Solució integral d'optimització del rendiment per a transformadors de transmissió Optimitzant el refredament i reduint les pèrdues del circuit magnètic

1. Fons i reptes

Amb la creixent demanda d'energia elèctrica i els requisits cada cop més estrictes per a l'operació estable de la xarxa, els transformadors de transmissió enfronten greus reptes en termes d'eficiència operativa, control de l'augment de temperatura i fiabilitat a llarg termini. Les temperatures d'operació excessives acceleren l'envejeciment dels materials aïllants, reben la vida útil dels equips i augmenten el risc d'averies. Les pèrdues elevades en el circuit magnètic (principalment pèrdues ferroses i cobreses) reduïxen l'eficiència de l'ús d'energia, generant costos operatius innecessaris. Per abordar els dos problemes principals que sovint es troben en els transformadors de transmissió - l'augment excessiu de temperatura i les pèrdues significatives en el circuit magnètic - s'ha formulat aquesta solució integral.

2. Objectius de la solució

• Reduir significativament les temperatures d'operació: Controlar la temperatura del petróli superior i la temperatura del punt calent de les bobines dins dels marges segurs d'operació.
• Reduir efectivament les pèrdues en el circuit magnètic: Centrar-se en la reducció de les pèrdues sense càrrega (pèrdues ferroses) i les pèrdues amb càrrega (pèrdues cobreses), millorant l'eficiència operativa general.
• Millorar la fiabilitat operativa: Reduir les taxes d'averia causades per sobrecalçaments i pèrdues excessives, ampliant la vida útil dels transformadors.
• Optimitzar el cost total del cicle de vida: Millorar l'eficiència econòmica dels transformadors mitjançant l'estalvi d'energia i la reducció de la freqüència de manteniment.

3. Mesures clau de mitigació

Aquesta solució adopta una estratègia integrada de "Control de les pèrdues a la font + Capacitat de dissipació de calor millorada + Gestió de condicions precisa":

3.1 Optimització i actualització del sistema de refrigeració, millorant l'eficiència de dissipació de calor (Abordant l'augment de temperatura)

• Utilitzar mètodes de refrigeració d'alta eficiència:
• Refrigeració forçada d'aire (OFAF/ODAF): Retrofitejar els transformadors existents refrescats per aire natural (ONAN) o refrescats per aire forçat (ONAF), o equipar nous unitats amb ventiladors axials d'alt rendiment. Seleccioneu ventiladors eficients, baixos en soroll i resistent al temps combinats amb un control intel·ligent de l'aire (per exemple, inici/parada automàtica basada en la temperatura o ajust del variador de freqüència) per augmentar significativament l'eficiència de la convecció de l'aire en les superfícies dels radiadors i eliminar ràpidament el calor.
• Refrigeració forçada d'oli aigua (OFWF): Prioritzat per als transformadors de capacitat ultra-alta, unitats amb factors de càrrega elevats o aquells que operen en temperatures ambientals elevades. Equipat amb bombes d'oli d'alta eficiència i intercanviadors de calor de plaques per aprofitar la gran capacitat específica de calor de l'aigua per a una eficient transferència de calor. Requereix sistemes de tractament d'aigua de suport (per prevenir la formació de sarro i la corrosió) i mecanismes d'assegurança de fiabilitat (per exemple, circuits d'aigua dobles, bombes de reserva).
• Refrigeració assistida per tubs de calor: Instal·lar mòduls de tubs de calor en punts crítics dels radiadors per conduir i dissipar eficientment el calor local dels punts calents mitjançant el principi de canvi de fase.
• Optimitzar l'estructura i la disposició dels radiadors:
• Utilitzar radiadors amb àrea superficial augmentada (per exemple, radiadors finats, radiadors de panell) i dissenys de trajecte de flux optimitzats.
• Assegurar trajectes de flux suaus per als mitjans de refrigeració (aire o aigua), eliminar restriccions locals de flux i millorar la uniformitat de la dissipació de calor.
• (Per a la refrigeració per aire) Optimitzar la posició dels ventiladors i el disseny dels conductes per assegurar una cobertura uniforme del flux d'aire sobre les superfícies dels radiadors, minimitzant les zones mortes.
• Control intel·ligent de la refrigeració:
• Ajustar automàticament la producció del sistema de refrigeració (velocitat/nombre de ventiladors, taxa de flux de la bomba d'oli) basant-se en la monitorització en temps real de la temperatura del petróli, la temperatura de les bobines i la temperatura ambiental. Aconsegueix una refrigeració a demanda, garantint l'eficàcia de la dissipació de calor mentre es minimitza el consum d'energia dels equips auxiliars.

3.2 Optimització del material i la estructura del nucli, reduint les pèrdues ferroses (Control de les pèrdues del circuit magnètic del nucli)

• Seleccionar materials de nucli d'alta prestació:
• Prioritzar fulles d'acer siliciós laminat a fred de alta permeabilitat i baixa pèrdua unitària (per exemple, acer HiB) o materials més avançats com els alloys amorfs (que ofereixen avantatges significatius per a la reducció de les pèrdues sense càrrega).
• Controlar estrictament l'espessor, la planitud i la qualitat del revestiment aïllant de les fulles d'acer siliciós per minimitzar les pèrdues histerètiques i eddy current.
• Optimitzar el disseny i els processos de fabricació del nucli:
• Implementar tècniques de superposició escalonada per minimitzar la relutància magnètica a les unions, reduint les pèrdues ferroses addicionals.
• Controlar precísament el factor de superposició del nucli i la força de presa per assegurar una distribució uniforme de la via magnètica i evitar la saturació local excesiva.
• (Aplicant tecnologies avançades) Explorar tècniques com la gravació amb llaser (Laser Scribbling) per a la millora adicional de l'estructura del domini magnètic del material.
• Optimitzar els mètodes de terra del nucli i l'escudat per reduir les pèrdues disperses en els components estructurals.

