פתרון מתקדם להרחבת ביצועים עבור טרנספורמטורי העברה: אופטימיזציה של הקירור והפחתת הפסדי מעגל מגנטי

1. רקע והallenges​

עם צמיחת הטעינה החשמלית באופן מתמשך ודרישות מתחממות יותר ויותר לפעילות יציבה של הרשת, המרתפי הזרם נתקלים באתגרים קשים לגבי יעילות פעילות, הבקרה בטמפרטורה ועליה וממשיכות ארוכת טווח. טמפרטורות פעולה גבוהות מדי מאיצרים את הזקנה של חומרי ההבודד, מקצרות את תוחלת החיים של הציוד ומגדילות את הסיכונים להתקלקלויות. איבודי מסלול מגנטי גבוהים (בעיקר איבודי ברזל ואיבודי נחושת) מפחיתים את יעילות השימוש באנרגיה, מה שגורם עלויות פעולה בלתי נחוצות. כדי להתמודד עם שני הנושאים העיקריים הנפוצים במרתפי הזרם—עלייה יתרה בטמפרטורה​ ו-איבודי מסלול מגנטי משמעותיים—נוצרה פתרון כולל זה.

​2. מטרות הפתרון​

• ​הפחתה משמעותית בטמפרטורת הפעולה:​​ הבקרה בטמפרטורת השמן העליונה והטמפרטורה של נקודות חם בערבוביות בתוך גבולות פעולה בטוחים.
• ​הפחתה יעילה באיבודי מסלול מגנטי:​​ התמקדות בהפחתת איבודי העומס (איבודי ברזל) ואיבודי העומס (איבודי נחושת), לשיפור יעילות הפעולה הכוללת.
• ​הגברת האמינות בפעולת:​​ הפחתת שיעור התקלקלויות עקב חום יתר ואיבודי מסלול מגנטי, הארכת חיי המרתף.
• ​אופטימיזציה של עלות מחזור חיים מלאה:​​ שיפור יעילות הכלכלה של המרתף דרך חיסכון באנרגיה ופחתת תדירות התיקונים.

​3. אמצעי מניעה עיקריים​

הפתרון הזה אומץ אסטרטגיה משולבת של "בקרת איבודים במקור + הגברת יכולת הפיזור החום + ניהול מצב מדויק":

​3.1 אופטימיזציה ועדכון מערכת הקירור, שיפור יעילות הפיזור החום (פתרון לעליה בטמפרטורה)​​

• ​שימוש בשיטות קירור יעילים:​​
• ​קירור אוויר כפוף (OFAF/ODAF):​​ רetrofiting מרתפי זרם קיימים שנוקפים או מוחממים בכוח אוויר, או מצוידים במעגלים חדשים עם מנועים צירי ביצועיים. בחירת מנועים יעילים, בעלי רעש נמוך ועמידים בפני מזג אוויר משולבים עם בקרת זרימת אוויר חכמה (לדוגמה, הפעלה/כיבוי אוטומטי לפי טמפרטורה או התאמה בתדר משתנה) כדי להגביר משמעותית את יעילות הצירוף האווירי על פני המשטחים של הרדייטורים ולהסיר חום במהירות.
• ​קירור שמן מים כפוף (OFWF):​​ מועדפים עבור מרתפי זרם מעלים מאוד, יחידות עם מפקדים גבוהים של עומס, או אלה שפועלים בטמפרטורות סביבה גבוהות. מצוידים במשאבות שמן ביצועיות ומדחסים פלטיניים כדי לנצל את החום הספציפי הגבוה של המים לשינוי חום יעיל. דורש מערכות טיפול במים לתמיכה (כדי למנוע סילון וקארוזיה) ומכונות בטיחות (לדוגמה, מעגלי מים כפולים, משאבות מחליפות).
• ​קירור בעזרת צינור חום:​​ התקנת מודולים של צינור חום בנקודות קריטיות של הרדייטורים כדי להוביל ולפזר חום מקומי באמצעות עקרון שינוי פאזה.
• ​אופטימיזציה של מבנה הרדייטור והצגת:​​
• שימוש ברדייטורים עם שטח פנים גדול יותר (לדוגמה, רדייטורים עם פינים, פאנלים) ועיצובים של מסלולי זרימה מותאמים.
• הבטיחת מסלולי זרימה חלקים עבור מדיה קירור (או אוויר או מים), הימנעות מ рестיקציות מקומיות של זרימה ושיפור אחידות הפיזור החום.
• (עבור קירור אוויר) אופטימיזציה של מיקום המנועים והעיצוב של צינורות כדי להבטיח כיסוי אחיד של זרימת אוויר על פני משטחי הרדייטורים, הפחתת אזורי מוות.
• ​בקרת קירור חכמה:​​
• התאמה אוטומטית של פליטת מערכת הקירור (מהירות/מספר המנועים, קצב זרימת שמן) בהתאם למדידות בזמן אמת של טמפרטורת שמן, טמפרטורת הערבוביות וטמפרטורת הסביבה. מצליח קירור לפי דרישה, תוך שמירה על יעילות הפיזור החום תוך הקטנת צריכת אנרגיה של ציוד עזר.

