UHV trafo tootmine: aeglane preciseeritud oluline
1. Ülevaade
Ülitõugevad (UHV) transformatoored on modernsete elektrivõrkude üks keskseid seadmeid. Nende pingeastmete mõistmise, keerulise struktuuri, täpse tootmismenetluse ja kriitiliste tootmismeetodite analüüs näitab, miks need esindavad riigi elektriseadmetootmise võime kõrgharikut.
Pingeaste määratlus
"Ülitõugeva transformatoori" tavaliselt viidatakse transformatoritele, mis kasutatakse vahetuvpanekuteedel, mille pingeaste on 1000 kV või suurem, või otsespanekuteedel, mille pingeaste on ±800 kV või suurem.
1.1 Tehniline taust
Niisuguste kõrgetehnoloogiliste transformatorite arendamine motiveeritakse riikliku majanduse ja elektrisektorisse investeerimise kasvu poolt, eesmärgiga lubada pikadistantsilist, suurt võimsust ja madalaid kaotusi hoidvat elektri edastamist. Näiteks juba 2010. aastal arendas Hiina sõltumatult 1000 kV / 1000 MVA UHV transformatori.
1.2 UHV otsespanekutes
UHV tehnoloogia on sama oluline ka HVDC (kõrgetehnoloogiline otsespanekuteede) edastamisel. Näiteks ±1100 kV UHV DC konverteerijatransformator on üks peamisi tooteid Hiina "Made in China 2025" ja "Belt and Road Initiative" strateegiates, mille tehnoloogia on nüüd maailmas tunnistatud kui juhtiv.
2. Peamised komponendid
UHV transformatoridel on väga keeruline ja täpne struktuur. Tavalise nafta-imetava UHV transformatori näitel see koosneb peamiselt järgmistest osadest:
| Komponent | Funktsioonid ja omadused |
| Raudpind | See on valmistatud kõrgekvaliteediliste silitsiumteraslehtede lamineerimisel, et moodustada peamiselt magneetring. ÜEJ transformatord võivad kasutada innovaatilisi struktuure, nagu kuue-mooduline segmenteeritud pind, et vähendada kaotusi ja lihtsustada transporti. |
| Külgikud | Sisaldab kõrgetennuse külgikke ja madalatennuse külgikke. Tavaliselt on madalatennusel külgik tehtud sisemise kihina ja kõrgetennusel külgik väliskihina. See on transformaatorile oluline komponent voltagetransformatsiooni lõpetamiseks. |
| Erinevusüsteem | Sisaldab külgiku erinevust, kihi erinevust ja transformaatori öli. ÜEJ transformaatorid võivad kasutada mitmesihelist valmistatud nurkeringi erinevusstruktuuri, tihepakutud tankide seini barjääri erinevusstruktuuri jne, et tagada piisav erinevusmarginaal. |
| Ölitank ja transformaatori öli | Ölitank sisaldab raudpint, külgikke ja transformaatori ölit; transformaatori öli mängib rolli erinevusena ja jahutuseks. |
| Pingeregulaator | ÜEJ transformaatorid kasutavad tavaliselt neutraalpunkti tööpinge tap-changerit pingereguleerimiseks ja võivad kasutada sõltumatut välispingereguleerimismoodi, st transformaatori peatega ja pingereguleerimispäriscompensatsioonitank on eraldi paigutatud. |
| Jahutussüsteem | See lahendab toimimise ajal tekkinud soojuse. ÜEJ transformaatorid võivad kasutada edasijõulisi disaineid, näiteks mitmekanalilist keha soojuse levikut ja uut raudpindade kinnituse ölivoolustruktuuri, et optimiseerida soojuse levikut. |
| Kaitseseadmed ja bushingid | Sisaldab säilitust, gaasi releed, niiskeabsorberit, turvalist õhuteed jne. Kõrgetennusel ja madalatennusel erinevuskülgikud realiseerivad ühenduse sise- ja välisjoonte vahel ning tagavad erinevuse tankile. ÜEJ bushingidel on keerulised disainid, näiteks mitmesihelist valmistatud erinevusnurkeringi ja toetusstruktuuri kasutatakse, et tagada ühtlane elektriväli. |
