Solución integral de mellora do rendemento para transformadores de transmisión: Optimización do refrixado e redución das perdas no circuito magnético

1. Antecedentes e desafíos

Con o crecente aumento das cargas eléctricas e os cada vez máis estrictos requisitos para a operación estable da rede, os transformadores de transmisión enfrentan graves desafíos en relación coa eficiencia operativa, o control do aumento de temperatura e a fiabilidade a longo prazo. As temperaturas de funcionamento excesivas aceleran o envellecemento dos materiais de aislamento, reducen a vida útil do equipo e aumentan os riscos de fallos. As elevadas perdas no circuito magnético (principalmente perdas de ferro e cobre) reducen a eficiencia do uso da enerxía, lo que resulta en custos operativos innecesarios. Para abordar os dous problemas centrais comúns nos transformadores de transmisión - aumento de temperatura excesivo e perdas significativas no circuito magnético - foi formulada esta solución integral.

2. Obxectivos da solución

• Redución significativa das temperaturas de funcionamento: Controlar a temperatura do óleo superior e a temperatura dos puntos calientes das bobinas dentro de márgenes de operación seguros.
• Reducción efectiva das perdas no circuito magnético: Centrarse na redución das perdas a vacío (perdas de ferro) e as perdas a carga (perdas de cobre), mellorando así a eficiencia operativa global.
• Mellora da fiabilidade operativa: Reducir as taxas de fallo causadas polo sobreaquecemento e as perdas excesivas, prolongando a vida útil do transformador.
• Optimización do custo total do ciclo de vida: Melhorar a eficiencia económica do transformador a través do aforro energético e a redución da frecuencia de manutención.

3. Medidas clave de mitigación

Esta solución adopta unha estratexia integrada de "Control de orixe das perdas + Aumento da capacidade de dissipación de calor + Xestión de estado precisa":

3.1 Optimización e actualización do sistema de refrigeración, mellorando a eficiencia de dissipación de calor (Abordando o aumento de temperatura)

• Empregar métodos de refrigeración de alta eficiencia:
• Refrigeración forzada por aire (OFAF/ODAF): Retificalos transformadores existentes con refrigeración natural por aire (ONAN) ou refrigeración forzada por aire (ONAF), ou equipar novas unidades con ventiladores axiais de alto rendemento. Seleccione ventiladores eficientes, de baixo ruído e resistentes ás condicións meteorolóxicas combinados con control inteligente do fluxo de aire (por exemplo, inicio/parada automático en función da temperatura ou ajuste de velocidade variable) para aumentar significativamente a eficiencia da convección de aire nas superficies dos radiadores e eliminar rapidamente o calor.
• Refrigeración forzada por óleo e auga (OFWF): Prioritaria para transformadores de ultra-alta capacidade, unidades con factores de carga altos ou aquelas que operan en temperaturas ambientais elevadas. Equipados con bombas de óleo de alto rendemento e intercambiadores de calor de placas para aproveitar a alta capacidade térmica específica da auga para un intercambio de calor eficiente. Requiere sistemas de tratamento de auga de soporte (para prevenir a formación de incrustacións e a corrosión) e mecanismos de garantía de fiabilidade (por exemplo, circuitos de auga dúplex, bombas de reserva).
• Refrigeración asistida por tubos de calor: Instale módulos de tubos de calor en puntos críticos dos radiadores para conducir e disipar eficientemente o calor localizado mediante o principio de cambio de fase.
• Optimización da estrutura e disposición do radiador:
• Utilice radiadores con área de superficie aumentada (por exemplo, radiadores aletados, radiadores de panel) e diseños de camiño de fluxo optimizados.
• Asegure camiños de fluxo lisos para os medios de refrigeración (aire ou auga), elimine restriccións de fluxo localizadas e melorre a uniformidade da dissipación de calor.
• (Para a refrigeración por aire) Optimice a posición dos ventiladores e o deseño dos conductos para asegurar unha cobertura uniforme do fluxo de aire sobre as superficies dos radiadores, minimizando as zonas mortas.
• Control inteligente de refrigeración:
• Ajuste automaticamente a saída do sistema de refrigeración (velocidade/número de ventiladores, caudal da bomba de óleo) en función da monitorización en tempo real da temperatura do óleo, la temperatura de las bobinas y la temperatura ambiente. Logra una refrigeración según la demanda, garantizando la eficacia de la disipación de calor mientras se minimiza el consumo de energía de los equipos auxiliares.

3.2 Optimización de materiales y estructura del núcleo, reduciendo las pérdidas de hierro (control de pérdidas magnéticas del núcleo)

• Seleccionar materiais de núcleo de alto rendemento:
• Priorizar lamas de silicio laminado en frío de alta permeabilidade e baixas perdas unitarias (por exemplo, acero HiB) ou materiais de aleación amorfa máis avanzados (que ofrecen ventaxas significativas para a redución das perdas a vacío).
• Controlar estritamente o grosor, a planidade e a calidade do revestimento de aislamento das lamas de silicio para minimizar as perdas de histerese e as correntes de Foucault.
• Optimización do deseño e procesos de fabricación do núcleo:
• Implementar técnicas de empilhamento em etapas para minimizar a relutancia magnética nas xuntas, reducindo as perdas de ferro adicionais.
• Controlar precisamente o factor de empilhamento do núcleo e a forza de aperto para asegurar unha distribución uniforme do camiño magnético e evitar a saturación local.
• (Aplicando tecnoloxías avanzadas) Explorar técnicas como a gravura láser (Laser Scribbling) para optimizar adicionalmente a estrutura de dominios magnéticos do material.
• Optimizar os métodos de aterramento do núcleo e o escudo para reducir as perdas parasitas nos componentes estructurais.

