Комплексно решение за подобряване на производителността на трансформаторите за предаване: Оптимизиране на охлаждането и намаляване на загубите в магнитния път

1. Фон и предизвикателства

С непрекъснатия ръст на електрическите荷电中断，根据规则，我将仅继续完成指定语言的翻译，不添加任何额外内容或解释：

нагрузки и все по-строгите изисквания за стабилна работа на мрежата, трансформаторите за пренос се сблъскват с сериозни предизвикателства свързани с ефективността на експлоатация, контрола на температурното възходящо и дългосрочната надеждност. Превишаването на оперативните температури ускорява стареенето на изолационните материали, намалява продължителността на живот на оборудването и увеличава риска от отказ. Високите загуби в магнитния път (предимно желязна и медна загуба) намаляват ефективността на енергийното използване, водейки до ненужни експлоатационни разходи. За да се справят с две основни проблеми, обичайно откривани при трансформаторите за пренос – превишена температурна възходяща и значителни загуби в магнитния път, се формулира тази комплексна решение.

2. Цели на решението

• Значително намаление на оперативните температури: Контрол на температурата на горното масло и температурата на горещи точки в обмотките в рамките на безопасни оперативни граници.
• Ефективно намаление на загубите в магнитния път: Фокус върху намаляването на безнагласните загуби (желязна загуба) и нагласните загуби (медна загуба), повишавайки общата ефективност на експлоатация.
• Подобряване на надеждността при експлоатация: Намаляване на честотата на откази, причинени от прекомерно затопляне и големи загуби, удължавайки срока на полезен живот на трансформатора.
• Оптимизация на общата стойност през цикъла на живот: Подобряване на икономическата ефективност на трансформатора чрез спестяване на енергия и намаляване на честотата на поддръжка.

3. Основни мерки за намаляване

Това решение прилага интегрирана стратегия на "Контрол на източника на загуби + Подобряване на способността за разсейване на топлина + Точен управление на състояние":

3.1 Оптимизация и модернизация на охладителната система, подобряване на ефективността на разсейване на топлина (Решаване на температурната възходяща)

• Използване на високо ефективни методи за охлаждане:
• Принудително въздушно охлаждане (OFAF/ODAF): Ретрофит на съществуващи естествено въздушно охлаждени (ONAN) или принудително въздушно охлаждени (ONAF) трансформатори, или оборудване на нови агрегати с високопроизводителни осови вентилатори. Избор на ефективни, нискошумни и устойчиви към климатични условия вентилатори, комбинирани с интелигентен контрол на въздушните потоци (например, автоматично включване/изключване в зависимост от температурата или регулиране чрез променливото честотно управление), за значително подобряване на ефективността на конвекцията на въздуха на повърхността на радиаторите и бързо отстраняване на топлината.
• Принудително маслено водно охлаждане (OFWF): Приоритетно за свръхвисококапацитетни трансформатори, агрегати с високи фактори на нагласа, или тези, които работят при високи околни температури. Оборудвани с високопроизводителни маслени помпи и пластинчати теплообменници, за използване на високата специфична топлинна капацитет на водата за ефективен теплов обмен. Изисква подкрепящи системи за обработва на водата (за предотвратяване на образуването на камък и корозия) и механизми за гарантиране на надеждност (например, двоен воден контур, резервни помпи).
• Помощно охлаждане чрез теплопроводни тръби: Инсталация на модули с теплопроводни тръби на ключови точки на радиаторите, за ефективно провеждане и разсейване на локалната топлина на горещи точки чрез принципа на фазово преобразование.
• Оптимизация на структурата и разположението на радиаторите:
• Използване на радиатори с увеличена повърхност (например, радиатори с рибени, панелни радиатори) и оптимизирани проекции на потоците.
• Обеспечаване на гладки пътища за потоците на охлаждащите медии (въздух или вода), елиминиране на локални ограничения на потока и подобряване на равномерността на разсейването на топлината.
• (За въздушно охлаждане) Оптимизация на положението на вентилаторите и проектиране на каналите, за да се гарантира равномерно покритие на повърхността на радиаторите с въздушни потоци, минимизирайки зони без въздушен поток.
• Интелигентен контрол на охлаждането:
• Автоматично регулиране на изхода на охладителната система (брой обороти на вентилаторите/числото им, debit на маслени помпи) в зависимост от реалното наблюдение на температурата на маслото, температурата на обмотките и околната температура. Постига охлаждане по заявка, гарантирайки ефективността на разсейването на топлината, докато минимизира енергийното потребление на допълнителното оборудване.

3.2 Оптимизация на ядрените материали и конструкция, намаляване на желязната загуба (Контрол на магнитните загуби в ядрото)

• Избор на високопроизводителни ядрени материали:
• Приоритетно използване на хладно валнати силицидни стоманени листове с висока проницаемост и ниски единични загуби (например, HiB стомана) или по-напредък аморфни легири (предлагайки значителни предимства за намаляване на безнагласните загуби).
• Строго контролиране на дебелината, плоскостта и качеството на изолационното покритие на силицидните стоманени листове, за да се минимизират загубите от хистерезис и вихреви токове.
• Оптимизация на конструкцията и производствените процеси на ядрото:
• Използване на техники за стъпково нахлупване, за да се минимизира магнитната неустойчивост на съединенията, намалявайки допълнителните желязни загуби.
• Точно контролиране на фактора на нахлупване на ядрото и силата на зажимане, за да се гарантира равномерно разпределение на магнитния път и да се избегне локално насищане.
• (Използване на напредъшни технологии) Разглеждане на техники като лазерно гравиране (Laser Scribbling), за да се оптимизира структурата на магнитните домейни на материала.
• Оптимизация на методите за заземяване на ядрото и екраниране, за да се намалят нежеланите загуби в конструктивните компоненти.

