Pengeluaran Penjana UHV: Perlahan Lembut Tetapi Tepat dan Penting
1. Gambaran Keseluruhan
Pengubah tegangan ultra-tinggi (UHV) adalah peralatan utama dalam sistem kuasa moden. Memahami penilaian voltan mereka, struktur yang kompleks, proses pembuatan yang tepat, dan teknik pengeluaran yang penting mengungkapkan mengapa mereka mewakili puncak keupayaan pengeluaran peralatan kuasa negara.
Definisi Tahap Voltan
Istilah "pengubah tegangan ultra-tinggi" biasanya merujuk kepada pengubah tegangan yang digunakan dalam garis penghantaran AC dengan penilaian 1,000 kV atau lebih tinggi, atau garis penghantaran DC dengan penilaian ±800 kV atau lebih tinggi.
1.1 Latar Belakang Teknikal
Pembangunan pengubah tegangan bervoltan tinggi ini didorong oleh pertumbuhan ekonomi nasional dan sektor kuasa, bertujuan untuk membolehkan penghantaran kuasa jarak jauh, kapasiti tinggi, dan kerugian rendah. Sebagai contoh, pada tahun 2010, China telah membangunkan sendiri pengubah tegangan UHV 1,000 kV / 1,000 MVA.
1.2 UHV dalam Penghantaran DC
Teknologi UHV juga sangat penting dalam penghantaran arus terus bervoltan tinggi (HVDC). Sebagai contoh, pengubah tegangan HVDC UHV ±1,100 kV adalah salah satu produk utama di bawah strategi "Made in China 2025" dan "Inisiatif Jalur Sutera", dengan teknologinya kini diiktiraf sebagai terkemuka dunia.
2. Komponen Utama
Pengubah tegangan UHV mempunyai struktur yang sangat rumit dan tepat. Mengambil contoh pengubah tegangan UHV yang direndam minyak, ia terdiri daripada komponen-komponen berikut:
| Komponen | Fungsi dan Ciri-ciri |
| Inti Besi | Ia dibuat dengan melapik lembaran besi silikon berkualiti tinggi untuk membentuk litar magnet utama. Transformator UHV mungkin menggunakan struktur inovatif seperti inti berseksyen enam modul untuk mengurangkan kerugian dan memudahkan pengangkutan. |
| Pengumpulan | Termasuk pengumpulan voltan tinggi dan pengumpulan voltan rendah. Secara umumnya, pengumpulan voltan rendah dililit pada lapisan dalaman, dan pengumpulan voltan tinggi dililit pada lapisan luaran. Ia adalah komponen utama bagi transformator untuk menyelesaikan transformasi voltan. |
| Sistem Pemisahan | Termasuk pemisahan pengumpulan, pemisahan antara lapisan dan minyak transformator. Transformator UHV akan menggunakan struktur pemisahan sudut cincin bertekan pelbagai lapisan, struktur pemisahan dinding tangki padat, dll., untuk memastikan margin pemisahan yang mencukupi. |
| Tangki Minyak dan Minyak Transformator | Tangki minyak menampung inti besi, pengumpulan dan minyak transformator; minyak transformator memainkan peranan pemisahan dan penyejukan. |
| Peranti Penyesuaian Voltan | Transformator UHV biasanya menggunakan peranti penyesuai beban pada titik neutral untuk penyesuaian voltan, dan mungkin menggunakan mod perubahan voltan luaran bebas, iaitu, badan utama transformator dan tangki transformator penyesuaian kompensasi disusun secara berasingan. |
| Sistem Penyejukan | Ia menghilangkan haba yang dihasilkan semasa operasi. Transformator UHV mungkin menggunakan reka bentuk canggih seperti struktur penyejukan badan pelbagai saluran dan struktur saluran minyak gergasi baru untuk mengoptimumkan penyejukan. |
| Peranti Perlindungan dan Soket | Termasuk pengekalan, rel gas, penyerap kelembapan, lorong udara selamat, dll. Soket pemisahan voltan tinggi dan soket pemisahan voltan rendah menjalankan sambungan antara lebuh dalaman dan lebuh luaran, dan memastikan pemisahan terhadap tangki. Soket UHV mempunyai reka bentuk yang kompleks, contohnya, silinder pemisahan pelbagai lapisan dan struktur sokongan akan digunakan untuk memastikan medan elektrik yang seragam. |
