Augstsprieguma transformatoru ražošana: Lēna, precīza, būtiska
1. Pārskats
Ultraugtais sprieguma (UHV) transformatorus ir moderno enerģijas sistēmu galvenais aprīkojums. To sprieguma līmeņu, sarežģītās struktūras, precīzā ražošanas procesa un kritiskās ražošanas tehnoloģijas izpratne atklāj, kāpēc tie pārstāv valsts enerģijas aprīkojuma ražošanas spējas augstāko līmeni.
Sprieguma līmeņa definīcija
Termins "ultraugtais sprieguma transformators" parasti attiecas uz transformatoriem, kas tiek izmantoti AC pārvades līnijās ar 1 000 kV vai augstāku spriegumu, vai DC pārvades līnijās ar ±800 kV vai augstāku spriegumu.
1.1 Tehniskais fons
Tādu augsta sprieguma transformatoru attīstība tiek veicināta valsts ekonomikas un enerģētikas nozares izaugsmes dēļ, mērķis ir ļaut tālu attālumā, lielos apjomos un ar zemu zaudējumu pārvadāt enerģiju. Piemēram, jau 2010. gadā Ķīna neatkarīgi attīstīja 1 000 kV / 1 000 MVA UHV transformatoru.
1.2 UHV DC pārvadē
UHV tehnoloģija ir vienādi kritiska HVDC (augsta sprieguma tiešā strāva) pārvadē. Piemēram, ±1 100 kV UHV DC konvertera transformators ir viens no galvenajiem produktiem Ķīnas "Made in China 2025" un "Belt and Road Initiative" stratēģijā, un tā tehnoloģija tagad tiek atzīta par pasaules vadošo.
2. Galvenie komponenti
UHV transformatori ietver ļoti sarežģītu un precīzu struktūru. Ņemot vērā tipisku eļļas nomalcinātu UHV transformatoru, tas galvenokārt sastāv no šādiem komponentiem:
| Komponents | Funkcijas un īpašības |
| Dzelzs šķērsgabals | Tas izgatavots, savienojot augstas kvalitātes silīcija dzelzs plāksnes, lai veidotu galveno magnētisko ceļu. UHV transformatoriem var tikt izmantotas inovatīvas struktūras, piemēram, sešu moduļu sadalītais šķērsgabals, lai samazinātu zaudējumus un vienkāršotu transportēšanu. |
| Vijoles | Iekļauj augspiedura vijolas un zempiedura vijolas. Parasti zempiedura vijola tiek vijuota iekšējā slāņa, bet augspiedura vijola - ārējā slāņa. Tā ir galvenā komponente, ar kuru transformators veic sprieguma pārveidošanu. |
| Izolācijas sistēma | Iekļauj vijolu izolāciju, starpslāņu izolāciju un transformatora eļļu. UHV transformatoriem var tikt izmantotas daudzslāņu formētas stūra gredzena izolācijas struktūras, ciešas rezervuāra sienas barjeras izolācijas struktūras utt., lai nodrošinātu pietiekamu izolācijas mēru. |
| Eļļu rezervuārs un transformatora eļļa | Eļļu rezervuārs ietver dzelzs šķērsgabalu, vijoles un transformatora eļļu; transformatora eļļa veic izolācijas un dzesēšanas funkciju. |
| Sprieguma regulēšanas ierīce | UHV transformatoriem parasti tiek izmantots nulles punkta uzslodzes maiņa sprieguma regulēšanai, un var tikt izmantots neatkarīgs ārējais sprieguma regulēšanas režīms, t.i., transformatora pamatteilā un sprieguma regulēšanas kompensācijas transformatora rezervuārs tiek ievietoti atsevišķi. |
| Dzesēšanas sistēma | Tā izsala darbības laikā radīto siltumu. UHV transformatoriem var tikt izmantotas modernas dizainas, piemēram, daudzkanālu korpusa siltuma izsalošanas struktūra un jauna dzelzs šķērsgabala kleju eļļas caurules struktūra, lai optimizētu siltuma izsalošanu. |
| Aizsardzības ierīces un čokāni | Iekļauj rezervuārus, gāzes relejas, mitruma absorberus, drošības gāzdzirnavas utt. Augspiedura un zempiedura izolācijas čokāni realizē iekšējo vedņu un ārējo līniju savienojumu, nodrošinot izolāciju no rezervuāra. UHV čokāniem ir sarežģīti dizaini, piemēram, tiks izmantotas daudzslāņu izolācijas cilindru un atbalsta stiprinājumu struktūras, lai nodrošinātu vienmērīgu elektrisku lauku. |
