Yleistä suorituskykyä parantava ratkaisu siirtojen muuntimille: Jäähdytyksen optimointi ja magneettisen piirin tappioiden vähentäminen

1. Tausta ja haasteet

Sähköntuotannon jatkuvan kasvun ja yhä tiukempien vaatimusten myötä vakaudelle verkon toiminnassa, siirtymustransformatorit kohtaavat vakavia haasteita toiminnan tehokkuuden, lämpötilan nousun hallinnan ja pitkän aikavälin luotettavuuden suhteen. Ylivoimat toimintalämpötilat nopeuttavat eristysmateriaalien ikääntymistä, lyhentävät laitteiden käyttöikää ja lisäävät epäonnistumisriskiä. Korkeat magneettisen piirin hukka (pääasiassa teräs- ja kuparihukka) vähentävät energian hyödyntämistehokkuutta, mikä johtaa tarpeettomiin toimintakuluihin. Ratkaistaaksemme kaksi yleistä ongelmaa siirtymustransformatorissa – ylivoimaisten lämpötilan nousujen ja merkittävien magneettisen piirin hukkojen – on kehitetty tämä kattava ratkaisu.

2. Ratkaisun tavoitteet

• Merkitsevä lämpötilan alentaminen: Säädellään transformatorin huippuöljylämpötilaa ja kytkentäpisteen kuuman pisteen lämpötilaa turvallisissa toiminta-rajapinnoissa.
• Tehokas magneettisen piirin hukkojen vähentäminen: Keskitytään tyhjiömenetysten (teräshukka) ja latausmenetysten (kuparihukka) vähentämiseen, parantaen kokonaisvaltaista toiminnan tehokkuutta.
• Toiminnan luotettavuuden parantaminen: Vähennetään liian korkeiden lämpötilojen ja menetysten aiheuttamia epäonnistumisprosentteja, pidenten transformatorin käyttöikää.
• Kokonaissiklin kustannusten optimointi: Parannetaan transformatorin taloudellista tehokkuutta säästöjen ja ylläpidon taajuuden vähentämisen avulla.

3. Ytimessä olevat lievitystoimet

Tämä ratkaisu noudattaa yhdennettyä strategiaa "Hukkojen lähdekontrolli + Lämpövedyn evätyksen parantaminen + Tarkka tilahallinta":

3.1 Jäähdytysjärjestelmän optimointi ja päivitys, lämpövedyn evätyksen tehokkuuden parantaminen (lämpötilan nousun hallinta)

• Korkeatehokkaiden jäähdytystekniikoiden käyttö:
• Pakollinen ilmajäähdytys (OFAF/ODAF): Muunnetaan olemassa olevia luonnollisesti ilmajäähdytettyjä (ONAN) tai pakollisesti ilmajäähdytettyjä (ONAF) transformatoreita, tai varustetaan uudet yksiköt korkeatehoisilla aksiaaliympyrällisillä tuuletuslaitteilla. Valitaan tehokkaat, hiljaiset ja säänkestävät tuuletuslaitteet yhdistettynä älykkään ilmavirtaohjauksen (esimerkiksi automaattinen käynnistys/sammutus lämpötilan mukaan tai muuttuva frekvenssi ohjauksen säätely) kanssa, mikä merkittävästi parantaa ilmavirtauskykyä radiatoreiden pinnalla ja nopeasti poistaa lämpöä.
• Pakollinen öljyvesijäähdytys (OFWF): Priorisoitu erittäin suureille kapasiteetille, korkealle latauskerrokselle tai korkealle ympäristölämpötilalle toimiville yksiköille. Varustetaan korkeatehoisilla öljypumpuilla ja levysilta-lämmitysvaihtoilla hyödyntääkseen veden suurta ominaislämpökapasiteettia tehokkaaseen lämmönvaihtoon. Vaatii tukiverkostojen (esimerkiksi kalkkuminen ja ruskettumisen estämiseksi) ja luotettavuuden takuumekanismeja (esimerkiksi kaksoivesiputket, varakkipumput).
• Lämpöputkiloinnin avulla tuettu jäähdytys: Asennetaan lämpöputki-moduulit kriittisiin paikkoihin radiatoreihin tehokkaasti johtamaan ja häipyttämään paikallisia kuumen pisteen lämpöä vaihevuodon periaatteella.
• Radiatorin rakenteen ja asettelun optimointi:
• Käytetään radiatoreita, joilla on suurempi pinta-ala (esimerkiksi ripuli, paneeliradiatori) ja optimoitu virtauspolku.
• Varmistetaan sileät virtauspolut jäädytysmedialle (ilma tai vesi), poistetaan paikalliset virtausrajoitukset ja parannetaan lämpövedyn tasaisuus.
• (Ilmajäähdytys) Optimoitu tuuletuslaitteen sijoitus ja putkisuunnitelman suunnittelu, joka varmistaa tasaisen ilmavirtauksen koko radiatorin pinnalla, minimoimalla kuolleet alueet.
• Älykäs jäähdytysjärjestelmän ohjaus:
• Auttojen tuuletuslaitteiden määrän ja nopeuden sekä öljypumpujen virtausnopeuden automaattinen säätö reaaliaikaisessa seurannassa öljylämpötilan, kytkentäpisteen lämpötilan ja ympäristölämpötilan perusteella. Tämä mahdollistaa tarvittaessa jäähdytyksen, taatakseen lämpövedyn tehokkuuden samalla kun minimoi apulaiteenergian kulutuksen.

