การผลิตหม้อแปลงไฟฟ้าแรงสูง: ช้า แม่นยำ และจำเป็น

1. ภาพรวม

• หม้อแปลงแรงดันสูงมาก (UHV) เป็นอุปกรณ์หลักในระบบพลังงานสมัยใหม่ การเข้าใจเรื่องระดับแรงดัน โครงสร้างที่ซับซ้อน กระบวนการผลิตที่มีความแม่นยำ และเทคนิคการผลิตที่สำคัญ จะช่วยให้เห็นว่าทำไมพวกมันถึงเป็นตัวแทนของความสามารถในการผลิตอุปกรณ์พลังงานของประเทศ

• การกำหนดระดับแรงดัน
  คำว่า "หม้อแปลงแรงดันสูงมาก" มักหมายถึงหม้อแปลงที่ใช้ในสายส่งไฟฟ้าสลับที่มีระดับแรงดัน 1,000 กิโลโวลต์หรือสูงกว่า หรือสายส่งไฟฟ้าตรงที่มีระดับแรงดัน ±800 กิโลโวลต์หรือสูงกว่า

1.1 พื้นฐานทางเทคนิค
การพัฒนาหม้อแปลงแรงดันสูงเหล่านี้ได้รับแรงขับเคลื่อนจากความเจริญเติบโตทางเศรษฐกิจและภาคพลังงานของประเทศ เพื่อให้สามารถส่งไฟฟ้าระยะไกล ปริมาณสูง และมีการสูญเสียต่ำ เช่น ในปี 2010 ประเทศจีนได้พัฒนาหม้อแปลง UHV ขนาด 1,000 kV / 1,000 MVA อย่างอิสระ

1.2 UHV ในระบบส่งไฟฟ้าตรง
เทคโนโลยี UHV มีความสำคัญเท่าเทียมกันในระบบส่งไฟฟ้าตรงแรงดันสูง (HVDC) ตัวอย่างเช่น หม้อแปลงเปลี่ยนแปลง UHV DC ขนาด ±1,100 kV เป็นหนึ่งในผลิตภัณฑ์หลักภายใต้กลยุทธ์ "Made in China 2025" และ "Belt and Road Initiative" ของจีน โดยเทคโนโลยีนี้ได้รับการยอมรับว่าเป็นเทคโนโลยีชั้นนำของโลก

2. ส่วนประกอบหลัก
หม้อแปลง UHV มีโครงสร้างที่ซับซ้อนและแม่นยำอย่างมาก เช่น สำหรับหม้อแปลง UHV แช่น้ำมันแบบทั่วไป จะประกอบด้วยส่วนประกอบหลักดังต่อไปนี้

3. กระบวนการผลิตและเทคโนโลยีหลัก

การผลิตหม้อแปลงแรงดันสูงมาก (UHV) เป็นกระบวนการวิศวกรรมที่เป็นระบบตั้งแต่วัตถุดิบจนถึงผลิตภัณฑ์สำเร็จรูป ข้อความต่อไปนี้สรุปขั้นตอนการผลิตหลัก:

กระบวนการสำคัญต่อไปนี้มีความสำคัญต่อประสิทธิภาพและอายุการใช้งานของหม้อแปลงแรงดันสูงมาก (UHV) และต้องได้รับความสนใจเป็นพิเศษ:

3.1 การออกแบบแม่เหล็กไฟฟ้าและการควบคุมสนามแม่เหล็กที่หลุดออก

3.1.1 ความสำคัญ

หม้อแปลง UHV มีกำลังสูงมาก (เช่น สูงถึง 500 MVA ต่อแขน) ทำให้สนามแม่เหล็กที่หลุดออกเป็นปัญหาที่เด่นชัดมากขึ้น สนามแม่เหล็กที่หลุดออกมากเกินไปสามารถทำให้เกิดการร้อนส่วนที่เฉพาะเจาะจงและการสูญเสียเพิ่มเติม ซึ่งเป็นอันตรายต่อการดำเนินงานอย่างปลอดภัย
3.1.2 ประเด็นสำคัญที่ควรพิจารณา
ต้องใช้เทคนิคการจำลองแม่เหล็กไฟฟ้าขั้นสูง มาตรการเช่น การป้องกันแม่เหล็กที่แกนด้วยวิธีใหม่และการป้องกันด้วยทองแดงรูป “L” ที่ข้อต่อถัง เพื่อลดการสูญเสียจากกระแสวนในส่วนประกอบโครงสร้าง—ลดลงถึง 25%.