​3.2 אופטימיזציה של חומרים ומבנה הליבה, הפחתת איבודי ברזל (בקרה על איבודי מגנטים ליבה)​​

• ​בחירה של חומרים חזקים לליבה:​​
• העדפה לחומרים חזקים של פלדה סיליקון קרול (לדוגמה, פלדת HiB) או חומרים מתקדמים יותר של אלลอย אמורפי (מציעים יתרונות משמעותיים להפחתת איבודי עומס ללא עומס).
• בקרה ממשית על עובי פלדת הסיליקון, ישרות ואיכות הדבקת ההבודד כדי להפחית את איבודי ההיסטרזה ואת איבודי הגלילה.
• ​אופטימיזציה של עיצוב הליבה ותהליך הייצור:​​
• יישום טכניקות שכבת ליבה בסולם כדי להפחית את ההתנגדות המגנטית בנקודות החיבור, הפחתת איבODY ברזל נוספים.
• בקרה מדויקת על גורם השכבה של הליבה ועל כוח הלחיצה כדי להבטיח הפצה אחידה של מסלול מגנטי ולהימנע מספיגה מקומית.
• (יישום טכנולוגיות מתקדמות) חקר טכניקות כמו כתיבה לייזר (Laser Scribbling) להפחתת מבנה תחום החומר המגנטי.
• אופטימיזציה של שיטות הקרקעות וההגנה כדי להפחית איבODY פסול ברכיבים מבניים.

​3.3 אופטימיזציה של עיצוב הערבוביות והשיפור בתהליך, הפחתת איבודי נחושת (בקרה על איבודי מגנטים עיקריים)​​

• ​אופטימיזציה של מבנה הערבוביות ועיצוב אלקטרומגנטי:​​
• חישוב מדויק של הפצת האמפר-סיבובים, אופטימיזציה של צורת החתך של המוליך (לדוגמה, שימוש בחוטים מועברים באופן רציף - CTC או חוטים מועברים באופן עצמאי - TTC) כדי להפחית איבODY זרם מעגלי ואיבODY גלילה.
• בחירת חומרים מוליכים (נחושת חסרת חמצן בעלת מוליכות גבוהה) ודichte זרם מוגדרת, הפחתת איבODY התנגדות DC תוך שמירה על אילוצי עלייה בטמפרטורה.
• אופטימיזציה של גובה הערבוביות, קוטר ומידות רדיאליות כדי לשלוט על השפיפה ולהפחית איבODY פסול.
• ​תהליכים מתקדמים בייצור:​​
• הבטיחת אחידות של הערבוביות באמצעות מכשירי הערבוב בתנאי מתח קבוע.
• שימוש בתהליכי טביעה תחת לחץ ואדים (VPI) או יציקה של смола для обеспечения полного заполнения промежутков изоляционными материалами, улучшения теплопроводности и механической прочности, что способствует отводу тепла и уменьшению частичных разрядов.

​3.4 мониторинг состояния магнитного контура и проактивное обслуживание (замкнутый цикл управления, обеспечение долгосрочной производительности)​​

• ​Внедрение точного мониторинга состояния магнитного контура:​​
• Комплексная оценка состояния магнитного контура путем интеграции онлайн-мониторинга (например, анализ растворенных газов - DGA, мониторинг высокочастотных частичных разрядов, мониторинг вибраций/акустического шума, термография в инфракрасном диапазоне) и офлайн-тестирования (периодическое тестирование деформации обмоток, тестирование потерь при холостом ходу и под нагрузкой, тестирование тока заземления сердечника).
• Фокусированный мониторинг: признаки неисправностей многоточечного заземления сердечника, аномальные колебания потерь, перегрев магнитных экранов и крепежных конструкций.
• ​Создание механизма предупредительного обслуживания:​​
• Разработка целевых планов обслуживания магнитного контура на основе данных мониторинга состояния и истории эксплуатации.
• ​Периодическая проверка заземления сердечника и крепежных конструкций:​​ Обеспечение надежного одноточечного заземления, своевременное обнаружение и устранение неисправностей многоточечного заземления (что значительно увеличивает потери железа и вызывает перегрев).
• ​Проверка магнитных экранов, стяжек и других конструктивных элементов:​​ Проверка на наличие ослабления, перегрева или следов разрядов; своевременное устранение аномалий.
• При осмотре сердечника/крышки проводить целевые проверки и обслуживание соединений листов сердечника и состояния крепления.
• Проведение углубленного диагностического анализа выявленных тенденций к повышению аномальных потерь для определения корневых причин и реализации корректирующих мер.

​4. Ожидаемые преимущества​

• ​Значительное снижение температурного подъема:​​ Ожидается эффективный контроль рабочих температур (особенно горячих точек) с достижением прогнозируемых целей (например, 15-25%), что значительно снизит термическую старение изоляции.
• ​Эффективное снижение потерь магнитного контура:​​
• Потери железа (потери при холостом ходу): Ожидается снижение на 20-40% за счет новых материалов и процессов (особенно значительное при использовании аморфных сплавов).
• Потери меди (потери при нагрузке): Ожидается снижение на 10-25% за счет оптимизации дизайна обмоток.
• Общее улучшение эффективности на 1-3 процентных пункта, что принесет значительные экономические выгоды и снижение выбросов углерода.
• ​Значительное улучшение надежности:​​ Существенно снижаются риски отказов, связанные с перегревом и аномалиями магнитного контура, что повышает доступность оборудования и продлевает срок службы.
• ​Оптимизация полной стоимости жизненного цикла:​​ Несмотря на возможное более высокое первоначальное вложение (например, материалы высокой производительности, передовые системы охлаждения), преимущества, полученные от долгосрочного энергосбережения, снижения затрат на обслуживание и продления срока службы, являются более существенными, что обеспечивает благоприятную норму возврата инвестиций (ROI).

​5. Область применения​

Это решение применимо к новым и действующим маслонаполненным трансформаторам электропередачи (энергии) напряжением 35 кВ и выше. Конкретные меры могут быть настроены и внедрены в зависимости от мощности, уровня напряжения, условий эксплуатации, важности и текущего состояния трансформатора.