Продукција на УВХ трансформатори: Спороно поточна неопходна
1. Преглед
Трансформаторите со ултрависоко напон (UHV) се основно опрема во современите системи за енергија. Разбирањето на нивните напонски класи, комплексна структура, прецизни производствени процеси и критички техники на производство ја раскрива причината зошто тие претставуваат врвот на способностите на една држава за производство на електроопрема.
Дефиниција на ниво на напон
Изразот „трансформатор со ултрависоко напон“ обично се однесува на трансформаторите користени во линии за алтернативна траса со напон од 1.000 кВ или повисок, или во линии за директна траса со напон од ±800 кВ или повисок.
1.1 Техничка подложна
Развитокот на такви трансформатори со високо напон е подтикнат од националниот економски и енергетски растеж, со цел да овозможи долг пат, голем капацитет и мал губиток при траса на енергија. На пример, што и до 2010 година, Кина независно разви 1.000 кВ / 1.000 МВА UHV трансформатор.
1.2 UHV во DC траса
Технологијата UHV е еднако важна и во HVDC (високо напон директна струја) траса. На пример, ±1.100 кВ UHV DC конвертер трансформатор е еден од клучните продукти под кинеската стратегија „Made in China 2025“ и „Патот и појасот“, со неговата технологија сега препозната како светски водечка.
2. Главни компоненти
UHV трансформаторите имаат многу комплексна и прецизна структура. Земајќи го типичниот масло-замочен UHV трансформатор како пример, тој се состои главно од следните компоненти:
| Компонент | Функции и карактеристики |
| Железен јдро | Се прави со ламинирање на висококвалитетни силиконски челикени плочи за да се формира главната магнетна кола. Трансформаторите со екстремно високо напон можат да применат иновативни структури како што е шест-модуларното поделено јдро за намалување на губитоци и облеснување на транспорта. |
| Омоти | Вклучуваат високонапонски омоти и низконапонски омоти. Обично, низконапонскиот омот е оплетен во внатрешниот слој, а високонапонскиот омот е оплетен во надворешниот слој. Тоа е критичниот компонент за трансформаторот за да заврши трансформацијата на напонот. |
| Изоловни систем | Вклучува изолов на омоти, изолов меѓу слоеви и трансформаторско масло. Трансформаторите со екстремно високо напон ќе применат многослоен формиран ѕглобен изолов со структура, компактна изолова структура на стената на резервоарот итн., за да се осигура доволно изоловно маржина. |
| Резервоар и трансформаторско масло | Резервоарот прифатува железен јдро, омоти и трансформаторско масло; трансформаторското масло игра улога во изолов и хладење. |
| Уред за регулација на напон | Трансформаторите со екстремно високо напон обично применуваат регулатор на напон со непрекинато променливи позиции на нейтралната точка за регулација на напон, и можат да применат независен надворешен модел на регулација на напон, тоа е, телото на трансформаторот и резервоарот на регулаторот на напонот се распоредени посебно. |
| Хладење систем | Развесува топлината која се генерира во време на работа. Трансформаторите со екстремно високо напон можат да применат напредни дизајни како што е многоканална структура на отстраниување на топлина и нова структура на проток на масло преку железен кламп за оптимизација на отстраниувањето на топлина. |
| Заштитни уреди и бушинги | Вклучуваат конзерватор, гасен реле, абсорбер на влага, безбедносна воздухна патека итн. Високонапонските и низконапонските изоловни бушинги реализираат поврзување помеѓу внатрешни врски и надворешни линии, и гарантираат изолов до резервоарот. Бушингите со екстремно високо напон имаат комплексни дизајни, на пример, многослоена цилиндрична изоловна структура и поддршка со острови ќе се применат за осигурување на униформно електрично поле. |
3. Производствени процеси и клучни технологии
Производството на трансформатори за ултрависоко напрежение (UHV) е систематски инженерен процес, кој се протега од суровите материјали до завршените производи. Наведено е општо изложување на неговите главни производствени фази:
| Фаза | Основно содржание |
| Дизајн и одбор на материјали | Извршување на електромагнетски, изолативен и структурен дизајн според електричките параметри, и одбор на висококвалитетни ферозаводски листови, безкислородни медни жици, високопроизводни изолативни материјали итн. |
| Производство на јадрото | Вклучува резење, слоевитост и зацврствување на ферозаводските листови. Димензионалната точност и квалитетот на слоевитоста директно влијаат на перформансите на магнетната петлица и загубите при празна работа. |