3. Proses Pembuatan dan Teknologi Utama
Pembuatan transformator tegangan ultra-tinggi (UHV) adalah proses kejuruteraan sistematik yang merangkumi dari bahan mentah hingga kepada produk jadi. Berikut ini adalah tahap-tahap utama produksinya:
| Fasa | Kandungan Utama |
| Reka Bentuk dan Pemilihan Bahan | Laksanakan reka bentuk elektromagnetik, pengasingan, struktur berdasarkan parameter elektrik, dan pilih lembaran besi silikon berkualiti tinggi, dawai tembaga tanpa oksigen, bahan pengasingan prestasi tinggi, dll. |
| Pembuatan Inti Besi | Termasuk pemotongan, pemilahan, dan penyekatan lembaran besi silikon. Ketepatan dimensi dan kualiti pemilahan secara langsung mempengaruhi prestasi litar magnet dan kerugian beban kosong. |
| Pembuatan Lilitan | Lilitan dililit pada mesin lilitan khas mengikut parameter reka bentuk dan tindakan perlakuan pengasingan (seperti membungkus kertas pengasingan). Jumlah putaran mesti tepat, susunan rapat, dan pengasingan boleh dipercayai. |
| Perlakuan Pengasingan dan Pengeringan | Lilitan dan badan transformator perlu menjalani proses varnishing vakum dan pengeringan untuk meningkatkan prestasi pengasingan. Untuk produk UHV, peranti pengeringan gas fasa kuasa tinggi mungkin digunakan semasa pembangunan di tapak untuk memastikan kandungan air bahan pengasingan ≤ 0.4%. |
| Pembuatan Tangki Minyak dan Komponen | Membuat tangki minyak transformator dan komponen struktur logam seperti gantungan dan perisai. |
| Perakitan Akhir | Merakit inti besi yang telah dikeringkan, lilitan, lembangan, dll. dalam tangki minyak, termasuk menyusun dan menetapkan lembangan, serta memasang aksesori seperti soket dan peranti pendinginan. |
| Pemeriksaan dan Ujian | Siri ujian ketat diperlukan sebelum penghantaran, seperti ujian ketahanan voltan pengasingan, ujian kerugian beban/kosong, pengukuran pelepasan separa, eksperimen peningkatan suhu, dll. |
Proses utama berikut ini sangat penting bagi prestasi dan jangka hayat transformer tegangan ultra-tinggi (UHV) dan memerlukan perhatian khusus:
3.1 Reka Bentuk Elektromagnetik dan Kawalan Flux Liar
3.1.1 Kepentingan
Transformer UHV mempunyai kapasiti yang sangat tinggi (contohnya, hingga 500 MVA setiap lengan), menjadikan flux liar menjadi isu yang lebih ketara. Flux liar yang berlebihan boleh menyebabkan pemanasan tempatan dan kerugian tambahan, mengancam operasi selamat.
3.1.2 Pertimbangan Utama
Teknik simulasi elektromagnetik canggih mesti digunakan. Langkah-langkah seperti perisai magnet yoke inovatif dan "perisai tembaga berbentuk L" di sambungan tangki digunakan untuk mengurangkan kerugian arus eddy pada komponen struktur—hingga 25%.
3.2 Reka Bentuk Struktur Insulasi dan Proses
3.2.1 Kepentingan
Sistem insulasi adalah urat nadi bagi operasi transformer UHV yang dapat dipercayai, kerana ia mesti mampu menahan voltan operasi yang sangat tinggi dan potensi overvoltages.
3.2.2 Pertimbangan Utama
Reka bentuk seperti struktur insulasi sudut gelung berlapis-lapis dicapai untuk memastikan pengedaran medan elektrik yang seragam dan margin insulasi yang mencukupi di hujung gelung dan keluaran utas. Proses penyelaputan vakum dan pengeringan mesti dikawal dengan ketat—contohnya, menggunakan peralatan pengeringan fasa uap berkapasiti tinggi di tapak untuk memastikan pengeringan insulasi bahan secara menyeluruh, mencapai kandungan kelembapan ≤ 0.4%. Ini penting untuk mencegah pelepasan separa dan kegagalan insulasi.
