen breiteren Anwendungsbereich als vorhandene Mineralöl-Transformer und eignen sich besonders für Gebiete mit hohen Anforderungen an Brandsicherheit und Umweltschutz, wie stark besiedelte Gebiete und Naturschutzgebiete.

Angesichts des neuen Entwicklungsansatzes, der Marktführung und auf wissenschaftlicher Forschung und Innovation basierend, ist der chinesische Pflanzenöl-Transformerhersteller seit 2007 in der Entwicklung und Fertigung von Pflanzenöl-Transformern tätig. Im Jahr 2017 übernahm er das grüne Fertigungsprojekt „Grüne Schlüsseltechnologien und Prozesssystemintegration für umweltfreundliche Transformer und umweltfreundliche gasgefüllte Metallverkleidete Schaltanlagen“ im Auftrag des Ministeriums für Industrie und Informationstechnologie. Dank dieses Projekts entwickelte er 10kV, 35kV und 110kV Pflanzenöl-Transformerprodukte und bildete eine relativ vollständige Produktserie. Diese Produkte wurden nacheinander in Shandong, Henan, Guangdong, Hubei, Shaanxi und anderen Orten angewendet und funktionieren bisher gut, wobei sie hohe Anerkennung durch Kunden erhalten haben.

Im September 2019 gewann der chinesische Pflanzenöl-Transformerhersteller erfolgreich die Ausschreibung für das Forschungsprojekt „Optimierung und ingenieurtechnische Anwendung von Isolier- und Wärmeabgabestrukturen für große Pflanzenöl-Starkstromtransformer – Versuchsproduktion von 220kV Pflanzenöl-Transformern und Simulationsprüfungen typischer Isolierstrukturen“ eines Energieversorgungsamts der China Southern Power Grid. Unter der Leitung des Energieversorgungsamts hatte dieses Projekt das Ziel, den 240MVA/220kV-Pflanzenöltransformer mit dem höchsten Spannungsniveau und der größten Kapazität in China zu entwickeln.

Der chinesische Pflanzenöl-Transformerhersteller legt großen Wert auf die Entwicklung des 220kV-Isolieröltransformers. Der stellvertretende Generaldirektor der Firma übernimmt persönlich die Gesamttechnische Steuerung und die Produktumsetzung des Projekts. „Wir haben unsere technischen Vorteile optimal genutzt und Eliteteams für Forschung, Entwicklung und Design zusammengestellt, um gemeinsam wichtige Probleme zu lösen. Besonders während der Phase der technologischen Durchbrüche haben wir relevante technische Mitarbeiter organisiert, um technische Details einzeln umzusetzen und Produkt- und Prozessspezifikationen Punkt für Punkt zu prüfen“, sagte der zuständige Verantwortliche.

Das Forschungsteam wird von einem Doktoranden geleitet, der aus Japan zurückgekehrt ist. „In Zusammenarbeit mit vielen Pflanzenölherstellern begannen wir mit grundlegenden Forschungen zu heimischem Pflanzenöl, testeten und validierten nacheinander die Durchhaltekraft des heimischen Pflanzenöl-Papier-Isoliersystems bei Netzfrequenz, Blitzimpuls und Umschaltoberlast, und leiteten auf Basis der Testdaten die Isolieroptimierung des 240MVA/220kV-Produkts. Wir führten Kompatibilitätstests für Transformermaterialien durch, um die Kompatibilität jedes Materialtyps im Transformer mit heimischem Pflanzenisolieröl zu testen, um die langfristig stabile Funktion des Produkts sicherzustellen. Wir führten auch Prozesstests für heimische Pflanzenöl-Isolieröl-Transformer durch, um eine vollständige Prozessplanung von der Rohölprüfung bis zur Produktlieferung zu erstellen“, sagte der Teamleiter.

Das Design- und Entwicklerteam wird von erfahrenen Designtechnikern und dem stellvertretenden Chefingenieur des Instituts der Firma geleitet. „Wir organisierten technische Experten, um den Entwurfsplan hinsichtlich Magnetfeldberechnung, Fluidsimulation, Isolierbewertung und Kurzschlusskraftwiderstandsfähigkeit zu validieren. Mit voller Berücksichtigung der Besonderheiten von Pflanzenöl wählten und setzten wir nur nach Prüfvalidierung Komponenten wie Drosseln an, um die langfristige Zuverlässigkeit des Produkts sicherzustellen“, erklärte der Leiter des Designteams. Das Designteam integrierte die Ergebnisse der Grundlagenforschung eng in den Plan, wendete die Forschungsergebnisse vollständig in der elektrischen Lösung und Struktur des Transformers an und erreichte die Produktziele von Leichtgewichtigkeit, Wirtschaftlichkeit und hoher Zuverlässigkeit, während Sicherheitsreserven gewährleistet wurden.

Aufgrund der Besonderheiten des Produkts boten technische Fachkräfte während des Produktionsprozesses punktuelle Anleitung für die Werkstattproduktionsmitarbeiter. Bei den Prozessschritten, die mit Isolieröl zusammenhingen, nahmen technische Fachkräfte aktiv teil, führten schichtweise Kontrollen und punktuelle Umsetzungen durch, um die Produktzuverlässigkeit und -qualität sicherzustellen.

Nach fast zwei Jahren anhaltender Forschung konnte das Unternehmen schließlich wichtige technische Herausforderungen wie Isolierdesign und -validierung, Temperaturanstiegsoptimierung und -validierung sowie Teilentladungssteuerung für große Pflanzenöl-Transformer überwinden und entscheidende Technologien einschließlich Design- und Validierungsmethoden und Fertigungsprozesse für große Pflanzenöl-Transformer vollständig lösen. Der erste in China entwickelte 220kV-Pflanzenöltransformer mit eigenständigem geistigem Eigentum wurde erfolgreich entwickelt.

Im Bereich der Transformatoren mit pflanzlichem Isolieröl führt der chinesische Hersteller von Transformatoren mit pflanzlichem Öl sowohl in den Bereichen Forschung und Entwicklung als auch in Bezug auf Produktionsstandards und Marktannteil die nationale Industrie an. Dies trägt zur allgemeinen Verbesserung des Grüngrads der chinesischen Transformatorindustrie bei. Im September 2020 wurde das Unternehmen für seinen „grünen Prozess für Transformatoren mit pflanzlichem Isolieröl“ mit dem Titel „Neues führendes Technologieprodukt zur Förderung einer hochwertigen Energieentwicklung“ ausgezeichnet.

Der chinesische Hersteller von Transformatoren mit pflanzlichem Öl wird weiterhin engmaschig die Ziele verfolgen, ein „Ursprungsort“ für originäre Technologien und eine „Kettenführerschaft“ in modernen Wertschöpfungsketten zu werden. Er bleibt dabei bestrebt, nationalen Strategien zu dienen, die Entwicklung der Branche voranzutreiben und durch wissenschaftliche und technologische Innovationen zu fördern. Das Unternehmen wird seinem ursprünglichen Ziel und seiner Mission treu bleiben, seine Verantwortung als zentrales Unternehmen erfüllen und sich unermüdlich bemühen, ein weltklasse-Standard-Lösungsanbieter für intelligente elektrische Systeme zu werden, um zum Erreichen der „dualen Kohlenstoffziele“ und zum Aufbau eines neuen Energiesystems beizutragen und eine solide Grundlage für den erfolgreichen Start des 14. Fünfjahresplans zu legen.