Ultrahoge Spanning Transformatoren Productie: Traag Precies Noodzakelijk
1. Overzicht
Ultra-hogespanning (UHV) transformatoren zijn kernapparatuur in moderne energie-systemen. Het begrijpen van hun spanningniveaus, complexe structuur, precisieproductieprocessen en cruciale productietechnieken toont aan waarom ze de top vertegenwoordigen van een land's vermogen om energieapparatuur te fabriceren.
Definitie Spanningsniveau
De term "ultra-hogespanningstrafo" verwijst meestal naar transformatoren die worden gebruikt in wisselspanningsleidingen met een spanning van 1.000 kV of hoger, of gelijkspanningsleidingen met een spanning van ±800 kV of hoger.
1.1 Technische Achtergrond
De ontwikkeling van dergelijke hoogspanningstransformatoren wordt gedreven door economische groei en de groei van de energie-industrie op nationaal niveau, met als doel het mogelijk maken van langetermijn, hoge capaciteit en laagverlies energietransport. Zo ontwikkelde China bijvoorbeeld al in 2010 onafhankelijk een 1.000 kV / 1.000 MVA UHV-transformator.
1.2 UHV in Gelijkstroomtransmissie
UHV-technologie is even belangrijk in HVDC (high-voltage direct current) transmissie. Bijvoorbeeld, de ±1.100 kV UHV DC-convertertransformator is een van de belangrijkste producten onder China’s “Made in China 2025” en “Belt and Road Initiative” strategieën, waarvan de technologie nu wereldwijd erkend staat als leidend.
2. Hoofdonderdelen
UHV-transformatoren hebben uiterst complexe en nauwkeurige structuren. Met als voorbeeld een typische oliegedrenkte UHV-transformator, bestaat deze voornamelijk uit de volgende componenten:
| Component | Functies en kenmerken |
| IJzeren kern | Gemaakt door het lamineren van hoogwaardige siliciumstaalplaten om de hoofdmagnetische kring te vormen. UHV-transformators kunnen innovatieve structuren zoals een zesmodule gesegmenteerde kern gebruiken om verliezen te verminderen en transport te vergemakkelijken. |
| Spoelen | Inclusief hoogspanningsspoelen en laagspanningsspoelen. Meestal wordt de laagspanningsspoel op de binnenlaag gewikkeld en de hoogspanningsspoel op de buitenlaag. Het is het kerncomponent voor de transformator om de spanningstransformatie te voltooien. |
| Isolatiesysteem | Inclusief spoelisolatie, tussenvoegselisolatie en transformatorolie. UHV-transformators zullen meervoudig gevormde hoekringisolatiestructuren, compacte tankwandbarrièreisolatiestructuren, enz. gebruiken om voldoende isolatiemarge te waarborgen. |
| Olietank en transformatorolie | De olietank bevat de ijzeren kern, de spoelen en de transformatorolie; de transformatorolie speelt de rol van isolatie en koeling. |
| Spanningsregelingsapparaat | UHV-transformators gebruiken meestal een neutraal punt ladingstapelaar voor spanningsregeling en kunnen een onafhankelijke externe spanningsregelingsmodus gebruiken, dat wil zeggen, de transformatorhoofdlichaam en de spanningsregelingscompensatietank worden apart geplaatst. |
| Koelsysteem | Het geleidt de warmte die tijdens de bedrijfsvoering wordt geproduceerd. UHV-transformators kunnen geavanceerde ontwerpen zoals een meerkanaals lichaamswarmtegeleidingsstructuur en nieuwe ijzerkernklamp oliepassagestructuur gebruiken om de warmtegeleiding te optimaliseren. |
| Beschermingsapparatuur en bushings | Inclusief expansietank, gasrelais, vochtabsorbeerder, veiligheidsluchtkoker, enz. Hoogspannings- en laagspanningsisolerende bushings realiseren de verbinding tussen interne leidingen en externe lijnen en garanderen isolatie ten opzichte van de tank. UHV-bushings hebben complexe ontwerpen, bijvoorbeeld meervoudige isolatiecilinders en steunbalkstructuren zullen worden toegepast om een uniform elektrisch veld te waarborgen. |