3.2 การออกแบบและกระบวนการผลิตโครงสร้างฉนวน
3.2.1 ความสำคัญ
ระบบฉนวนคือชีวิตของการทำงานที่เชื่อถือได้ของหม้อแปลง UHV เนื่องจากต้องทนต่อแรงดันการทำงานที่สูงมากและแรงดันเกินที่อาจเกิดขึ้น
3.2.2 ประเด็นสำคัญที่ควรพิจารณา
การออกแบบเช่น โครงสร้างฉนวนแบบหลายชั้นที่มีวงแหวนมุมที่หลอมรวมถูกนำมาใช้เพื่อให้มั่นใจว่าการกระจายสนามไฟฟ้าสม่ำเสมอและมีขอบเขตฉนวนเพียงพอที่ปลายขดลวดและทางออกของสายนำ กระบวนการแช่และอบแห้งภายใต้สุญญากาศต้องได้รับการควบคุมอย่างเข้มงวด—เช่น การใช้อุปกรณ์อบแห้งด้วยไอน้ำขนาดใหญ่บนสถานที่เพื่อให้แน่ใจว่าวัสดุฉนวนแห้งสนิท โดยมีความชื้น ≤ 0.4% ซึ่งสำคัญมากในการป้องกันการปล่อยประจุบางส่วนและการแตกหักของฉนวน.

3.3 กระบวนการประกอบที่ไซต์
3.3.1 ความสำคัญ
ในพื้นที่ที่มีสภาพการขนส่งที่ยากลำบาก—เช่น พื้นที่ที่มีความสูงหรือพื้นที่ภูเขา—หม้อแปลง UHV ต้องทำการประกอบที่ไซต์ ซึ่งรวมถึงการถอดแยก การขนส่ง การป้องกัน และการประกอบใหม่ของชิ้นส่วนหลายพันชิ้น ทำให้การออกแบบและความซับซ้อนของกระบวนการสูงกว่าหม้อแปลงทั่วไปมาก
3.3.2 ประเด็นสำคัญที่ควรพิจารณา
การออกแบบโครงสร้างแบบโมดูลาร์เป็นสิ่งจำเป็น—เช่น โครงสร้างเฟรมแกนที่แบ่งส่วนและโครงสร้างการเชื่อมต่อที่สามารถถอดออกได้ ความคลาดเคลื่อนในการประกอบที่ไซต์ต้องมีความเที่ยงตรงระดับมิลลิเมตร (เช่น ความคลาดเคลื่อนระหว่างศูนย์กลางของขดลวดกับแกน < 3 มม.) กระบวนการควบคุมความคลาดเคลื่อน การป้องกันความชื้น และการป้องกันความสะอาดต้องเข้มงวดเพื่อให้มั่นใจว่าประสิทธิภาพหลังการประกอบ.

3.4 การผลิตขดลวดและการควบคุมคุณภาพ
3.4.1 ความสำคัญ
คุณภาพของขดลวดกำหนดประสิทธิภาพทางไฟฟ้า ความแข็งแรงทางกล และความสามารถในการทนต่อการลัดวงจรของหม้อแปลง
3.4.2 ประเด็นสำคัญที่ควรพิจารณา
ต้องใช้อุปกรณ์ขดลวดอัตโนมัติเพื่อควบคุมแรงดึงและตำแหน่งชั้นอย่างแม่นยำ หลังจากการขดลวดจะทำการทดสอบความทนทานต่อแรงดันไฟฟ้าความถี่เครื่องกำเนิดไฟฟ้าและทดสอบความต้านทานกระแสตรงเพื่อกำจัดความเสี่ยงเช่น การลัดวงจรระหว่างชั้น.