3. Tootmise protsessid ja võtmetehnoloogiad
Ülimalt kõrgepinge (UHV) transformatortööstuse tootmine on süsteemine insenerimisprotsess, mis ulatub rahtmaterjalidest lõpptoodeni. Järgnevalt on esitatud selle peamised tootmissammud:
| Etapp | Põhisisu |
| Disain ja materjalide valik | Hõlmab elektromagnetilise, isolatsiooni- ja struktuuridisaini läbiviimist elektriliste parameetrite põhjal ning kõrgekvaliteediliste silitsiumterase lehtede, saastemata veekupru jute ja kõrgetehnoloogiliste isolatsioonimaterjalide valikut. |
| Raudse südame tootmine | Hõlmab silitsiumterase lehtede lõigamist, kuhjumist ja kinnitamist. Mõõtmetäpsus ja kuhjumisega seotud kvaliteet mõjutavad otse magneetringi tööd ja tühihaavist. |
| Püsti tootmine | Püste valmistatakse eripüstitaimel disainiparameetrite järgi ja teostatakse nende isolatsioon (nt isolatsioonipaberiga). Kierrelte arv peab olema täpne, paigutus tihedane ja isolatsioon usaldusväärne. |
| Isolatsioonmõju ja kuivendamine | Püsid ja transformatoore üldiselt läbitakse vakuumpannadega ja neid kuivendatakse, et parandada nende isolatsiooniomadusi. UHV toodete korral võidakse paigalasestamisel kasutada suure võimsusega gaasifaasi kuivendamise seadme, et tagada isolatsioonimaterjalide niiskus ≤ 0,4%. |
| Ölikuvi ja komponentide tootmine | Toodetakse transformatoore ölikuve ja metallstruktuurkomponente, nagu klemmid ja kaitsekilp. |
| Lõplik koosseis | Koosseisundatakse kuivatatud raudsüdant, püste, joont jne ölikuvis, hõlmades joonte paigutust ja kinnitamist ning lisavarustuste, nagu soklid ja jahutusseadmed, paigaldamist. |
| Kontroll ja testid | Enne väljastamist on vaja läbi viia mitmeid rangelt kontrollimisi, näiteks isolatsiooni vastupidavusproua test, tühi/laadiga kaotuse test, osaliselt laengutava energia mõõtmine, temperatuuri tõusu eksperiment jne. |
Järgmised olulised protsessid on kriitilised ülitõusu (UHV) transformatoriga seotud jõudluse ja kasutusaegu silmas pidades ning nõuavad erilist tähelepanu:
3.1 Elektromagnetiline disain ja sirguskiirga kontroll
3.1.1 Olulisus
UHV transformatoridel on väga suured võimsused (nt kuni 500 MVA igas osas), mis muudab sirguskiirga veelgi tundlikumaks probleemiks. Liiga suur sirguskiirg võib põhjustada paiklikku ülikauma ja lisakaldo, ohustades turvalist tööd.
3.1.2 Põhilised kaalutlused
Tuleb kasutada edasijõudnud elektromagnetilisi simulatsioonitehnikeid. Kasutatakse meetodeid nagu innovaatiline yoko magneetiline kaitse ja "L-kujuline" vaskkaitse tankide ühendustel, et vähendada struktuurile raudala kahju – kuni 25%.
3.2 Isolatsioonisüsteemi disain ja töötlemine
3.2.1 Olulisus
Isolatsioonisüsteem on usaldusväärse UHV transformatori töö jaoks eluline, sest see peab suurendama äärmiselt kõrgeid tööpinge ja potentsiaalseid ülepinge.
3.2.2 Põhilised kaalutlused
Rakendatakse disaineid nagu mitmesiheline mullitud nurkringi isolatsioonisüsteem, et tagada ühtlane elektrivälja jaotus ja piisav isolatsioonimargus koilide otsades ja johtmete väljundites. Vakuumpindstamine ja kuivendamise protsessid tuleb rangelt kontrollida – näiteks kasutatakse kohapealset suurkapasitulist aeroleviku kuivendamise seadet, et tagada isolatsioonimaterjalide täielik kuivendamine, saavutades niiskuse sisalduse ≤ 0,4%. See on kriitiliselt oluline osalisel laengutamise ja isolatsiooni läbimise ennetamiseks.