3.3 Optimización do deseño das bobinas e mellora dos procesos, reducindo as perdas de cobre (Control de perdas magnéticas clave)

• Optimización da estrutura e deseño electromagnético das bobinas:
• Calcular precisamente a distribución de ampere-voltas, optimizar a forma da sección transversal do conductor (por exemplo, usando cables continuamente transpostos - CTC ou cables autoadhesivos transpostos - TTC) para minimizar as correntes circulantes e as perdas de corriente de Foucault.
• Seleccionar de maneira razonable o material do conductor (cobre sin oxígeno de alta conductividad) y la densidad de corriente, reduciendo eficazmente las pérdidas de resistencia directa mientras se cumplen las restricciones de aumento de temperatura.
• Optimizar a altura, o diámetro e as dimensións radiais das bobinas para controlar o flujo de fuga e reducir as perdas parasitas.
• Procesos de fabricación avanzados:
• Asegurar unha compactación uniforme das bobinas utilizando equipos de bobinado de tensión constante.
• Empregar procesos avanzados de Impregnación a Vacío e Presión (VPI) ou colada de resina para asegurar un recheo completo das fendas con materiais de aislamento, mellorando a conductividade térmica e a resistencia mecánica, axudando así á dissipación de calor e reducindo as descargas parciais.

3.4 Monitorización do estado do circuito magnético e mantemento preventivo (Xestión en bucle cerrado, asegurando o rendemento a longo prazo)

• Implementar unha monitorización precisa do estado do circuito magnético:
• Avaliar comprehensivamente a saúde do circuito magnético integrando a monitorización en liña (por exemplo, Análise de Gases Disueltos - DGA, monitorización de descargas parciais de alta frecuencia, monitorización de vibración/ruido acústico, termografía infravermella) e probas off-line (probamentos periódicos de deformación das bobinas, probas de perdas a vacío e a carga, probas de corrente de aterramento do núcleo).
• Monitorización focalizada: Signos de fallos de aterramento múltiple do núcleo, fluctuacións anómalas de perdas, sobreaquecemento de escudos magnéticos e estruturas de aperto.
• Estabelecer un mecanismo de mantemento preventivo:
• Desenvolver planes de mantemento do circuito magnético orientados en función dos datos de monitorización do estado e a historia operativa.
• Inspeccionar periódicamente o aterramento do núcleo e a estrutura de aperto: Asegurar un aterramento de punto único confiable, detectar e corrixir rapidamente fallos de aterramento múltiple (que aumentan significativamente as perdas de ferro e causan sobreaquecemento).
• Inspeccionar escudos magnéticos, apertos e outros componentes estructurais: Verificar afrouxamento, sobreaquecemento ou rastros de descarga; eliminar prontamente as anomalias.
• Durante as inspeccións de levantamento do núcleo/tapa, realizar comprobacións e mantementos focalizados nas xuntas de laminación do núcleo e na condición de aperto.
• Realizar unha análise diagnóstica profunda sobre as tendencias ascendentes de perdas anómalas detectadas para identificar as causas raíz e implementar medidas correctivas.

4. Beneficios esperados

• Reducción significativa do aumento de temperatura: As temperaturas de funcionamento (especialmente as temperaturas dos puntos calientes) están previstas ser controladas de forma efectiva, con reducciones que alcanzan os obxectivos previstos (por exemplo, 15-25%), aliviando considerablemente o estrés térmico de envellecemento do aislamento.
• Reducción efectiva das perdas no circuito magnético:
• Perdas de ferro (perdas a vacío): Se espera unha redución de 20-40% mediante novos materiais e procesos (especialmente significativa ao usar aleacións amorfas).
• Perdas de cobre (perdas a carga): Se espera unha redución de 10-25% mediante o deseño optimizado das bobinas.
• Mellora da eficiencia global de 1-3 puntos porcentuais, proporcionando beneficios económicos considerables e a redución de emisións de carbono.
• Mejora sustancial de la fiabilidad: Los riesgos de fallo causados por el sobrecalentamiento y las anomalías en el circuito magnético se reducen significativamente, mejorando la disponibilidad del equipo y prolongando su vida útil.
• Optimización del costo total del ciclo de vida: A pesar de una posible inversión inicial más alta (por ejemplo, materiales de alto rendimiento, sistemas de refrigeración avanzados), los beneficios derivados del ahorro de energía a largo plazo, la reducción de costos de mantenimiento y la extensión de la vida útil son más sustanciales, logrando una rentabilidad favorable (ROI).

5. Ámbito de aplicación

Esta solución é aplicable a transformadores de transmisión (enerxía) a óleo novos e en servizo a nivel de tensión de 35kV ou superior. As medidas específicas poden ser personalizadas e implementadas en función da capacidade, nivel de tensión, entorno operativo, importancia crítica e estado actual do transformador.