3.5 การทดสอบการยอมรับจากโรงงานและการวัดการปล่อยประจุบางส่วน
3.5.1 ความสำคัญ
การทดสอบเหล่านี้เป็นจุดตรวจสอบคุณภาพสุดท้ายก่อนการส่งมอบ ในการระบุข้อบกพร่องที่อาจเกิดขึ้นจากการออกแบบหรือการผลิต
3.5.2 ประเด็นสำคัญที่ควรพิจารณา
นอกจากการทดสอบมาตรฐานแล้ว การวัดการปล่อยประจุบางส่วน (PD) เป็นสิ่งที่สำคัญมาก การทดสอบ PD มีความไวต่อความผิดปกติของฉนวนที่เล็กที่สุดและเป็นตัวชี้วัดสำคัญของสภาพฉนวนภายใน.

3.6 การขดลวดสำหรับหม้อแปลง UHV
3.6.1

3.6.2 เหตุผลที่การขดลวดไม่สามารถทำให้เป็นอัตโนมัติได้อย่างสมบูรณ์
มีเหตุผลหลักสามประการที่ทำให้ฝีมือช่างยังคงไม่สามารถถูกแทนที่ได้ในการขดลวดของหม้อแปลง UHV:

3.6.2.1 ความต้องการความแม่นยำสูงสุด
ลวดของหม้อแปลง UHV มักจะถูกขดจากสายนำยาวหลายพันเมตร สร้างวงจรหลายพันรอบ โดยน้ำหนักรวมสุดท้ายอาจถึง 20-30 ตัน เมตริก ในระหว่างกระบวนการขดลวด ทุกครั้งที่ตีค้อน การวางแผ่นฉนวนแต่ละชิ้น และการพันกระดาษฉนวนแต่ละชั้น ต้องดำเนินการอย่างแม่นยำที่สุด—ความคลาดเคลื่อนใด ๆ ไม่สามารถยอมรับได้ ระดับของการตัดสินใจและการปรับเปลี่ยนขนาดเล็กในเวลาจริงนี้เกินความสามารถของเครื่องจักรในปัจจุบัน ซึ่ง “มือ” และ “ตา” ยังไม่สามารถเทียบเคียงกับความคล่องแคล่วและความรู้สึกของช่างฝีมือที่เชี่ยวชาญได้

3.6.2.2 ความซับซ้อนทางโครงสร้างและการปรับตัว
หม้อแปลง UHV มีการออกแบบหลากหลายและมีโครงสร้างที่ซับซ้อนและแตกต่างกันมาก เช่น ในหม้อแปลงคอนเวอร์เตอร์ ±1,100 kV อาจต้องใช้รอยต่อการเชื่อมหลายร้อยหรือหลายพันเพื่อเชื่อมต่อประเภทของสายไฟที่แตกต่างกัน ผู้ปฏิบัติงานต้องปรับเทคนิคตามความแตกต่างเล็ก ๆ ของวัสดุสาย—เหมือนกับการ “เชื่อมต่อเส้นเลือดฝอย” การตัดสินใจและการดำเนินการที่ไม่มาตรฐานและปรับตัวได้สูงนี้เป็นที่ที่ฝีมือช่างมีความโดดเด่น

3.6.2.3 การแสวงหาคุณภาพอย่างไม่มีข้อผ่อนปรน
ลวดเดียวมีรายละเอียดสำคัญหลายหมื่นรายการ ความผิดพลาดเพียงเล็กน้อย—เช่น การละเลยชั้นกระดาษฉนวนชั้นหนึ่ง—อาจนำไปสู่การชำรุดของฉนวน ทำให้ต้องแก้ไขใหม่โดยมีค่าใช้จ่ายหลายแสนหรือหลายล้านหยวน และอาจเป็นอันตรายต่อความปลอดภัยของระบบไฟฟ้าทั้งหมด ด้วยความเสี่ยงคุณภาพสูงสุดนี้ การพึ่งพาช่างฝีมือที่มีความรับผิดชอบสูงและมีทักษะพิเศษยังคงเป็นวิธีที่น่าเชื่อถือที่สุด

4. กำลังการผลิต

ในอุตสาหกรรมหม้อแปลง UHV กำลังการผลิตประจำปีมักวัดเป็นกำลังรวม (ในหน่วย kVA) ไม่ใช่จำนวนหน่วย เพราะกำลังของหม้อแปลงแต่ละตัวมีความแตกต่างกันมาก—ตั้งแต่ไม่กี่ร้อย MVA ไปจนถึงมากกว่า 1,000 MVA ต่อหน่วย

4.1 กำลังการผลิตที่เป็นจริงและการทรงกลมเชิงยุทธศาสตร์
เมื่อการขดลวดด้วยมือต้องใช้เวลาจำนวนมาก อุตสาหกรรมจะตอบสนองความต้องการอย่างไร?