3. Productieprocessen en sleuteltechnologieën
De productie van ultra-hogespannings (UHV) transformatoren is een systematisch ingenieursproces dat zich uitstrekt van grondstoffen tot eindproducten. Het volgende geeft de belangrijkste productiefasen aan:
| Fase | Kerninhoud |
| Ontwerp en materiaalkeuze | Voer elektromagnetisch, isolatie- en structuurontwerp uit op basis van elektrische parameters, en selecteer hoogwaardige siliciumstaalplaten, zuurstofvrije koperdraden, hoogwaardige isolatiematerialen, enz. |
| Vervaardiging van ijzerkern | Inclusief snijden, stapelen en klemmen van siliciumstaalplaten. De afmetingsnauwkeurigheid en stapelkwaliteit hebben directe invloed op de magnetische circuitprestaties en de leegloopverliezen. |
| Windingproductie | Wind spoelen op speciale windingmachines volgens de ontwerpparameters en voer een isolatiebehandeling uit (zoals het omwikkelen met isolatiepapier). Het aantal windingen moet nauwkeurig zijn, de rangschikking strak, en de isolatie betrouwbaar. |
| Isolatiebehandeling en drogen | De windingen en het transformatorkoepel moeten ondergaan aan vacuüm vernisbehandeling en drogen om de isolatieprestaties te verbeteren. Voor UHV-producten kunnen bij de montage ter plaatse krachtige gasfase droogapparatuur worden gebruikt om de vochtgehalte van isolatiematerialen ≤ 0,4% te garanderen. |
| Vervaardiging van oliebak en componenten | Vervaardig transformatoreoliebakken en metalen structuurcomponenten zoals klampen en schermen. |
| Eindmontage | Integrale montage van de gedroogde ijzerkern, windingen, leidingen, enz. in de oliebak, inclusief het rangschikken en vastzetten van de leidingen, en het installeren van accessoires zoals bushings en koelapparatuur. |
| Inspectie en testen | Een reeks strenge tests is vereist voordat de producten worden afgeleverd, zoals isolatiedrukproeven, leegloop-/belastingsverliesproeven, partiële ontladingmeting, temperatuurstijgingsproeven, enz. |
De volgende belangrijke processen zijn cruciaal voor de prestaties en levensduur van ultra-hogespannings (UHV) transformatoren en vereisen speciale aandacht:
3.1 Elektromagnetisch ontwerp en beheersing van dwarsvlakken
3.1.1 Belangrijkheid
UHV transformatoren hebben een zeer hoge capaciteit (bijv. tot 500 MVA per tak), waardoor dwarsvlakken een groter probleem vormen. Overmatige dwarsvlakken kunnen lokale oververhitting en extra verliezen veroorzaken, wat de veilige werking in gevaar brengt.
3.1.2 Belangrijke overwegingen
Geavanceerde elektromagnetische simulatietechnieken moeten worden toegepast. Maatregelen zoals innovatieve yoke-magnetische afscherming en "L-vormige" koperen afscherming bij tankverbindingen worden gebruikt om effectief stroomcirkelverliezen in structuurcomponenten te verminderen—tot wel 25%.
3.2 Ontwerp en verwerking van isolatiestructuren
3.2.1 Belangrijkheid
Het isolatiesysteem is de levenslijn voor betrouwbare UHV-transformatorbedrijfsvoering, omdat het uiterst hoge werkspanningen en potentiele overspanningen moet doorstaan.
3.2.2 Belangrijke overwegingen
Ontwerpen zoals meervoudig gegoten hoekring-isolatiestructuren worden toegepast om een uniforme elektrisch veldverdeling en voldoende isolatie-margin aan de einden van de spoelen en leidingsuitgangen te waarborgen. Vacuümimprëgnatie- en droogproces moeten strikt worden gecontroleerd—bijvoorbeeld met gebruik van high-capacity on-site dampfasedroogapparatuur om grondige droging van isolatiematerialen te waarborgen, met een vochtgehalte ≤ 0,4%. Dit is cruciaal om partiële ontlading en isolatiebreuk te voorkomen.