3.3 Optimització del disseny de les bobines i millora dels processos, reduint les pèrdues cobreses (Control de les pèrdues clau del circuit magnètic)

• Optimitzar l'estructura de les bobines i el disseny electromagnètic:
• Calcular amb precisió la distribució de voltants-ampers, optimitzar la secció transversal del conductor (per exemple, utilitzant cables transposats contínus - CTC o cables transposats autoligats - TTC) per minimitzar les corrents circulants i les pèrdues eddy current.
• Seleccionar de manera raonable el material del conductor (cobre sense oxigen de alta conductivitat) i la densitat de corrent, reduint efectivament les pèrdues de resistència DC mentre es compleixen les restriccions de sobrecalçament.
• Optimitzar l'alçada, el diàmetre i les dimensions radials de les bobines per controlar el flux de fuga i reduir les pèrdues disperses.
• Processos de fabricació avançats:
• Assegurar la compactesa uniforme de les bobines utilitzant equips de bobinat a tensió constant.
• Emprar processos avançats de Impregnació sota Vaci (VPI) o col·locació de resina per assegurar un ompliment exhaustiu de les barres amb materials aïllants, millorant la conductivitat tèrmica i la resistència mecànica, ajudant a la dissipació de calor i reduint les descàrregues parcials.

3.4 Monitorització de l'estat del circuit magnètic i manteniment preventiu (Gestió de bucle tancat, assegurant el rendiment a llarg termini)

• Implementar una monitorització precisa de l'estat del circuit magnètic:
• Avaluació comprehensiva de la salut del circuit magnètic integrant la monitorització en línia (per exemple, Anàlisi de Gases Dissolts - DGA, monitorització de descàrregues parcials d'alta freqüència, monitorització de vibracions/soroll acústic, termografia infraroja) i la prova fora de línia (proves periòdiques de deformació de les bobines, proves de pèrdues sense càrrega i amb càrrega, prova de corrent de terra del nucli).
• Monitorització focal: Signes de faltes de terra multipunt del nucli, fluctuacions anòmalies de pèrdues, sobrecalçaments dels escuts magnètics i les estructures de presa.
• Establir un mecanisme de manteniment preventiu:
• Desenvolupar plans de manteniment específics del circuit magnètic basats en les dades de monitorització de l'estat i l'historial operatiu.
• Inspeccionar periòdicament la terra del nucli i de les estructures de presa: Assegurar una terra de punt únic fiable, detectar i corregir prontament les faltes de terra multipunt (que augmenten significativament les pèrdues ferroses i causen sobrecalçaments).
• Inspeccionar els escuts magnètics, les preses i altres components estructurals: Comprovar si hi ha alliberaments, sobrecalçaments o traces de descàrregues; eliminar prontament les anormalitats.
• Durant les inspeccions de levantament del nucli/capa, realitzar controls i manteniments focalitzats en les unions de laminació del nucli i l'estat de la presa.
• Realitzar un anàlisi diagnòstic profund de les tendències ascendents en les pèrdues anòmals per identificar les causes radicals i implementar accions correctores.

4. Beneficis esperats

• Reducció significativa de l'augment de temperatura: Es espera que les temperatures d'operació (especialment les temperatures dels punts calents) estiguin controlades de manera efectiva, amb reduccions que assolguin els objectius projectats (per exemple, 15-25%), alliberant considerablement l'estress tèrmic d'envejeciment de l'aïllament.
• Reducció efectiva de les pèrdues del circuit magnètic:
• Pèrdues ferroses (Pèrdues sense càrrega): S'espera una reducció del 20-40% mitjançant nous materials i processos (especialment significativa quan s'utilitzen alloys amorfs).
• Pèrdues cobreses (Pèrdues amb càrrega): S'espera una reducció del 10-25% mitjançant un disseny de bobines optimitzat.
• Millora general de l'eficiència del 1-3 punts percentuals, proporcionant beneficis econòmics considerables i una reducció de les emissions de carboni.
• Millora substancial de la fiabilitat: Els riscs d'averia causats per sobrecalçaments i anormalitats del circuit magnètic es redueixen significativament, millorant la disponibilitat dels equips i ampliant la vida útil.
• Optimització del cost total del cicle de vida: Malgrat una possible inversió inicial més elevada (per exemple, materials d'alta prestació, sistemes de refrigeració avançats), els beneficis derivats de l'estalvi a llarg termini d'energia, la reducció dels costos de manteniment i l'ampliació de la vida útil són més substancials, aconseguint un retorn d'inversió (ROI) favorable.

5. Àmbit d'aplicació

Aquesta solució s'aplica a nous transformadors de transmissió (energia) immersos en petróli a nivell de tensió de 35kV i superior. Les mesures específiques poden ser personalitzades i implementades basant-se en la capacitat del transformador, el nivell de tensió, l'entorn d'operació, la criticitat i l'estat actual.