3. Ražošanas procesi un galvenās tehnoloģijas
Augstsprieguma (UHV) transformatoru ražošana ir sistēmiska inženierzinātniskā procesa, kas sākas ar nerafinētajiem materiāliem un beidzas ar gatavu produktu. Tālāk sniegti tā galvenie ražošanas posmi:
| Stāds | Galvenais Saturs |
| Dizains un materiālu izvēle | Veic elektromagnētisko, izolācijas un strukturālo dizainu, pamatojoties uz elektriskajiem parametriem, un izvēlas augstas kvalitātes silīcija plāksnes, bezskābekļa vaļu dārgumi, augstas veiktspējas izolācijas materiālus utt. |
| Dzelzs šķidruma ražošana | Ietver silīcija plāksņu apgriešanu, apkārtējo salikšanu un fiksēšanu. Izmēru precizitāte un apkārtējās kvalitātes tieši ietekmē magnētisko ceļa veiktspēju un tukšas slodzes zudumu. |
| Vijumu ražošana | Vijumu vija speciālajos vijuma mašīnās, saskaņā ar dizaina parametriem, un veic izolācijas apstrādi (piemēram, apvijot ar izolācijas papīru). Viju skaitam jābūt precīzam, novietojumam ciešam, un izolācijai drošai. |
| Izolācijas apstrāde un sausināšana | Vijumiem un transformatora ķermenim jāveic vakuuma lakēšana un sausināšana, lai uzlabotu izolācijas veiktspēju. UHV produktiem var izmantot lielvarīgu gāzes fāzes sausināšanas ierīces vietējā montāžā, lai nodrošinātu, ka izolācijas materiālu mitruma saturs ≤ 0,4%. |
| Eļļas rezervuāra un komponentu ražošana | Ražo transformatora eļļas rezervuārus un metāla strukturālos komponentus, piemēram, klāpas un aizsargplaknes. |
| Beigu montāža | Integrāli montē sausināto dzelzs šķidrumu, vijumus, vadītājus utt. eļļas rezervuārā, ietver vadītāju novietošanu un fiksēšanu, kā arī pievieno piekari, piemēram, kontaktkokiles un dzesēšanas ierīces. |
| Pārbaude un testēšana | Pirms piegādes nepieciešamas ir vairākas stingras pārbaudes, piemēram, izolācijas sprieguma noturības tests, tukšas/slodzes zudumu tests, daļēja izplūdes mērījums, temperatūras kāpuma eksperiments utt. |
Sekojo procesi ir kritiski svarīgi ultrarāju (UHV) transformatoru veiktspējai un darbības ilgumam, un tiem jāpievērš īpaša uzmanība:
3.1 Elektromagnētiskais dizains un blakus magnētlaika kontrole
3.1.1 Svarīgums
UHV transformatori ir ar ļoti lielu jaudu (piemēram, līdz 500 MVA katrā sparnā), kas padara blakus magnētlaiku par vēl svarīgāku problēmu. Pārmērīgs blakus magnētlaiks var izraisīt vietējo pārsildīšanos un papildu zudējumus, apdraudot drošu darbību.
3.1.2 Galvenie aspekti
Jāpielieto pašreizējie elektromagnētiskās simulācijas metodes. Tiek izmantotas tādas pasākumi kā inovatīva jūka magnētiskā aizsarga sistēma un "L-formas" medibas aizsargāšana riepu savienojumu vietās, lai efektīvi samazinātu strukturālo komponentu eddija strāvas zudējumus—līdz 25%.
3.2 Izolācijas struktūras dizains un apstrāde
3.2.1 Svarīgums
Izolācijas sistēma ir būtiska UHV transformatoru uzticībai, jo tai jāturējas pret ļoti augstiem darbības spriegumiem un potenciālajiem pārspriegumiem.
3.2.2 Galvenie aspekti
Tiek pieņemti tādi dizaini kā daudzslāņu formētas stūra gredzena izolācijas struktūras, lai nodrošinātu vienmērīgu elektriskā lauka sadalījumu un pietiekamu izolācijas mākoņu robežu sarkstu galos un vadu izlezēs. Vakuumā notiekošā impregnācijas un sausināšanas procesi jākontrolē stingri—piemēram, izmantojot lielapjoma vietējos gaismāfas fāzes sausināšanas iekārtas, lai nodrošinātu izolācijas materiālu pilnīgu sausināšanu, sasniedzot mitruma saturu ≤ 0,4%. Tas ir būtisks, lai novērstu daļējo izlādi un izolācijas sabrukumu.
