Komprehensive ydeeværdsforbedringsløsning for transmissions-transformatorer: Optimering af køling og reduktion af tab i magnetkredsløbet

1. Baggrund og udfordringer

Med den kontinuerlige vækst i strømforbrug og de stadig strengere krav til stabil netdrift står transmissions-transformatorer over for alvorlige udfordringer angående driftseffektivitet, temperaturstigningskontrol og langtidsreliabilitet. For høje driftstemperaturer accelererer aldringen af isoleringsmaterialer, forkorter levetiden af udstyr og øger risikoen for fejl. Høje magnetiske kredsløbsforskyld (primært jern- og kobberforskyld) reducerer energieffektiviteten, hvilket fører til unødvendige driftsomkostninger. For at tackle de to centrale problemer, der ofte findes i transmissions-transformatorer – forskellige temperaturstigninger og betydelige magnetiske kredsløbsforskyld – er denne omfattende løsning udformet.

2. Løsningsmål

• Betydelig reduktion af driftstemperaturen: Kontrollere transformatorens topolie-temperatur og vindings hotspot-temperatur inden for sikre driftsmarginaler.
• Effektiv reduktion af magnetiske kredsløbsforskyld: Fokusere på reduktion af tomhjulstaber (jernforskyld) og belastningsforskyld (kobberforskyld), for at forbedre den samlede driftseffektivitet.
• Forbedring af driftsreliabilitet: Reducere fejlhyppigheden som følge af overophedning og for høje forslyd, for at forlænge transformatorens levetid.
• Optimering af det totale livscykluskostnads: Forbedre transformatorens økonomiske effektivitet gennem energibesparelse og reduceret vedligeholdelseshyppighed.

3. Kernen af løsningen

Denne løsning anvender en integreret strategi med "Kildekontrol af forslyd + Forbedret varmeafgivelsesevne + Præcis tilstandsledelse":

3.1 Optimering og opgradering af kølesystemet, forbedring af varmeafgivelsesevnen (Behandling af temperaturstigning)

• Anvendelse af højeffektive kølemetoder:
• Tvinget luftkøling (OFAF/ODAF): Modernisering af eksisterende naturligt luftkølede (ONAN) eller lufttvunget kølede (ONAF) transformatorer, eller udrustning af nye enheder med højprestationsaksialventilatorer. Vælg effektive, lavstøjede og vejrbestandige ventilatorer kombineret med intelligent luftstrømskontrol (fx automatisk start/sluk baseret på temperatur eller frekvensomregulerbar justering) for at betydeligt forbedre luftkonvektionseffektiviteten på radiatoroverflader og hurtigt fjerne varme.
• Tvinget olje-vand-køling (OFWF): Prioriteret for ultra-høj kapacitet transformatorer, enheder med høj belastningsfaktor, eller dem, der opererer under høje omgivelses temperature. Udstyret med højprestationsolje-pumper og pladevarmeskiftere for at udnytte vands høje specifikke varmekapacitet for effektiv varmeudveksling. Kræver understøttende vandbehandlingsanlæg (for at forhindre skalling og korrosion) og pålideligheds Sikring mekanismer (fx dobbelt vandkredsløb, reservepumper).
• Varmelednings-assisteret køling: Installér varmeledningsmoduler på kritiske punkter på radiatorene for at effektivt overføre og dissipere lokal hotspot-varme via faseændring princip.
• Optimer radiatorstrukturen og -layoutet:
• Brug radiatore med øget overfladeareal (fx ribbede, panelradiatore) og optimeret flowdesign.
• Sørg for glatte flowbaner for kølemedier (luft eller vand), eliminere lokale flowrestriktioner og forbedre jævn varmeafgivelse.
• (For luftkøling) Optimer ventilatorposition og kanal-design for at sikre jævn luftstrøm dækker radiatoroverfladen, minimere døde zoner.
• Intelligent kølekontrol:
• Juster kølesystemets output (ventilatorhastighed/tal, olje-pumpeflow) automatisk baseret på realtidsovervågning af olietemperaturen, vindings temperaturen og omgivelses temperaturen. Opnå påkrævet køling, garanterer effektiv varmeafgivelse, mens minimere hjælpemaskiner energiforbrug.

3.2 Kerne-materialer og -strukturoptimering, reduktion af jernforskyld (Kerne magnetiske forslyd kontrol)

• Udvalg af højpræcisions kerne materialer:
• Prioriter høj permeabilitet, lav enheds-forskyld kolde-rullede silicium-stålplader (fx HiB stål) eller mere avancerede amorphous alloy materialer (tilbyder betydelige fordele for reduktion af tomhjulstaber).
• Streng kontrol af silicium-stålplader tykkelse, flathed og isoleringsbelægning kvalitet for at minimere hystereseforskyld og virvelstrømforskyld.
• Optimer kerne design og produktionsprocesser:
• Gennemfør step-lap stacking teknikker for at minimere magnetisk modstand ved forbindelser, reducere yderligere jernforskyld.
• Nøjagtig kontrol af kerne stacking faktor og klamp tryk for at sikre uniform magnetisk vej distribution og undgå lokal oversaturation.
• (Anvendelse af Avancerede Teknikker) Udforsk teknikker som laser scribing (Laser Scribbling) for at yderligere optimere materiale magnetisk domænestruktur.
• Optimer kerne grounding metoder og skjoldning for at reducere spredt forslyd i strukturkomponenter.