3.3 Proses Perakaman Tapak
3.3.1 Kepentingan
Dalam kawasan dengan keadaan pengangkutan yang sukar—seperti kawasan bertinggi atau berbukit—transformer UHV mesti dirakit di tapak. Ini melibatkan pembongkaran, pengangkutan, perlindungan, dan perakitan semula ribuan komponen, menjadikan kompleksiti reka bentuk dan prosesnya jauh melebihi transformer konvensional.
3.3.2 Pertimbangan Utama
Reka bentuk struktur modul adalah penting—contohnya, rangka inti tersegmen dan struktur sambungan yang boleh dilepas. Toleransi perakaman tapak mesti mencapai presisi tahap milimeter (contohnya, penyimpangan penjajaran pusat gelung ke inti < 3 mm). Proses ketat untuk kawalan toleransi, pencegahan kelembapan, dan perlindungan kebersihan diperlukan untuk memastikan prestasi pasca-perakaman.
3.4 Pembuatan Gelung dan Kawalan Kualiti
3.4.1 Kepentingan
Kualiti gelung secara langsung menentukan prestasi elektrik, kekuatan mekanikal, dan daya tahan terhadap pendek sementara transformer.
3.4.2 Pertimbangan Utama
Perlengkapan pemintalan automatik mesti digunakan untuk mencapai kawalan tegangan dan penyelarasan lapisan yang tepat. Selepas pemintalan, ujian tekanan frekuensi kuasa dan rintangan DC dilakukan untuk menghapuskan risiko seperti pendek antara putaran.
3.5 Ujian Penerimaan Kilang dan Pengukuran Pelepasan Separuh
3.5.1 Kepentingan
Ujian-ujian ini berfungsi sebagai pemeriksaan kualiti akhir sebelum penghantaran, mengenal pasti cacat potensial dalam reka bentuk atau pembuatan.
3.5.2 Pertimbangan Utama
Selain daripada ujian standard, pengukuran pelepasan separuh (PD) adalah sangat kritikal. Ujian PD sangat sensitif terhadap cacat insulasi yang kecil dan bertindak sebagai penunjuk utama keadaan insulasi dalaman.
3.6 Pemintalan Gelung untuk Transformer UHV
3.6.1
| Peringkat | Peranan dan Nilai Operasi Manual | Peranan Bantuan Mekanikal/Teknikal |
| Proses Pembungkusan Inti | Dominan. Tukang bergantung pada rabaan tangan, penglihatan, dan pengalaman untuk mengawal dengan tepat ribuan butir seperti kedudukan wayar, ketegangan, dan penempatan bahagian-bahagian pemisah. | Bantu. Menyediakan platform pembungkusan yang stabil dan kuasa asas, tetapi tidak dapat menggantikan penyesuaian halus akhir. |
| Kawalan Ketepatan | Jaminan inti. Tukang-tukang terbaik boleh mengawal toleransi antara dua lapisan wayar dalam 1mm (piawaian industri adalah 2mm) untuk memastikan prestasi elektrik optimum. | Menyediakan alat ukur (seperti pembaris), tetapi pencapaian ketepatan bergantung kepada penilaian dan penyelarasan halus tukang pada masa itu. |
| Proses Khas (contohnya, Penyambungan) | Tidak dapat digantikan. Menghadapi ratusan jenis wayar dan ribuan titik penyambungan, tukang perlu mengawal dengan tepat suhu, jarak, dan masa, seperti proses penyambungan frekuensi tinggi. | Menyediakan peralatan penyambungan, tetapi kawalan parameter dan operasi sepenuhnya bergantung pada kemahiran tukang. |
| Arah Perkembangan Masa Depan | "Pengetahuan tersirat" tukang berpengalaman masih merupakan inti. | Pintaran dan digitalisasi. Menukar pengalaman tukang-tukang terbaik menjadi data untuk jejak kualiti dan pemantauan persekitaran, mengumpulkan pengetahuan untuk kecerdasan masa depan. |
3.6.2 Sebab Mengapa Pembungkusan Kumparan Tidak Boleh Difull Automatik
Terdapat tiga sebab utama mengapa kerajinan manual tetap tidak tergantikan dalam pembungkusan kumparan transformator UHV:
3.6.2.1 Keperluan Ketepatan yang Sangat Tinggi
Kumparan transformator UHV biasanya dibungkus dari ribuan meter konduktor, membentuk beberapa ribu putaran, dengan berat akhir mencapai 20-30 metrik ton. Sepanjang proses pembungkusan, setiap pukulan palu, penempatan setiap ruang insulasi, dan pembungkusan setiap lapisan kertas insulasi harus dilakukan dengan ketepatan mutlak—setiap penyimpangan tidak dapat diterima. Tahap penilaian masa nyata dan penyesuaian mikro ini melebihi kemampuan mesin semasa, di mana "tangan" dan "mata" mereka masih belum dapat menyamai keluwesan dan intuisi para pengrajin mahir.