3.3 Oplocatie assemblageproces
3.3.1 Belangrijkheid
In gebieden met moeilijke transportomstandigheden—zoals hooggelegen of bergachtige gebieden—moeten UHV transformatoren ter plaatse worden samengesteld. Dit omvat de demontage, transport, bescherming en herassemblage van duizenden componenten, waardoor het ontwerp en procescomplexiteit ver uitstijgen boven die van conventionele transformatoren.
3.3.2 Belangrijke overwegingen
Modulaire structurele ontwerpen zijn essentieel—bijvoorbeeld gesectioneerde kernframes en losmaakbare verbindingstructuren. De oplocatie assemblagetoleranties moeten millimeter-nauwkeurig zijn (bijv., afwijking van de spoel-tot-kern centra < 3 mm). Een streng proces voor tolerantiecontrole, vochtpreventie en reinheidsbescherming is vereist om de post-assemblageprestaties te waarborgen.
3.4 Spoelafwerking en kwaliteitscontrole
3.4.1 Belangrijkheid
De kwaliteit van de spoeling bepaalt direct de elektrische prestaties, mechanische sterkte en kortsluitspanningsweerstand van de transformator.
3.4.2 Belangrijke overwegingen
Automatische spoelapparatuur moet worden gebruikt om nauwkeurige spanningcontrole en laaguitlijning te bereiken. Na de spoeling worden netfrequentie weerstands- en gelijkstroomweerstandstests uitgevoerd om risico's zoals tussen windingen kortsluiting te elimineren.
3.5 Fabrieksacceptatietests en partiële ontladingmeting
3.5.1 Belangrijkheid
Deze tests dienen als de laatste kwaliteitscontrole voordat de levering plaatsvindt, en identificeren potentiële defecten in het ontwerp of de productie.
3.5.2 Belangrijke overwegingen
Buiten standaardtests is partiële ontlading (PD)-meting vooral cruciaal. PD-tests zijn zeer gevoelig voor kleine isolatiefouten en dienen als een belangrijke indicator van de interne isolatieconditie.
3.6 Spoeling voor UHV transformatoren
3.6.1
| Fase | Rol en waarde van handmatige bediening | Rol van mechanische/technische ondersteuning |
| Spoelwindingproces | Dominant. Vakmensen vertrouwen op hun gevoel, zicht en ervaring om duizenden details zoals draadpositie, strakheid en plaatsing van isolerende delen nauwkeurig te controleren. | Hulpstuk. Biedt een stabiele windingplatform en basisenergie, maar kan de uiteindelijke fijnafstelling niet vervangen. |
| Nauwkeurige controle | Kernwaarborg. Topvakmensen kunnen de tolerantie tussen twee lagen draden binnen 1 mm (industriestandaard is 2 mm) controleren om optimale elektrische prestaties te garanderen. | Biedt meetinstrumenten (zoals linialen), maar de realisatie van precisie hangt af van het onmiddellijke oordeel en fijnafstelling door vakmensen. |
| Speciale processen (bijv. laswerk) | Onvervangbaar. Tegenover honderden soorten draden en duizenden laspunten moeten vakmensen temperatuur, afstand en tijd nauwkeurig controleren, bijvoorbeeld in het proces van hoogfrequent laswerk. | Biedt lasapparatuur, maar parametercontrole en bediening zijn volledig afhankelijk van de vaardigheden van vakmensen. |
| Toekomstige ontwikkelingsrichting | De "zwijgende kennis" van ervaren vakmensen blijft centraal. | Intelligentisering en digitalisering. Converteer de ervaring van uitstekende vakmensen naar data voor kwaliteitsspoorbaarheid en milieumonitoring, waarmee kennis wordt opgebouwd voor toekomstige intelligentie. |
3.6.2 Redenen waarom spoelwinding niet volledig geautomatiseerd kan worden
Er zijn drie hoofdredenen waarom handwerk onvervangbaar blijft in de winding van UHV-transformatorspoelen:
3.6.2.1 Uiterst hoge precisie-eisen
UHV-transformatorspoelen bestaan meestal uit duizenden meters geleider, die enkele duizenden windingen vormen, met een eindgewicht dat 20-30 metric ton bereikt. Tijdens het hele windingproces moet elke tik van de hamer, plaatsing van elke isolerende tussenlaag en het ombrengen van elke laag isolatiepapier met absolute precisie worden uitgevoerd—enige afwijking is onaanvaardbaar. Dit niveau van real-time inschatting en micro-aanpassingen overstijgt de huidige mogelijkheden van machines, waarvan de "handen" en "ogen" nog steeds de behendigheid en intuïtie van ervaren ambachtslieden niet kunnen evenaren.