| Производство на обмотките | Обмотување на бобини на специјални машини за обмотување според дизајн параметрите и извршување на изолативна третмана (како што е обмотувањето со изолативен папир). Бројот на обмотки мора да биде точен, распоредот мора да биде тесен, а изолацијата надежна. |
| Изолативна третмана и сушење | Обмотките и телото на трансформаторот треба да поднесат вакуумска лакирање и сушење за подобрување на изолативните перформанси. За производи со екстремно високо напон, може да се користат уреди за гасна фаза со голема моќ во време на монтажа на местото за да се осигура дека содржината на водата во изолативните материјали е ≤ 0,4%. |
| Производство на маслото и компонентите | Производство на маслото и металните структурни компоненти како што се зацврствувачите и защитните плочи. |
| Конечна монтажа | Целосна монтажа на исушено јадро, обмотки, поврзувачки жици итн. во маслото, вклучувајќи ги и распоредот и закрепувањето на поврзувачките жици, како и инсталирањето на аксесоари како што се бушингите и охладувачките уреди. |
| Испитување и тестiranje | Потребни се серија строги испитувања пред достава, како што се испитување на издржливост на изолацијата, испитување на загуби при празна работа/под нагузба, меренје на парцијални разлаги, експеримент со температурно повеќе итн. |
Следните клучни процеси се од важност за перформансата и долготрајноста на трансформаторите со ултрависоко напон (UHV) и бараат специјално внимание:
3.1 Електромагнетски дизајн и контрола на паразитарен магнетен поток
3.1.1 Важност
Трансформаторите UHV имаат многу висока капацитет (на пример, до 500 MVA по гранка), што прави паразитарниот магнетен поток значителен проблем. Претеран паразитарен магнетен поток може да предизвика локално прекумурено нагревање и дополнителни губитоци, што става под опасност сигурната работа.
3.1.2 Клучни размислувања
Мора да се применат напредни техники за електромагнетско моделирање. Мерења како иновативно џокло магнетно ѕидче и „L-образно“ медно ѕидче во споевите на резервоарот се користат за ефективно намалување на губитоците од циркуларни стројеви во структурните компоненти—до 25%.
3.2 Дизајн и обработка на изолацијата
3.2.1 Важност
Изолациониот систем е жизнена линија за надежна работа на трансформаторите UHV, бидејќи мора да издруга многу високи оперативни напони и потенцијални прекумурени напони.
3.2.2 Клучни размислувања
Дизајни како мулти-слојна формирана изолација со аголни прстени се прифаќаат за осигурување на униформна дистрибуција на електричното поле и доволен маргин на изолација на краевите на колаците и излезите. Процесите на вакуумна пропитка и сушење мора да се строго контролираат—на пример, со користење на висококапацитетна вапорна фазна опрема на местото за сушење за осигурување на целосно сушење на изолационите материјали, достигнувајќи содржина на влага ≤ 0,4%. Ова е критично за спречување на парцијална дисипација и пробој на изолацијата.
3.3 Процес на монтажа на местото
3.3.1 Важност
Во региони со сложени услови за превоз—како на високи надморски нивоа или планински области—трансформаторите UHV мора да се монтираат на местото. Ова вклучува демонтажа, превоз, заштита и повторна монтажа на хиљади компоненти, што прави неговиот дизајн и комплексност на процесот да далеку надмине оние на конвенционалните трансформатори.
3.3.2 Клучни размислувања
Есенцијални се модуларните структурни дизајни—на пример, сегментирани џокла рамки и отстранили се поврзувачки структури. Толеранците на монтажата на местото мора да достигнат прецизност на милиметарно ниво (на пример, девиација на центрирање на колаците до џоклото < 3 мм). Потребен е строг процес за контрола на толеранциите, превенција на влага и заштита од чистота за осигурување на перформанса по монтажата.
3.4 Изработка на обмотки и контрола на квалитет
3.4.1 Важност
Квалитетот на обмотките директно одредува електричната перформанса, механичката јачина и капацитетот за оддржување на кратки поврзувања на трансформаторот.
3.4.2 Клучни размислувања
Мора да се користи автоматска опрема за обмотување за постигнување на прецизна контрола на напрегнувањето и порамнување на слоевите. Последно, се провежуваат тестови на издржување на напонот на делови и DC отпор за елиминација на ризици како што е кратко поврзување меѓу обмотките.
3.5 Фабрички прифатувачки тестови и меренје на парцијална дисипација
3.5.1 Важност
Овие тестови служат како последна проверка на квалитет пред испорака, идентификувајќи потенцијални дефекти во дизајнот или производството.
3.5.2 Клучни размислувања
Освен стандардните тестови, меренјето на парцијална дисипација (PD) е особено критично. PD тестовите се високо чувствителни на мали дефекти во изолацијата и служат како ключен индикатор за состојбата на внатрешната изолација.