3.3 Kohapealne montaažprotsess
3.3.1 Olulisus
Raskete transportitingimustega piirkondades – nt kõrgeadel või mägipiirkondades – tuleb UHV transformatoreid kohapeal kokku panuda. See hõlmab tuhandete komponentide demonteerimist, transportimist, kaitset ja uuesti kokku panemist, mis muudab selle disaini ja protsessi keerukuse palju suuremaks kui tavapäraste transformatorite omad.
3.3.2 Põhilised kaalutlused
Modulaarsed struktuuridisainid on olulised – näiteks segmenteeritud südamikraami ja lahkuva ühendusstruktuuri. Kohapealne montaažtolerants peab jõudma millimeetri täpsusele (nt koil-südamiku keskjoone kihire < 3 mm). Nõutakse range protsess tolerantskontrolli, niiskuse eemaldamiseks ja puhtuse kaitseks, et tagada pärast montaaži hea töö.
3.4 Koilide tootmine ja kvaliteedikontroll
3.4.1 Olulisus
Koilide kvaliteet määrab transformatori elektrilise töö, mehaanilise tugevuse ja lühikeste ümberlülituste vastupidavuse otse.
3.4.2 Põhilised kaalutlused
Tuleb kasutada automaatset koilide tootmise seadet, et saavutada täpne pingekontroll ja kihtide ühtivus. Koilide tootmise järel tehakse võrkpinge ja DC vastupinge testid, et elimineerida riskid nagu ringi vahelised lühikeste ümberlülitused.
3.5 Tehase vastuvõtmistingimused ja osaline laengutamismeetod
3.5.1 Olulisus
Nende testidega varustatakse viimast kvaliteedikontrollpunkti enne tarnimist, tuvastatakse disaini või tootmise potentsiaalsed vigad.
3.5.2 Põhilised kaalutlused
Lisaks standardtestidele on osaline laengutamismeetod (OLM) eriti kriitiline. OLM test on väga tundlik väikeseks isolatsioonifailideks ja on oluline näitaja siseisolatsiooni seisundile.
3.6 Koilide tootmine UHV transformatorite jaoks
3.6.1
| Etapp | Käsitöö roll ja väärtus | Mehaanilise/tehnilise abikaasa roll |
| Põhivoo käivitamisprotsess | Domininantne. Meistritel sõnnivad kätte tundlikkus, nägemine ja kogemus, et täpselt kontrollida tuhandeid üksikasju, nagu juhe asukoht, tiivus ja eralduselementide paigutamine. | Abivaline. Pakuvad stabiilset käivitamisplatvormi ja põhivoolikku, kuid ei saa lõplikku täpset reguleerimist asendada. |
| Täpne kontroll | Põhiline tagatis. Parimate meistrite võime kontrollida kahe juhe kihi vahele jääva tolerantsini 1 mm (tööstusstandard on 2 mm), et tagada optimaalne elektriline toimimine. | Pakuvad mõõtmisvahendeid (nt reeglid), kuid täpsuse saavutamine sõltub meistrite otsesest hinnangust ja täpsest reguleerimisest. |
| Erirünnakud (nt taheldamine) | Asendamatu. Sellel peab vastama sadade tüübi juhete ja tuhatte tahelduspunktidega, meistritel on vaja täpselt kontrollida temperatuuri, kaugust ja aega, näiteks kõrge sagedusega taheldamise protsess. | Pakuvad taheldusseadmeid, kuid parameetrite kontroll ja operatsioon sõltuvad täielikult meistrite oskustest. |
| Tuleviku arengusuunad | Kogenud meistrite "täpne teadmiste süsteem" on ikka veel põhiline. | Intelligentne ja digitaalne. Teostab paremate meistrite kogemusi andmeteks, mis aitavad jälgida kvaliteeti ja keskkonda, kumulatiivselt kogudes teadmisi tuleviku intelligentsuse jaoks. |
3.6.2 Põhjused, miks kinnitus ei saa olla täielikult automatiseeritud
On kolm peamist põhjust, miks inimkäte jääb asendamatuks UHV transformatorkinnitus:
3.6.2.1 Äärmised täpsuse nõuded
UHV transformatorkinnitus koosneb tavaliselt tuhandete meetrite juhtimest, mis moodustavad mitu tuhat ringi, lõplik kaal jõuab 20–30 tonni. Kogu kinnitusprotsessi jooksul peab igal mõru löökimisel, igas eraldusvahendi paigutamisel ja igas eralduspaberikihi keelamisel olema täpsus—suvaline hälve on vastuvõetamatu. See tase reaalajas hinnangut ja mikro-korrigeerimist ületab praegu masinate võimet, mille "käed" ja "silmad" ei saavuta veel meisterkäte tollivust ja intuitsiooni.