3.6.2.2 Kompleksiti Struktur dan Keluwesan
Transformator UHV datang dalam pelbagai reka bentuk dengan struktur yang sangat kompleks dan berubah-ubah. Sebagai contoh, dalam transformator pengubah ±1,100 kV, ratusan atau bahkan ribuan sambungan penyolderan mungkin diperlukan untuk menghubungkan pelbagai jenis konduktor. Pengendali harus menyesuaikan teknik secara segera berdasarkan perbezaan kecil dalam bahan wayar—seperti "menghubungkan kapilari." Keputusan dan pelaksanaan yang tidak piawai, sangat luwes ini adalah di mana keahlian manual bersinar.
3.6.2.3 Pengejaran Kualiti yang Tidak Berbelah Bahu
Satu kumparan melibatkan puluhan ribu detail penting. Sedikit kesalahan—seperti meninggalkan satu lapisan kertas insulasi—dapat menyebabkan pemecahan insulasi, mengakibatkan kos ulangan ratusan ribu hingga jutaan RMB, dan mungkin mengancam keselamatan seluruh rangkaian tenaga. Dengan risiko kualiti yang ekstrem ini, bergantung pada para pengrajin yang amat bertanggungjawab dan sangat mahir tetap menjadi pendekatan yang paling boleh dipercayai.
4. Kapasiti Pengeluaran
Dalam industri transformator UHV, hasil tahunan biasanya diukur dalam kapasiti total (dalam kVA), bukan oleh jumlah unit, kerana penilaian transformator individu berbeza drastik—dari beberapa ratus MVA hingga lebih dari 1,000 MVA per unit.
4.1 Kapasiti Praktikal dan Keseimbangan Strategik
Mengingat sifat pembungkusan manual yang memakan masa, bagaimana industri memenuhi permintaan?
4.1.1 Kebolehpercayaan Melebihi Kelajuan
Transformator UHV sering disebut sebagai "hati" rangkaian tenaga, di mana kebolehpercayaan adalah utama. Sebagai contoh, Pakar Tukang Zhang Guoyun telah terlibat dalam pembungkusan lebih dari 10,000 kumparan selama 25 tahun, dengan panjang konduktor total melebihi 40,000 kilometer. Kumparan yang dibungkus tangannya secara konsisten mencapai toleransi konduktor antara lapisan dalam 1 mm—setengah dari piawaian industri 2 mm. Ketepatan luar biasa ini, yang mesin belum dapat mereplikasi dengan stabil, secara langsung menentukan prestasi dan umur hidup transformator.
4.1.2 Bagaimana Kapasiti Diukur
Aset-aset tinggi ini dihasilkan secara ketat "berdasarkan pesanan," bukan untuk inventori—mirip dengan pembinaan kapal induk atau mesin litografi EUV. Oleh itu, kapasiti didefinisikan oleh berapa banyak unit yang layak yang dapat dikirimkan oleh sebuah kilang dalam setahun.
4.1.3 Strategi untuk Meningkatkan Efisiensi Secara Keseluruhan
Untuk meningkatkan efisiensi tanpa mengorbankan kualiti, pengeluar berinvestasi besar dalam pemupukan pasukan teknisi yang mahir. Sebagai contoh, "Studio Inovasi Pakar Tukang" telah melatih lebih dari 2,000 pekerja dalam teknik pembungkusan canggih. Selain itu, perancangan pengeluaran dan pengurusan aliran kerja dioptimalkan untuk memastikan koordinasi lancar antara operasi pembungkusan inti dan proses sokongan sebelum dan sesudahnya.