4.1.1 ความน่าเชื่อถือเหนือความเร็ว
หม้อแปลง UHV ถูกเรียกว่า “หัวใจ” ของระบบไฟฟ้า ซึ่งความน่าเชื่อถือเป็นสิ่งสำคัญ เช่น ช่างฝีมือเอกชัย จาง กัวยุน ได้เข้าร่วมในการขดลวดมากกว่า 10,000 ลวดใน 25 ปี ด้วยความยาวสายนำรวมมากกว่า 40,000 กิโลเมตร ลวดที่เขาขดด้วยมือมีความแม่นยำของชั้นระหว่างลวดภายใน 1 มม.—ครึ่งหนึ่งของมาตรฐานอุตสาหกรรม 2 มม. ความแม่นยำสูงสุดนี้ ซึ่งเครื่องจักรยังไม่สามารถทำได้อย่างมั่นคง กำหนดประสิทธิภาพและอายุการใช้งานของหม้อแปลงโดยตรง

4.1.2 การวัดกำลังการผลิต
ทรัพย์สินระดับสูงเหล่านี้ถูกผลิตตามคำสั่งซื้อ ไม่ใช่สำหรับสต็อก—คล้ายกับการสร้างเรือบรรทุกอากาศยานหรือเครื่องจักร EUV กำลังการผลิตจึงถูกกำหนดโดยจำนวนหน่วยที่โรงงานสามารถส่งมอบได้สำเร็จในหนึ่งปี

4.1.3 กลยุทธ์ในการปรับปรุงประสิทธิภาพโดยรวม
เพื่อเพิ่มประสิทธิภาพโดยไม่ลดทอนคุณภาพ ผู้ผลิตลงทุนอย่างหนักในการพัฒนาทีมช่างฝีมือที่มีทักษะสูง ตัวอย่างเช่น “ศูนย์นวัตกรรมช่างฝีมือเอก” ได้ฝึกอบรมพนักงานมากกว่า 2,000 คนในเทคนิคการขดลวดขั้นสูง นอกจากนี้ การวางแผนการผลิตและการจัดการการทำงานยังได้รับการปรับปรุงเพื่อให้มั่นใจว่ามีการประสานงานอย่างราบรื่นระหว่างกระบวนการขดลวดหลักและกระบวนการสนับสนุนก่อนและหลัง

4.2 ทำไมผลผลิตประจำปีถึงจำกัด
ปริมาณการผลิตประจำปีของหม้อแปลงแรงดันสูงมาก (UHV) ไม่สามารถวัดเป็น "หลายหมื่น" เหมือนกับสินค้าทั่วไปได้ เนื่องจากกระบวนการผลิตที่ซับซ้อนและวงจรการผลิตที่ยาวนานอย่างมาก

4.2.1 ทางเทคนิคซับซ้อนและใช้เวลานาน
มักเรียกว่า "หัวใจ" ของระบบไฟฟ้า UHV ต้องปฏิบัติตามมาตรฐานที่เข้มงวดอย่างมากในด้านการออกแบบ วัสดุ การผลิต และการทดสอบ กระบวนการทั้งหมด—ตั้งแต่การจัดซื้อวัตถุดิบและการผลิตชิ้นส่วนหลักอย่างแม่นยำ (เช่น ขดลวดและแกน) จนถึงการประกอบสุดท้ายและการทดสอบอย่างเข้มงวดเป็นเวลาหลายเดือน—ใช้เวลานานมากในการเสร็จสมบูรณ์