3.3 Vietējais montāžas process
3.3.1 Svarīgums
Reģionos ar grūtām transporta apstākļiem—piemēram, augstākās atrašanās vietas vai kalnu rajonos—UHV transformatorus jāmontē vietēji. Tas ietver tūkstošiem komponentu demontāžu, transportēšanu, aizsardzību un remontāžu, kas padara to dizainu un procesa sarežģītību daudz lielāku nekā parastajiem transformatoriem.
3.3.2 Galvenie aspekti
Būtiski ir modulārie strukturālie dizaini—piemēram, segmentētas kodola rāmis un noņemamas savienojuma struktūras. Vietējās montāžas tolerances jāsasniedz milimetros precīzitāte (piemēram, sarksts līdz kodola centra novietojuma atklībe < 3 mm). Nodrošināt jātiek stingrs process toleranciju kontrolē, mitruma novēršanai un tīrības aizsardzībai, lai garantētu pēc montāžas veiktspēju.
3.4 Virpes izgatavošana un kvalitātes kontrole
3.4.1 Svarīgums
Virpes kvalitāte tieši nosaka transformatora elektrisko veiktspēju, mehānisko stiprumu un īsās slodzes izturību.
3.4.2 Galvenie aspekti
Jāizmanto automatizētas virpes izgatavošanas ierīces, lai sasniegtu precīzu sprieguma kontrolēšanu un slāņu novietojumu. Pēc virpēšanas tiek veikti testi, piemēram, strāvas frekvences izturības un G Kempfera rezistances testi, lai izslēgtu riskus, piemēram, starpvirpes īsoslodzes.
3.5 Rūpnīcas pieņemšanas testi un daļēja izlādes mērīšana
3.5.1 Svarīgums
Šie testi ir galvenais kvalitātes pārbaudes punkts pirms piegādes, identificējot potenciālas defektas dizaina vai ražošanas laikā.
3.5.2 Galvenie aspekti
Pāri standarta testiem, daļēja izlādes (DI) mērīšana ir īpaši svarīga. DI mērījumi ir ļoti jūtīgi pret mazākām izolācijas defektām un kļūst par galveno indikatoru iekšējās izolācijas stāvoklim.
3.6 UHV transformatoru virpes izgatavošana
3.6.1
| Stāds | Manuālās darbības loma un vērtība | Mehāniskā/tehniskā palīdzības loma |
| Šķidruma apvijšana | Dominējoša. Amatiņi uzticami savai jūtai, redzei un pieredzei, lai precīzi kontrolētu tūkstošiem detaļu, piemēram, šķidruma pozīciju, ciešumu un izolējošo daļu novietojumu. | Piedāvā stabila apvijšanas platformu un pamata enerģiju, bet nevar aizstāt galīgo drošijsregulēšanu. |
| Precīzā kontrole | Galvenais garantija. Labākie amatiņi var kontrolēt atstarpi starp diviem šķidruma slāņiem līdz 1 mm (industrijas standarts ir 2 mm), lai nodrošinātu optimālo elektrotehnisko veiktspēju. | Piedāvā mērīšanas rīkus (piemēram, lineālus), bet precīzuma sasniegšana atkarīga no amatiņu pašreizējās novērtēšanas un mazākās regulēšanas. |
| Speciālie procesi (piemēram, savienošana) | Nepaņemama. Saskaroties ar simtiem šķidruma veidiem un tūkstošiem savienošanas punktiem, amatiņi jākontrolē precīzi temperatūru, attālumu un laiku, piemēram, augstfrekvences savienošanas procesā. | Piedāvā savienošanas iekārtas, bet parametru kontrolēšana un operācijas pilnībā atkarīgas no amatiņu prasmēm. |
| Nākotnes attīstības virzieni | Izpētotu amatiņu "neizrunāta zināšana" joprojām ir centrālā elementa. | Inteligentizācija un digitalizācija. Izpētotu amatiņu pieredzi pārvērš par datiem kvalitātes izsekošanai un vides monitorēšanai, uzkrājot zināšanas nākotnes intelektam. |
3.6.2 Iemesli, kāpēc spuldzes virpes nevar pilnībā automatizēt
Ir trīs galvenie iemesli, kāpēc manuālais amatniecības darbs UHV transformatoru spuldzes virpēšanā joprojām ir aizstājams:
3.6.2.1 Ārkārtīgi stingri precizitātes prasības
UHV transformatoru spuldzes parasti tiek virpietas no tūkstošiem metru pārvadājamā materiāla, veidojot vairākus tūkstošus apgriezienus, ar galīgo sveru, kas sasniedz 20–30 metrikus tonnas. Visā virpēšanas procesā katrs mokas trieciens, katra izolējošā atstarpa uzstādīšana un katra izolējošā papīra slāņa aptaukošana jāveic ar absolūtu precizitāti — jebkura novirze ir nepieņemama. Šis reāllaika novērtējuma un mikroregulēšanas līmenis pārsniedz pašreizējās mašīnu spējas, kuru “ roku” un “ acis” joprojām nevar salīdzināt ar meistaru amatnieku drosminātspēju un intuīciju.