3.6.2.2 Structuurcomplexiteit en aanpasbaarheid
UHV-transformators komen in een breed scala aan ontwerpen voor met zeer complexe en variabele structuren. Bijvoorbeeld, in ±1.100 kV-convertertransformators kunnen honderden of zelfs duizenden soldeerverbindingen nodig zijn om verschillende soorten geleiders te verbinden. Bedieners moeten hun technieken op basis van minieme verschillen in draadmaterialen ter plekke aanpassen—vergelijkbaar met "capillaire verbindingen". Deze non-standaard, hoog aanpasbare besluitvorming en uitvoering is precies waar handvaardigheid uitblinkt.
3.6.2.3 Onverzettelijke streven naar kwaliteit
Eén spoel omvat tientallen duizenden cruciale details. De kleinste nalatigheid—zoals het weglassen van één laag isolatiepapier—kan leiden tot isolatiefouten, wat herwerkingskosten van honderdduizenden tot miljoenen RMB kan veroorzaken en potentieel de veiligheid van het hele elektriciteitsnetwerk in gevaar kan brengen. Gezien dit extreme kwaliteitsrisico blijft het vertrouwen op zeer verantwoordelijke en uitzonderlijk vaardige ambachtslieden de meest betrouwbare benadering.
4. Productiecapaciteit
In de UHV-transformatorindustrie wordt de jaarlijkse productie meestal gemeten in totale capaciteit (in kVA), niet in aantal eenheden, omdat de individuele transformatorwaarden sterk variëren—van enkele honderden MVA tot meer dan 1.000 MVA per eenheid.
4.1 Praktische capaciteit en strategisch evenwicht
Gezien de tijdintensieve aard van handmatige winding, hoe voldoet de industrie aan de vraag?
4.1.1 Betrouwbaarheid boven snelheid
UHV-transformators worden vaak het "hart" van het elektriciteitsnetwerk genoemd, waar betrouwbaarheid van cruciaal belang is. Bijvoorbeeld, Meester Ambachtsman Zhang Guoyun heeft in 25 jaar meer dan 10.000 spoelen gewonden, met een totale geleiderlengte van meer dan 40.000 kilometer. Zijn handgewonden spoelen halen consistent interlaaggeleiderafwijkingen binnen 1 mm—de helft van de industriestandaard van 2 mm. Deze uitzonderlijke precisie, die machines nog niet stabiel kunnen nabootsen, bepaalt direct de prestaties en levensduur van de transformator.
4.1.2 Hoe capaciteit wordt gemeten
Deze high-end-assets worden strikt op "order-gedreven" basis geproduceerd, niet voor voorraad—vergelijkbaar met het bouwen van vliegdekschepen of EUV-lithografieapparatuur. Capaciteit wordt dus gedefinieerd door hoeveel gekwalificeerde eenheden een fabriek in een jaar succesvol kan leveren.
4.1.3 Strategieën om de algemene efficiëntie te verbeteren
Om de efficiëntie te verhogen zonder de kwaliteit te compromitteren, investeren fabrikanten zwaar in het opbouwen van grote teams van hooggeschoolde technici. Bijvoorbeeld, "Meester Ambachtsman Innovatie Studios" hebben meer dan 2.000 werknemers getraind in geavanceerde windingtechnieken. Bovendien worden productieplanning en workflowbeheer geoptimaliseerd om naadloze coördinatie te garanderen tussen kernwindingoperaties en ondersteunende processen ervoor en erna.