3.3 Оптимизация на конструкцията и производствените процеси на обмотките, намаляване на медните загуби (Основен контрол на магнитните загуби)

• Оптимизация на конструкцията и електромагнитната проекция на обмотките:
• Точно изчисление на разпределението на ампер-завои, оптимизиране на формата на поперечното сечение на проводниците (например, използване на непрекъснато прехвърлени кабели - CTC или самозаклещващи се прехвърлени кабели - TTC), за да се минимизират циркулиращите токове и вихреви токове.
• Разумно избор на материал на проводника (високопроводим мед без кислород) и гъстината на тока, ефективно намаляване на DC съпротивителните загуби, докато се спазват ограниченията за температурната възходяща.
• Оптимизация на височината, диаметъра и радиалните размери на обмотките, за да се контролира утечката на магнитен поток и да се намалят нежеланите загуби.
• Напредъшни производствени процеси:
• Обеспечаване на равномерна компактност на обмотките чрез използване на оборудование за нахлупване с постоянен натиск.
• Използване на напредъшни процеси за вакуумно-давлене на пропитка (VPI) или заливане с резина, за да се гарантира пълно запълване на празнините с изолационни материали, подобряване на термичната провеждаемост и механичната устойчивост, което помага за разсейването на топлината и намаляването на частичните разряди.

3.4 Мониторинг на състоянието на магнитния път и предварителна поддръжка (Затворен цикъл, гарантиращ дългосрочна производителност)

• Въвеждане на точен мониторинг на състоянието на магнитния път:
• Комплексна оценка на здравето на магнитния път чрез интегриране на онлайн мониторинг (например, анализ на растворени газове - DGA, мониторинг на високочестотни частични разряди, вибрационен/акустичен шум, инфрачервен термографски анализ) и офлайн тестове (периодични тестове за деформация на обмотките, тестове за безнагласни и нагласни загуби, тестове за заземяване на ядрото).
• Фокусиран мониторинг: Сигни за многоточкова заземяване на ядрото, аномални колебания на загубите, прекомерно затопляне на магнитните екрани и зажимащи структури.
• Създаване на механизм за предварителна поддръжка:
• Разработване на целеви планове за поддръжка на магнитния път, базирани на данни от мониторинг на състоянието и историята на експлоатацията.
• Периодична проверка на заземяването на ядрото и зажимащите структури: Гарантиране на надеждно едноточково заземяване, бързо откриване и коригиране на многоточкови заземявания (които значително увеличават желязните загуби и причиняват прекомерно затопляне).
• Проверка на магнитните екрани, зажими и други конструктивни компоненти: Проверка за разслабване, прекомерно затопляне или следи от разряди; бързо елиминиране на аномалии.
• По време на проверки при вдигане на ядрото/капака, проведете фокусирани проверки и поддръжка на съединенията на ламарините на ядрото и състоянието на зажимането.
• Извършете детайлна диагностична анализа на откритите тенденции към аномални загуби, за да се идентифицират основните причини и да се предприемат коригиращи действия.

4. Очаквани предимства

• Значително намаление на температурната възходяща: Оперативните температури (особено температурата на горещи точки) се очаква да бъдат ефективно контролирани, с намаления, достигащи прогнозирани цели (например, 15-25%), значително намалявайки термалното стареене на изолацията.
• Ефективно намаление на загубите в магнитния път:
• Желязна загуба (Безнагласна загуба): Очаква се намаление от 20-40% чрез нови материали и процеси (особено значително при използване на аморфни легири).
• Медна загуба (Нагласна загуба): Очаква се намаление от 10-25% чрез оптимизирана конструкция на обмотките.
• Общо подобрение на ефективността с 1-3 процентни пункта, предлагайки значителни икономически предимства и намаление на емисиите на въглерод.
• Значително подобрение на надеждността: Рисковете от отказ, причинени от прекомерно затопляне и аномалии в магнитния път, са значително намалени, подобрявайки наличността на оборудването и удължавайки срока на полезен живот.
• Оптимизация на общата стойност през цикъла на живот: Въпреки възможните по-високи предварителни инвестиции (например, високопроизводителни материали, напредъшни охладителни системи), предимствата, произтичащи от дългосрочно спестяване на енергия, намаление на разходите за поддръжка и удължаване на срока на полезен живот, са по-значителни, постигайки благоприятен възвръщаем период (ROI).

5. Област на приложение

Това решение се прилага за новоизградени и действащи маслонапълнени трансформатори за пренос (електроенергия) на напрежение 35кВ и по-високо. Конкретните мерки могат да бъдат персонализирани и приложени в зависимост от капацитета, напрежението, оперативната среда, важността и текущото състояние на трансформатора.