3.6.2.2 Struktūras sarežģītība un pielāgojamība
UHV transformatori pieejami daudzās dizainu variantos ar ļoti sarežģītām un mainīgām struktūrām. Piemēram, ±1,100 kV konvertertransformatoros var būt nepieciešamas simti vai pat tūkstoši sodēšanas savienojumi, lai savienotu dažādas vadītāju veidus. Operators jāpielāgo tehnoloģijas, pamatojoties uz mazākajām atšķirībām drōtu materiālos — tāpat kā “kapilāru savienošana”. Šis nestandartizētais, augsti pielāgojamais lēmumu pieņemšanas un izpildes process ir tieši tas, kur manuālā prasme izcels.
3.6.2.3 Nepārprotama kvalitātes meklēšana
Viena spuldze ietver desmit tūkstošus kritisku detaļu. Pat mazākās pārslēpšanas — piemēram, viena izolējošā papīra slānis — var izraisīt izolācijas bojājumu, kas noved pie remonta izmaksām, kas sasniedz simtiem tūkstošu vai pat miljonu RMB, un potenciāli apdraud veselā enerģijas tīkla drošību. Ņemot vērā šo ārkārtīgo kvalitātes risku, uzticība augstai atbildībai un izcilam amatniekiem joprojām ir visuvisdrošākais risinājums.
4. Ražošanas kapacitāte
UHV transformatoru rūpniecībā gada raža parasti tiek mērīta kopējā kapacitātē (kVA), nevis vienību skaitā, jo individuālo transformatoru reitingi var būt diezgan atšķirīgi — no dažiem simtiem MVA līdz pāri 1,000 MVA vienībai.
4.1 Praktiska kapacitāte un stratēģisks līdzsvars
Noskatoties uz manuālās virpēšanas ilgstošo raksturu, kā rūpniecība nodrošina pieprasījumu?
4.1.1 Uzticamība pār ātrumu
UHV transformatori bieži tiek saukti par elektrotīkla “sirdi”, kur uzticamība ir galvenā prioritāte. Piemēram, Meistars Zhang Guoyun ir piedalījies vairāk nekā 10,000 spuldžu virpēšanā 25 gadu laikā, ar kopējo pārvadājamā materiāla garumu, kas pārsniedz 40,000 kilometrus. Viņa rokām virpitās spuldzes pastāvīgi sasniedz starpslāņu vadītāju toleranci līdz 1 mm — pusē no rūpniecības standarta 2 mm. Šī izcilā precizitāte, ko mašīnas vēl nevar stabili atkārtot, tieši nosaka transformatoru veiktspēju un izmantošanas laiku.
4.1.2 Kā mēra kapacitāti
Šie augstākās kvalitātes aktīvi tiek ražoti strikti “pasūtījuma vadītos” apstākļos, nevis krājumiem — līdzīgi kā lidmašīnu transportieru vai EUV fotogrāfēšanas mašīnu ražošanai. Tāpēc kapacitāte tiek definēta pēc tā, cik kvalificētas vienības rūpnīca var veiksmīgi piegādāt gadā.
4.1.3 Stratēģijas kopējā efektivitātes uzlabošanai
Lai uzlabotu efektivitāti, neapdraudot kvalitāti, ražotāji lielā mērā investēja izpratnes attīstīšanā lielās kvalificētu tehniķu komandas. Piemēram, “Meistaru Inovācijas Studijas” ir apmācis vairāk nekā 2,000 darbiniekus pašreizējās virpēšanas tehnoloģijās. Papildus tam, ražošanas plānošana un darba plūsmas pārvaldība tiek optimizēta, lai nodrošinātu bezsekmju koordināciju starp galvenajām virpēšanas operācijām un atbalstošajiem procesiem pirms un pēc tām.