3.2 Ytimen materiaalin ja rakenteen optimointi, teräshukon vähentäminen (ydinmagneettisen hukon hallinta)

• Korkeatehokkaiden ytimen materiaalien valinta:
• Priorisoitu korkean permeabiliteetin, alhaisen yksikköhukon kyljetullut silikoniteräslevy (esimerkiksi HiB-teräs) tai edistyneemmät amorfiset alliage-materiaalit (tarjoavat huomattavia etuja tyhjiömenetysten vähentämisessä).
• Noudatetaan tiukasti silikoniteräslevyjen paksuuden, tasaisuuden ja eristyksen laatua, jotta vähennetään hystereesi- ja virrityshukkoja.
• Ydinrakenteen ja valmistusprosessien optimointi:
• Hyödynnetään vaiheittainen lapioituus -tekniikkaa vähentääkseen magneettista vastusta yhdisteissä, mikä vähentää lisäteräshukkoja.
• Tarkka ytimen kerroin- ja puristusvoiman hallinta, jotta taataan tasainen magneettinen polun jakautuminen ja vältetään paikallinen ylivaurioituminen.
• (Edistyneiden teknologioiden soveltaminen) Tutkitaan lasergrafia-tekniikkoja (Laser Scribbling) materiaalin magneettisen domainirakenteen lisäoptimointiin.
• Optimoitu ydinmaan yhteydenottomenetelmä ja suojailu, jotta vähennetään rakennekomponenttien satuhukkoja.

3.3 Kytkentäpisteen suunnittelun optimointi ja prosessin parantaminen, kuparihukon vähentäminen (tärkeän magneettisen hukon hallinta)

• Kytkentäpisteen rakenteen ja sähkömagneettisen suunnittelun optimointi:
• Tarkka ampeerikiertokierrosten laskenta, johtimen leikkausmuodon (esimerkiksi jatkuvasti kiertävät kaapelit - CTC tai itse sidottu kiertokierros - TTC) optimointi, jotta vähennetään kiertovirta- ja virrityshukkoja.
• Järkevä johtimateriaalin (korkean johtavuuden hapottoma kupari) ja virta-kerroksen valinta, jotta tehokkaasti vähennetään suoraan johtavien hukkojen vaikutusta lämpötilan nousuun.
• Kytkentäpisteen korkeuden, halkaisijan ja radiaalisen mitan optimointi, jotta hallitaan vuotovirta ja vähennetään satuhukkoja.
• Edistyneet valmistusprosessit:
• Taataan tasainen kytkentäpisteen tiheyden vakiovireellä kytkentäpisteen laitteilla.
• Hyödynnetään edistynyttä tyhjiöpaineen imursatekniikkaa (VPI) tai resiinakastamistechnologiaa, jotta täytetään välit täydellisesti eristävillä materiaaleilla, parantaen lämpöjohtavuutta ja mekaanista vahvuutta, mikä auttaa lämpövedyn evätyksessä ja pienentää osittaisen jännityksen heikentämistä.