3.6 Обмотување на колаците за трансформаторите UHV
3.6.1
| Фаза | Улога и вредност на рачки операции | Улога на механички/техничка помош |
| Процес на намотување јадрото | Доминантна. Занаетчиите се полагаат на чувството во раката, видок и искуство за прецизно контролирање на хиляди детали како што е позицијата на жицата, тесното и поставувањето на изолаторски делови. | Помошна. Предоставува стабилна платформа за намотување и основна моќ, но не може да замени финалната прецизна подесувања. |
| Прецизна контрола | Основен гарантан. Најдобри занаетчи можат да контролираат толеранцијата меѓу две слоеви на жица до 1мм (индустријалниот стандард е 2мм) за осигурување на оптимална електрична функционалност. | Предоставува мерни алатки (како линии), но реализацијата на прецизноста зависи од моменталната пресуда и подесувања на занаетчиите. |
| Специјални процеси (на пример, сварување) | Незаменлива. Соодветствувајќи на стотици типови на жици и хиляди точки за сварување, занаетчиите треба да ги контролираат температурата, растојанието и временските параметри, како на пример при процесот на високочестотно сварување. | Предоставува опрема за сварување, но контролата на параметрите и операцијата целосно зависи од вештините на занаетчиите. |
| Будучинско насока на развој | „Тактичната знаење“ на искуствени занаетчи все уште е крајната вредност. | Интелектуализација и дигитализација. Преобразување на искуството на одлични занаетчи во податоци за проследливост на квалитетот и мониторинг на околината, накумулирање на знаење за бидућа интелигенција. |
3.6.2 Причини зашто виткањето на бобина не може да биде целосно автоматизирано
Постојат три главни причини зашто рачниот вештинички рад останува незаменлив во виткањето на бобините на UHV трансформатори:
3.6.2.1 Екстремни барања за прецизност
Бобините на UHV трансформаторите обично се виткани од хиляди метри проводник, формирајќи неколку хиляди виткови, со финален вес кој достигнува 20–30 метрични тони. Низ целиот процес на виткање, секое ударавање со чекиќ, поставување на секој изолаторски размак и обвивка на секој слој изолаторска хартија мора да се изведе со абсолютна прецизност—било какво одклонување е неприфатливо. Овој ниво на реално време пресуда и микроправки надминува моменталните капацитети на машините, чијата „раце“ и „очи“ все уште не можат да се споредат со дестрината и интуицијата на мастерски вештиничари.
3.6.2.2 Структурна комплексност и прилагодливост
UHV трансформаторите доаѓаат во широк асортиман на дизајни со многу комплексни и променливи структури. На пример, во ±1,100 kV конвертерски трансформатори, може да бидат потребни стотици или илјадници лојови за поврзување на различни типови на проводници. Операторите мора да прават технички приспособувања на лету подолгу минути различавања во материјалите на жичевите—подобно на „поврзување на капиларни“. Оваа нестандардизирана, многу прилагодлива одлука и извршување е точно таму каде што рачната вештина изгледа.
3.6.2.3 Некомпромисно трагање по квалитет
Една бобина вклучува десетици хиляди критични детали. Най-мала помаленица—како што е пропуштањето на еден слој изолаторска хартија—може да доведе до прекин на изолацијата, што ќе резултира со повторни трошоци од неколку стотици или илјадници јуани, и потенцијално ќе компромитира безбедноста на целата електроенергетска мрежа. Забелешено оваа екстремна ризика од квалитет, зависењето од многу одговорни и изузетно вешти вештиничари останува најдостојната пристап.
4. Производствена капацитет
Во индустријата на UHV трансформатори, годишниот производ обично се мери во целосна капацитет (во kVA), а не по број на единици, бидејќи оценките на индивидуалните трансформатори варираат драматично—од неколку стотици MVA до над 1,000 MVA по единица.
4.1 Практична капацитет и стратегиско равновесие
Забелешено времетрачивата природа на рачното виткање, како индустријата го задоволува барањето?
4.1.1 Релевантност над брзина
UHV трансформаторите често се нарекуваат „срце“ на електроенергетската мрежа, каде што релевантноста е најважна. На пример, Мастер Вештиничарот Zhang Guoyun учествувал во виткањето на над 10,000 бобини за 25 години, со тотална должина на проводник над 40,000 километри. Неговите рачно виткани бобини редовно постигнуваат терпимости на проводник помеѓу слоеви во рамки на 1 мм—пола стандард на индустријата од 2 мм. Оваа изузетна прецизност, која машините уште не можат стабилно да ја реплицираат, директно определува перформансата и долговечноста на трансформаторот.