| Saturs | Dati/Lielums | Galvenā Informācija |
| Nozari Līdere Kapacitāte | TBEA ir gada kapacitāte aptuveni 495 miljoni kVA | Pārstāv valsts mērogā lielāko ražošanas apjomu. |
| Kopējā Valsts Kapacitāte | 2023. gadā Ķīnas UHV transformatoru kapacitāte bija aptuveni 50 miljoni kVA (0,5 miljardi kVA), un 2025. gadā tā paredzēta sasniedz 60 miljoni kVA (0,6 miljardi kVA) | Atspoguļo vispārējo UHV transformatoru kapacitātes līmeni pa valsti. |
| Ražošanas Cikls | UHV transformatoru ražošanas cikls ir ļoti ilgs, parasti tas aizņem 18 līdz 36 mēnešus | Šis ir galvenais faktors, kas ierobežo gada produkciju. |
4.2 Kāpēc gadā izstrādātā apjoma ir ierobežota
Augstsprieguma (UHV) transformatoru gada ražošanas apjoms nevar tikt mērots "desmitiem tūkstošu" vienību, kā parasti tiek darīts ar parastiem preču veidiem, galvenokārt tāpēc, ka to ražošanas procesi ir ļoti sarežģīti un ražošanas cikli ir ļoti ilgi.
4.2.1 Tehniski sarežģīts un laika satraucošs
Parasti saukti par "elektrotīkla sirdzi", UHV transformatori ir pakļauti ļoti stingriem standartiem no dizaina, materiālu izvēles, ražošanas līdz testēšanai. Vesels process — no sākotnējo materiālu iegādes un galveno komponentu (piemēram, vijumu un kodolu) precīzas izgatavošanas līdz galīgajam montāžai un daudzu mēnešu garajiem rūpīgiem testiem — prasa ļoti ilgu laiku, lai to pabeigtu.
4.2.2 Spēja pievienota tikai dažiem lielprojektiem
Globāli tikai dažas uzņēmumiem ir spēja ražot ±800 kV vai augstāku (piemēram, TBEA, XD Group, Siemens, ABB) UHV transformatorus. Nacionālie UHV projekti tiek apstiprināti un uzbūvēti posmā, ar transformatoru daudzumu, kas iepriekš plānots katram no galvenajiem projektiem. Piemēram, viens UHV DC transmisijas projekts var prasīt desmitiem konvertera transformatoru. Tāpēc, vadošo ražotāju, piemēram, TBEA, gandrīz 500 miljonu kVA lielais ražošanas apjoms, tiek novirzīts, lai apmierinātu specifiskos lielapjoma projektu pasūtījumus, nevis lai ražotu inventāru spekulatīvai pārdošanai.
4.3 Nozares konteksts un globālā pieprasīšana
4.3.1 Spēcīga iekšzemes izaugsme
Ķīnas UHV elektrotīklu būvniecība šobrīd atrodas straujas paplašināšanās periodā. Saskaņā ar nacionālo plānošanu, 14. piecpadsmitgadē (2021–2025) Valsts Tīkls plāno 38 jaunas UHV līnijas—ieskaitot 24 AC un 14 DC projektus—būtiski pārsniedzot 13. piecpadsmitgades mērogu. Tas nodrošina stabila un pieaugoša iekšzemes tirgus UHV transformatoriem.
4.3.2 Globālā pieprasīšana pieaug ar Ķīnu kā galveno piegādātāju
Globāli enerģētikas nozare saskaras ar smagu transformatoru trūkumu. Standarta transformatoru piegādes laiki jau ir pagarinājušies vairāk nekā divus gados, un lielu enerģijas transformatoru gadījumā tie tagad sasniedz trīs līdz četrus gados. Šāda situācija Ķīna ir kļuvusi par galveno globālo piegādātāju, tāpēc, ka tai ir pilns industriālais ķēde, augsta ražošanas efektivitāte (piemēram, kamēr ārvalstu ražotājiem aptuveni 18 mēneši nepieciešami, lai izveidotu vienu UHV transformatoru, vadošie Ķīnas uzņēmumi to var izdarīt aptuveni trīs mēnešos) un izmaksu konkurences spēja. Transformatoru eksporta no Ķīnas apjomi ir strauji pieauguši—pirmajos astoņos 2025. gada mēnešos sasniedzot RMB 29,711 miljardus, palielinoties par vairāk nekā 50% salīdzinājumā ar iepriekšējo gadu—parādot, ka Ķīnas ražošanas spēja aktīvi apmierina pieaugošo starptautisko pieprasījumu.
4. Secinājums
Kā "elektrosirdis", kas pārvada elektroenerģiju pa kalniem un sliekainiem, UHV transformators attēlo visaugstāko inženierzinātnisko sofistikācijas līmeni—no dizaina un materiālu izmantošanas līdz katrai ražošanas fāzei. Tieši šie stingrie procesi un kritisko tehnoloģiju caurpirknes nodrošina mūsdienu moderno, efektīvo un augsti uzticamu UHV elektrotīklu.