4.2.2 กำลังการผลิตที่มอบให้โครงการใหญ่ๆ บางแห่ง
ทั่วโลก มีเพียงบริษัทไม่กี่แห่งเท่านั้นที่มีความสามารถในการผลิตหม้อแปลง UHV ที่มีแรงดัน ±800 kV หรือสูงกว่า (เช่น TBEA, XD Group, Siemens, ABB) โครงการ UHV ระดับชาติได้รับการอนุมัติและสร้างขึ้นเป็นระยะๆ พร้อมกับจำนวนหม้อแปลงที่วางแผนไว้อย่างรอบคอบสำหรับโครงการใหญ่ๆ แต่ละโครงการ ตัวอย่างเช่น โครงการส่งผ่านไฟฟ้า DC แบบ UHV หนึ่งโครงการอาจต้องการหม้อแปลงแปลงกระแสหลายสิบตัว ดังนั้น กำลังการผลิตที่ใหญ่มากของผู้ผลิตชั้นนำ—เช่น กำลังการผลิตของ TBEA ประมาณ 500 ล้าน kVA—ถูกมอบให้กับคำสั่งซื้อโครงการขนาดใหญ่เฉพาะเจาะจงแทนที่จะผลิตสินค้าสำหรับขายโดยคาดการณ์

4.3 บริบทของอุตสาหกรรมและความต้องการทั่วโลก

4.3.1 การเติบโตภายในประเทศที่แข็งแกร่ง
การสร้างโครงข่ายไฟฟ้า UHV ในประเทศจีนขณะนี้อยู่ในช่วงของการขยายตัวอย่างรวดเร็ว ตามแผนการของประเทศ ระหว่างแผนพัฒนาเศรษฐกิจและสังคมแห่งชาติฉบับที่ 14 (2021–2025) State Grid ได้วางแผนการสร้างสายส่งไฟฟ้า UHV ใหม่ 38 สาย—ประกอบด้วยโครงการ AC 24 โครงการและโครงการ DC 14 โครงการ—ขยายขอบเขตออกมากกว่าแผนพัฒนาเศรษฐกิจและสังคมแห่งชาติฉบับที่ 13 นี่เป็นตลาดภายในประเทศที่มั่นคงและเติบโตสำหรับหม้อแปลง UHV

4.3.2 ความต้องการทั่วโลกที่เพิ่มขึ้นด้วยจีนเป็นผู้จำหน่ายหลัก
ทั่วโลก อุตสาหกรรมไฟฟ้ากำลังเผชิญกับภาวะขาดแคลนหม้อแปลงอย่างรุนแรง ระยะเวลาการส่งมอบหม้อแปลงมาตรฐานได้ขยายออกไปเกินสองปี และสำหรับหม้อแปลงไฟฟ้าขนาดใหญ่ ตอนนี้ใช้เวลาสามถึงสี่ปี ภายใต้สถานการณ์นี้ จีนได้กลายเป็นผู้จำหน่ายที่สำคัญในระดับโลก ด้วยห่วงโซ่อุตสาหกรรมที่ครบถ้วน ประสิทธิภาพการผลิตสูง (เช่น ขณะที่ผู้ผลิตต่างประเทศใช้เวลาประมาณ 18 เดือนในการสร้างหม้อแปลง UHV หนึ่งตัว บริษัทชั้นนำของจีนสามารถสร้างเสร็จได้ในประมาณสามเดือน) และความแข่งขันในด้านต้นทุน การส่งออกหม้อแปลงจากจีนได้เพิ่มขึ้น—ถึง RMB 29.711 พันล้านในแปดเดือนแรกของปี 2025 เพิ่มขึ้นกว่า 50% เมื่อเทียบกับปีก่อน—แสดงให้เห็นว่ากำลังการผลิตของจีนกำลังตอบสนองความต้องการระหว่างประเทศที่เพิ่มขึ้นอย่างแข็งแกร่ง

4. สรุป
ในฐานะ "หัวใจพลังงาน" ที่ส่งผ่านไฟฟ้าข้ามภูเขาและหุบเขา หม้อแปลง UHV สะท้อนถึงระดับสูงสุดของวิศวกรรมที่ซับซ้อน—ตั้งแต่การออกแบบและวัสดุ จนถึงขั้นตอนการผลิตทุกขั้นตอน กระบวนการที่เข้มงวดเหล่านี้และการพัฒนาเทคโนโลยีที่สำคัญเป็นรากฐานของระบบไฟฟ้า UHV ที่ทันสมัย ทรงประสิทธิภาพ และเชื่อถือได้ในปัจจุบัน