3.3 Vinding design optimering og processforbedringer, reduktion af kobberforskyld (Kernen magnetiske forslyd kontrol)

• Optimer vinding struktur og elektromagnetisk design:
• Nøjagtig beregning af ampere-turn fordeling, optimere ledere snitsform (fx brug af kontinuerligt transponerede kabler - CTC eller selv-bondet transponerede kabler - TTC) for at minimere cirkulerende strøm og virvelstrømforskyld.
• Rimelig valg af leder materiale (højledning evnes syrefri kobber) og strømtæthed, effektivt reducere DC resistans forslyd mens opfylder temperaturstigning begrænsninger.
• Optimer vinding højde, diameter og radial dimensioner for at kontrollere lækkage flux og reducere spredt forslyd.
• Avancerede produktionsteknikker:
• Sikre uniform vinding kompakthed ved hjælp af konstant-spænding vinding udstyr.
• Anvend avancerede vakuumtryk impregnation (VPI) eller harz gøsning processer for at sikre grundig udfyldning af huller med isoleringsmaterialer, forbedre termisk ledning og mekanisk styrke, derfor hjælpe med varmeafgivelse og reducere partielle udladelser.

3.4 Magnetisk kredsløbs tilstands overvågning og proaktiv vedligeholdelse (Lukket-loop ledelse, sikring af langtids ydeevne)

• Gennemfør præcis magnetisk kredsløbs tilstands overvågning:
• Komplet vurdering af magnetisk kredsløbs sundhed ved integration af online overvågning (fx Dissolved Gas Analysis - DGA, højfrekvens partielle udladelser overvågning, vibration/acoustic støj overvågning, infrarød thermografi) og offline test (periodisk vinding deformation test, tomhjul & belastnings forslyd test, kerne ground strøm test).
• Fokus overvågning: tegn på kerne multi-point grounding fejl, abnormale forslyd fluctuation, overheating af magnetiske shields og klamp strukturer.
• Etabler en forebyggende vedligeholdelses mekanisme:
• Udvikle målrettet magnetisk kredsløbs vedligeholdelses planer baseret på tilstands overvågnings data og driftshistorik.
• Periodisk inspicer kerne og klamp struktur grounding: Sikre pålidelig single-point grounding, hurtigt opdage og rette multi-point grounding fejl (som betydeligt øger jernforskyld og forårsager overheating).
• Inspektere magnetiske shields, klamper og andre struktur komponenter: Tjek for løshed, overheating, eller udladelser spor; hurtigt eliminere abnormaliteter.
• Under kerne/lid lifting inspektioner, gennemfør fokuserede checks og vedligeholdelse på kerne lamination joints og klamp condition.
• Foretag dyb diagnosticering analyse på opdagede stigende tendenser i abnormale forslyd for at identificere rodårsager og implementere korrektive handlinger.

4. Forventede fordele

• Betydelig reduktion i temperaturstigning: Driftstemperaturen (især hotspot-temperaturen) forventes at blive effektivt kontrolleret, med reduktioner, der når projicerede mål (fx 15-25%), hvilket betydeligt letter termisk aldringsspenning på isoleringen.
• Effektiv reduktion af magnetiske kredsløbsforskyld:
• Jernforskyld (Tomhjulstaber): Forventet reduktion på 20-40% gennem nye materialer og processer (især betydelig, når amorphous alloy anvendes).
• Kobberforskyld (Belastningsforskyld): Forventet reduktion på 10-25% gennem optimeret vindingdesign.
• Samlet effektivitetsforbedring på 1-3 procentpoint, hvilket giver betydelige økonomiske fordele og reduktion af kulstoffremissioner.
• Betydelig forbedring af driftsreliabilitet: Risikoen for fejl som følge af overophedning og magnetiske kredsløbsanomalier reduceres betydeligt, hvilket forbedrer udstyrets tilgængelighed og forlænger levetiden.
• Optimering af det totale livscykluskostnads: Trods potentielt højere fremtidig investering (fx højprestationsmaterialer, avancerede kølesystemer), er de fordele, der opnås gennem langtids energibesparelser, reduceret vedligeholdelseskost og forlænget levetid, mere betydelige, hvilket resulterer i en gunstig Return on Investment (ROI).

5. Anvendelsesområde

Denne løsning gælder for nyopførte og i drift stående olieindholdende transmissions (effekt) transformatorer på 35kV spændingsniveau og højere. Specifikke foranstaltninger kan tilpasses og implementeres baseret på transformatorens kapacitet, spændingsniveau, driftsomgivelser, vitalitet og nuværende tilstand.