| Kandungan | Data/Skala | Maklumat Utama |
| Kapasiti Pemimpin Industri | TBEA mempunyai kapasiti tahunan sekitar 495 juta kVA | Mewakili skala pembuatan domestik teratas. |
| Kapasiti Domestik Keseluruhan | Pada tahun 2023 kapasiti transformator UHV China adalah sekitar 50 juta kVA (0.5 bilion kVA) dan dijangka mencapai 60 juta kVA (0.6 bilion kVA) pada tahun 2025 | Mencerminkan tahap kapasiti keseluruhan transformator UHV di seluruh negara. |
| Siklus Pembuatan | Siklus pembuatan transformator UHV sangat panjang biasanya mengambil masa 18 hingga 36 bulan | Ini adalah faktor yang paling penting dalam mengehadkan output tahunan. |
4.2 Mengapa Pengeluaran Tahunan Terhad
Jumlah pengeluaran tahunan transformator tegangan ultra-tinggi (UHV) tidak dapat diukur dalam "puluh ribu" seperti komoditi biasa, terutamanya disebabkan oleh proses pembuatannya yang sangat kompleks dan siklus penghasilan yang sangat panjang.
4.2.1 Teknikalnya Kompleks dan Memerlukan Waktu yang Lama
Sering disebut sebagai "hati" grid kuasa, transformator UHV tunduk kepada piawaian yang sangat ketat dalam reka bentuk, bahan, pembuatan, dan ujian. Seluruh proses—dari pemerolehan bahan mentah dan fabrikasi tepat komponen utama (seperti lilitan dan inti) hingga perakitan akhir dan ujian berbulan-bulan yang ketat—mengambil masa yang sangat lama untuk diselesaikan.
4.2.2 Kapasiti Dialokasikan kepada Beberapa Projek Mega
Secara global, hanya beberapa syarikat yang mempunyai keupayaan untuk menghasilkan transformator UHV dengan pengecaman ±800 kV atau lebih tinggi (contohnya, TBEA, XD Group, Siemens, ABB). Projek-projek UHV nasional diluluskan dan dibina secara bertahap, dengan jumlah transformator dirancang dengan teliti untuk setiap projek besar. Sebagai contoh, satu projek penghantaran DC UHV mungkin memerlukan puluhan transformator pengubah. Oleh itu, kapasiti pengeluaran yang besar dari pengeluar utama—seperti TBEA yang mendekati 500 juta kVA—diperuntukkan untuk memenuhi pesanan projek berskala besar tertentu daripada menghasilkan stok untuk jualan spekulatif.
4.3 Konteks Industri dan Permintaan Global
4.3.1 Pertumbuhan Dalam Negeri yang Kuat
Pembinaan grid UHV China sedang dalam tempoh perluasan yang pesat. Berdasarkan perancangan negara, semasa tempoh Rancangan Lima Tahun Ke-14 (2021–2025), State Grid telah merancangkan 38 laluan UHV baru—terdiri daripada 24 projek AC dan 14 projek DC—meningkat secara signifikan daripada skala Rancangan Lima Tahun Ke-13. Ini menyediakan pasaran domestik yang stabil dan berkembang bagi transformator UHV.
4.3.2 Permintaan Global Meningkat dengan China sebagai Pemasok Utama
Secara global, industri kuasa menghadapi kekurangan transformer yang serius. Tempoh pengiriman untuk transformer standard telah meregang melebihi dua tahun, dan untuk transformer kuasa besar, ia kini mencapai tiga hingga empat tahun. Dalam konteks ini, China telah muncul sebagai pemasok global penting, berkat rantaian industri yang lengkap, kecekapan pengeluaran yang tinggi (misalnya, sementara pengeluar asing memerlukan kira-kira 18 bulan untuk membina satu transformator UHV, syarikat-syarikat Cina utama boleh menyelesaikannya dalam masa sekitar tiga bulan), dan daya saing kos. Eksport transformer dari China telah meningkat—mencapai RMB 29.711 bilion dalam lapan bulan pertama 2025 sahaja, peningkatan lebih daripada 50% secara tahunan—menunjukkan bahawa kapasiti pengeluaran China aktif memenuhi permintaan antarabangsa yang semakin meningkat.
4. Kesimpulan
Sebagai "hati kuasa" yang menghantar elektrik melintasi gunung dan lembah, transformator UHV mewujudkan tahap kejuruteraan yang paling canggih—dari reka bentuk dan bahan hingga setiap langkah pembuatan. Ialah proses yang ketat ini dan penembusan dalam teknologi kritikal yang menjadi dasar bagi grid kuasa UHV moden, efisien, dan sangat boleh dipercayai hari ini.