3.6.2.2 Struktuuriline keerukus ja kohanemisvõime
UHV transformatorid tulevad väga paljudes disainides, mis on suurepäraselt keerukad ja muutuvad. Näiteks ±1,100 kV teisendustransformatorites võib olla vaja ühendada erinevaid juhtimistüüpe sündmuste tuhandeid või isegi sadu südant. Operaatorid peavad kiiresti kohandama tehnikat, põhinedes väikeste erinevustel juhtimaterjalide vahel—sarnaselt "veresoonete ühendamisele". See mitte-standardiseeritud, kõrge kohanemisvõimuga otsustamis- ja täitmismeetod on just see, kus inimlik oskus väljastub.
3.6.2.3 Kompromissideta kvaliteedi jälgimine
Üks kinnitus sisaldab tuhandete kriitiliste üksikasju. Väikseima ebaõnnestumise—nagu ühe kihi eralduspaberite jätmise—tulemusena võib tekkinud eraldusest purunemine viia ümberkorraldamiskuludele, mis võivad ulatuda sadade tuhandete kuni miljonite RMB-ni, ja võivad ohustada kogu elektrivõrgu turvalisust. Sellise äärmise kvaliteediriski korral on endiselt kõige usaldusväärsem lähenemine on sellel, et luua suure vastutusega ja erakordselt osklikud meistrid.
4. Tootmine
UHV transformatori tööstuses mõõdetakse aastalist tootmist tavaliselt kogukapasitatsina (kVA), mitte üksuste arvuna, kuna üksikute transformatorite mõõdikud võivad drastiliselt erineda—alates paarist sadast MVA kuni üle 1,000 MVA ühe üksuse kohta.
4.1 Praktikaline kapasitus ja strateegiline tasakaal
Kui inimkäte kinnitus on nii aega kuluv, kuidas rahuldab tööstus nõudlust?
4.1.1 Usaldusväärsus kiiruselt
UHV transformatorid nimetatakse tihti elektrivõrgu "südameks", kus usaldusväärsus on esmatähtis. Näiteks Meister Kunstnik Zhang Guoyun on 25 aasta jooksul osalenud üle 10,000 kinnitusi, kus juhtimispikkus ületab 40,000 kilomeetrit. Tema kätese kinnitusi kihtidevaheline tolerants on alati 1 mm—pool tööstusstandardi 2 mm. See erakordne täpsus, mida masinad ei saa stabiilselt taastada, määrab otse transformatori jõudluse ja kasutusaegu.
4.1.2 Kuidas mõõdetakse kapasitust
Nende kõrgetasemeliste varade tootmine toimub rangelt "tellimuse alusel", mitte laovarustuseks—sarnaselt lennukandjate või EUV litograafiamasinate ehitamisele. Kapasitus määratakse siis, kui palju kvalifitseeritud üksusi tootmiskoda suudab edukalt aastas tarnida.
4.1.3 Strategiad, et parandada üldist efektiivsust
Kvaliteediga kompromissi tegemata efektiivsuse tõstmiseks investeerivad tootjad suuresti kvalifikatsiooniga tehniliste meeskondade koolitamisse. Näiteks "Meister Kunstniku Innovatsioonistuudios" on koolitatud üle 2,000 töötajat eduka kinnitusmeetodi. Lisaks on tootmisplaneerimine ja töövoogude haldamine optimeeritud, et tagada silmapaistev koordineerimine kinnitusoperatsioonide ja neile eelnevate ning järgnevate protsesside vahel.