4.1.2 Како се мери капацитетот
Овие висококвалитетни активи се произведуваат строго „по нарачка“, а не за залиха—слично на градеж на авионски креви или EUV литографски машини. Капацитетот затоа се дефинира колку квалификувани единици една фабрика може успешно да достави во една година.
4.1.3 Стратегии за подобрување на целосната ефикасност
За да се подобри ефикасноста без да се компромитира квалитетот, производителите инвестираат многу во градба на големи тими на високо квалификувани техници. На пример, „Мастер Вештиничарски Инновативни Студији“ ги обучиле над 2,000 работници во напредни техники на виткање. Дополнително, планирањето на производство и управувањето со рабочиот проток се оптимизирани за да се осигура беспрекинато координирање помеѓу основните операции на виткање и поддржувачките процеси пред и по тоа.
| Содржина | Податоци/Маса | Клучни информации |
| Капацитет на индустријски лидер | TBEA има годишна капацитет од околу 495 милиони кВА | Представува домашен производ со најголем масштаб. |
| Вкупен домашен капацитет | Во 2023 година, капацитетот на трансформаторите за ултра-висок напон во Кина беше околу 50 милиони кВА (0.5 милијарди кВА), и очекува се да стигне до 60 милиони кВА (0.6 милијарди кВА) во 2025 година | Рефлектира вкупната нивоа на капацитетот на трансформаторите за ултра-висок напон на целиот земја. |
| Циклус на производство | Производствениот циклус на трансформаторите за ултра-висок напон е изврло долг, обично поминува 18 до 36 месеци | Ова е најкритичниот фактор кој го ограничува годишниот производ. |
4.2 Зошто е ограничен годишниот производ
Годишниот производ на трансформатори за ултрависок напон (UHV) не може да се мери во „десетки хиляди“ како обичајните стоки, главно поради нивните изврстно комплексни производствени процеси и изврстно долги циклуси на производство.
4.2.1 Технички комплексни и временски интензивни
Често наречени како „срце“ на електричната мрежа, UHV трансформаторите се подложени на изврстно строги стандарди во дизајн, материјали, производство и тестирење. Целиот процес - од набавување на сурови материјали и прецизно производство на клучни компоненти (како намотани виткачи и језгра) до крајна собирање и месеци долги ригорозни тестови - отнема многу време да се заврши.
4.2.2 Капацитетот е доделен на неколку големи проекти
Глобално, само неколку компании поседуваат способноста да произведуваат UHV трансформатори со напон од ±800 kV или повисок (напр. TBEA, XD Group, Siemens, ABB). Националните UHV проекти се одобруваат и градат во фази, со бројот на трансформатори внимателно планиран предварително за секој голем проект. На пример, еден единствен UHV DC преносен проект може да бара десетки конвертерски трансформатори. Следствено, масивниот производствен капацитет на водечките производители - како што е близу 500 милиони kVA на TBEA - е доделен на исполнување на специфични големи нарачки за проекти, а не на производство на запаси за спекулација.
4.3 Индустриски контекст и глобална барање
4.3.1 Силно домашко растење
Конструкцијата на UHV мрежа во Кина моментално е во период на брзо проширување. Според националното планирање, во периодот на 14-та петгодишна програма (2021-2025), Државната мрежа ја планирала 38 нови UHV линии - состојачки 24 AC и 14 DC проекти - значајно проширани над скалата на 13-та петгодишна програма. Ова нуди стабилен и растечки домашен пазар за UHV трансформатори.
4.3.2 Силно глобално барање со Кина како клучен доставчик
Глобално, електричната индустрија сега се соочува со сериозен недостаток на трансформатори. Времетраењето на испорака за стандардни трансформатори се проширило над две години, а за големи енергетски трансформатори, тоа сега достигнува три до четири години. Против овој фон, Кина се појавила како критичен глобален доставчик, благодарение на својата целостна индустријска верига, висока производствена ефикасност (напр. додека настанува околу 18 месеци за страни производители да изградат еден UHV трансформатор, водечките кинески компанија можат да го завршат за околу три месеци) и конкурентност во цената. Извозот на трансформатори од Кина биле зголемени - достигнувајќи 29,711 милијарди јуан во првите осум месеци од 2025 година, зголемување од повеќе од 50% годишно - што покажува дека производствената капацитет на Кина активно задоволува растечката интернационална барање.
4. Заклучок
Како „средство за енергија“ кој пренесува електричество преку планини и долини, UHV трансформаторот емблематизира највисоките нивоа на инженерско мастерство - од дизајн и материјали до секое едно производствено чекор. Таа точно се овие ригорозни процеси и промени во критичните технологии што го поддржуваат модерната, ефикасна и високо надежна UHV електрична мрежа денес.