| Inhoud | Gegevens/Schaal | Belangrijke Informatie |
| Capaciteit van de Industriele Leider | TBEA heeft een jaarlijkse capaciteit van ongeveer 495 miljoen kVA | Vertegenwoordigt de grootste nationale productieschaal. |
| Totale Nationale Capaciteit | In 2023 was de capaciteit van UHV-transformators in China ongeveer 50 miljoen kVA (0,5 miljard kVA), en wordt verwacht dat deze in 2025 60 miljoen kVA (0,6 miljard kVA) zal bereiken | Weerspiegelt het algemene capaciteitsniveau van UHV-transformators in het hele land. |
| Productiecycli | De productiecycli van UHV-transformators zijn extreem lang, meestal 18 tot 36 maanden | Dit is de meest cruciale factor die de jaarlijkse productie beperkt. |
4.2 Waarom het jaarlijkse uitvoeringsvolume beperkt is
Het jaarlijkse productievolume van ultra-hogespannings (UHV) transformatoren kan niet in "tientallen duizenden" worden gemeten zoals gewone goederen, voornamelijk vanwege hun uitzonderlijk complexe productieprocessen en extreem lange productiecycli.
4.2.1 Technisch complex en tijdrovend
Ultra-hogespanningstransformatoren, vaak aangeduid als het "hart" van het elektriciteitsnetwerk, voldoen aan buitengewoon strenge normen op het gebied van ontwerp, materialen, productie en testen. Het gehele proces - van de aankoop van grondstoffen en de nauwkeurige fabricage van kerncomponenten (zoals windingen en kernen) tot de eindmontage en maandenlange rigoureuze tests - neemt een zeer lange tijd in beslag om te voltooien.
4.2.2 Capaciteit toegewezen aan enkele mega-projecten
Wereldwijd zijn slechts enkele bedrijven in staat om UHV-transformatoren met een spanning van ±800 kV of hoger te produceren (bijvoorbeeld TBEA, XD Group, Siemens, ABB). Nationale UHV-projecten worden in fasen goedgekeurd en gebouwd, met de hoeveelheid transformatoren zorgvuldig vooraf gepland voor elk groot project. Bijvoorbeeld, een enkel UHV-DC-overdrachtproject kan tientallen convertertransformatoren vereisen. Daarom wordt de enorme productiecapaciteit van toonaangevende producenten - bijvoorbeeld TBEA's bijna 500 miljoen kVA - toegewezen aan specifieke grote projectbestellingen in plaats van voorraad te produceren voor speculatieve verkoop.
4.3 Industriecontext en wereldwijde vraag
4.3.1 Sterke binnenlandse groei
De bouw van China's UHV-netwerk bevindt zich momenteel in een periode van snelle uitbreiding. Volgens nationale plannen heeft State Grid tijdens de Veertiende Vijfjarenplan-periode (2021-2025) 38 nieuwe UHV-lijnen gepland - bestaande uit 24 AC- en 14 DC-projecten - wat aanzienlijk uitgebreider is dan de schaal van de Dertiende Vijfjarenplan. Dit biedt een stabiele en groeiende binnenlandse markt voor UHV-transformatoren.
4.3.2 Oplopende wereldwijde vraag met China als belangrijke leverancier
Wereldwijd stuit de energie-industrie op een ernstig tekort aan transformatoren. De levertijden voor standaardtransformatoren strekken zich uit over meer dan twee jaar, en voor grote krachttransformatoren bereiken ze nu drie tot vier jaar. In deze context is China uitgegroeid tot een cruciale wereldwijde leverancier, dankzij zijn complete industriële keten, hoge productie-efficiëntie (bijvoorbeeld, terwijl het buitenlandse fabrikanten ongeveer 18 maanden kost om één UHV-transformator te bouwen, kunnen Chinese topbedrijven dit in ongeveer drie maanden voltooien), en kostencompetitiviteit. De export van transformatoren uit China is gestegen - tot RMB 29,711 miljard in de eerste acht maanden van 2025 alleen al, een stijging van meer dan 50% ten opzichte van het vorige jaar - wat aantoont dat de productiecapaciteit van China actief reageert op de toenemende internationale vraag.
4. Conclusie
Als het "krachthart" dat elektriciteit over bergen en dalen transporteert, belichaamt de UHV-transformator de hoogste niveaus van ingenieursvaardigheden - van ontwerp en materialen tot elke enkele productiestap. Het zijn juist deze strenge processen en doorbraken in kritieke technologieën die de basis vormen voor het moderne, efficiënte en zeer betrouwbare UHV-elektriciteitsnet van vandaag.