3.4 Magneettisen piirin tilan valvonta ja ennakoiva huolto (suljettu kiertosilmukka, joka takaa pitkäaikaisen suorituskyvyn)

• Tarkka magneettisen piirin tilan valvonta:
• Laaja-alainen arviointi magneettisen piirin terveydestä integroimalla online-valvonta (esimerkiksi liuotu kaasuanalyysi - DGA, korkeataajuusosittaisen jännityksen valvonta, vibraatio/akustinen meluvalvonta, infrapunasäteily) ja offline-testaus (jaksoittinen kytkentäpisteen muodon testaus, tyhjiö- ja latausmenetysten testaus, ytimen maajäähdytysvirtan testaus).
• Valvontakeskittymä: Merkit ytimen monipistemaanjäähdytysvirheiden, epätavallisten menetyksien heilahteluiden, magneettisten suojien ja puristusmekanismien ylikuumenemisen merkit.
• Ennakoivan huollon mekanismin perustaminen:
• Laaditaan kohdennetut magneettisen piirin huoltosuunnitelmat tilavalvonnan tiedon ja toiminnan historian perusteella.
• Jaksoittainen ytimen ja puristusmekanismin maajäähdytysvalvonta: Taataan luotettava yksipistemaajäähdytys, havaitaan ja korjataan nopeasti monipistemaajäähdytysvirheet (jotka merkittävästi lisäävät teräshukkoa ja aiheuttavat ylikuumenemisen).
• Magneettisten suojien, puristusmekanismien ja muiden rakenteellisten komponenttien tarkastus: Tarkastetaan löysyys, ylikuumeneminen tai sähköjännityksen merkit, poistetaan nopeasti poikkeamat.
• Ytimen/kansiin nostotarkastuksen aikana keskitytään ytimen levyyden yhdisteisiin ja puristusmekanismin tilaan.
• Tehtävä syvä diagnosointianalyysi havaittuun epätavallisten menetysten nousuun, tunnistaa syyn ja toteuttaa korjaustoimet.

4. Odotettavat hyödyt

• Merkitsevä lämpötilan nousun vähentyminen: Toimintalämpötilat (erityisesti kuuma piste) odotetaan kontrolloidun tehokkaasti, vähennykset saavuttavat ennusteet (esimerkiksi 15-25%), huomattavasti lievitetään lämpötilan ikääntymisestressi eristysmateriaaleissa.
• Tehokas magneettisen piirin hukkojen vähentäminen:
• Teräshukko (Tyhjiömenetykset): Odotettu vähentyminen 20-40% uusien materiaalien ja prosessien avulla (erityisesti merkittävä amorfisten alliage-materiaalien käytössä).
• Kuparihukko (Latausmenetykset): Odotettu vähentyminen 10-25% optimoituun kytkentäpisteen suunnitteluun.
• Yhteinen tehokkuuden parantuminen 1-3 prosenttiyksikköä, tuomassa huomattavia taloudellisia hyötyjä ja hiilidioksidipäästöjen vähentämistä.
• Huomattava luotettavuuden parantaminen: Liian korkeiden lämpötilojen ja magneettisen piirin poikkeamien aiheuttamat epäonnistumisriskit vähenevät merkittävästi, parantaen laitteen saatavuutta ja pidenten käyttöikää.
• Kokonaissiklin kustannusten optimointi: Huolimatta potentiaalisesta korkeammasta etukäteen investoinnista (esimerkiksi korkeatehoiset materiaalit, edistyneet jäähdytysjärjestelmät), pidempiaikaiset säästöt, ylläpidon kustannusten vähentyminen ja käyttöajan pidentyminen ovat huomattavampia, saavuttamalla suotuisan palautumisaajan (ROI).

5. Soveltamisala

Tämä ratkaisu soveltuu uusiin ja käytettyihin öljyupotettuihin siirtymistransformatorit 35kV-jänniteasteelta ylöspäin. Erityisiä toimenpiteitä voidaan mukauttaa ja toteuttaa transformatorin kapasiteetin, jänniteasteen, toimintaympäristön, kriittisyyden ja nykyisen tilan perusteella.