| Sisu | Andmed/Mahud | Oluline teave |
| Tööstusliidri mahud | TBEA-l on aastane tootmiskapasiteet umbes 495 miljonit kVA | Tähistab kõrgeimat kodumaist tootmismahu. |
| Kogu kodumaikapasiteet | 2023. aastal oli Hiina UHV transformatortehnika kapasiteet umbes 50 miljonit kVA (0,5 miljardit kVA) ja 2025. aastaks oodatakse, et see jõuab 60 miljonini kVA (0,6 miljardini kVA) | Tähistab kogu riigi UHV transformatortehnika üldist kapasiteeditasemel. |
| Tootmise tsükkel | UHV transformatortehnika valmistamise tsükkel on äärmiselt pikk, tavaliselt võtab 18-36 kuud | See on kõige kriitilisem tegur, mis piirab aastast tootlust. |
4.2 Miks aastane tootlus on piiratud
Ülevoolvõrgu (UHV) transformatortootmise aastane hulk ei saa mõõta "kümnete tuhandete" näol nagu tavapärased kaubad, peamiselt nende eriti keeruliste valmistamismeetodite ja väga pika valmistusaega tõttu.
4.2.1 Tehniliselt keeruline ja aeglane
Tavaliselt nimetatud elektrivõrgu "südameks", UHV transformatoridel on eriti rangeid standardid disaini, materjalide, valmistamise ja testimise osas. Täisprotsess - alates raakmaterjalide ostmisest ja täpsusega valmistatud olulistel komponentidel (nagu viksid ja tuumad) kuni lõplikule kokkupanekuni ja mitmekuuks jõuliseks testimiseks - võtab väga pikka aega lõpetada.
4.2.2 Kapatsus suurettevõtetele
Maailmas on vaid vähe ettevõtteid, kes omavad võimet toota ±800 kV või suuremaid UHV transformatoreid (nt TBEA, XD Group, Siemens, ABB). Riiklikud UHV projektid heakskiidetakse ja ehitatakse etappide kaupa, transformatorite arvud planeeritakse ette iga suurema projekti korral. Näiteks üks UHV DC edastsuvandprojekt võib nõuda kümnendikke teisendurtransformatoreid. Seega on juhtivate tootjate suur tootmisvõime - näiteks TBEA umbes 500 miljonit kVA - suurettevõtete konkreetsetele suurte projektide tellimustele, mitte spekulatiivseks müügi varudeks.
4.3 Tegevusalade kontekst ja globaalne nõudlus
4.3.1 Tugev kasv kodumaal
Hiina UHV võrgu ehitamine on praegu kiire laienemisperioodil. Kui riiklikus plaanis on 14. viieaastase perioodi (2021–2025) jooksul State Grid plaaninud 38 uut UHV joont - 24 AC ja 14 DC projekti - mis oluliselt laieneb 13. viieaastase perioodi ulatust. See annab stabiilse ja kasvava kodumaise turu UHV transformatoritele.
4.3.2 Kasvav globaalne nõudlus, Hiina kui oluline tarnija
Globaalselt kannatab elektrienergia tööstus tõsises transformatorite puuduses. Standardsete transformatorite toomise aeg on pikenenud kahe aasta järel, suurte elektrijaama transformatorite puhul on see nüüd kolm-kolmest neljani aastat. Selle taustal on Hiina muutunud kriitiliseks globaalseks tarnijaks, tänu oma täielikule tööstusahela, kõrgele tootmise efektiivsusele (nt kui välismaistel tootjatel kulub ühe UHV transformatori ehitamiseks umbes 18 kuud, siis juhtivatel hiinlastel selleks läheb umbes kolm kuud) ja kulusaadavusele. Hiinast eksporteeritud transformatorite maht on kasvanud - esimese kaheksa kuu jooksul 2025. aastal jõudis RMB 29,711 miljardini, üle 50% aastaga võrreldes - näitades, et Hiina tootmisvõime aktiivselt rahuldab kasvavat rahvusvahelist nõudlust.
4. Järeldus
Kui "energiasüda" elektri edastamisel mägede ja orude kaudu, sisaldab UHV transformator kõrgeimat insenöörimeesindust - alates disainist ja materjalidest kuni igaühese valmistamise sammuni. Just need range protsessid ja kriitiliste tehnoloogiate läbimurded toetavad tänapäeva modernset, efektiivset ja väga usaldusväärset UHV elektrivõrgu.
