Трансформаторлар үшін толықтығымен жетістіктерді жақсарту шешімі: Жылуандастыру оптимизациялануы мен магниттік контурдағы жоюларды азайту

1. Фон және қиындықтар

Электр энергиясының ауытқысының үнемі өсуі мен тұрақты электр желісінің ғылыми-техникалық қауіпсіздік талаптарының күшейтілуімен, трансформаторлардың қызмет ету үшін талаптар бойынша қатты қиындықтар болып табылады. Бұл қиындықтар - қызмет ету нәтижесіндегі температуралық өсу, магниттік контур жоюлары және узақ мезгілдік қызмет ету қабілеті. Жоғары температура изоляциялық материалдардың ыңғайлауына жауап береді, жабдықтардың өмір мерзімін қысқартады және қызмет ету қатерлерін арттырады. Жоғары магниттік контур жоюлары (бастысы - демір және медь жоюлары) энергия пайдалану үшін қолданылатын қабілеттерді азайтады, бұл өзара қажетті қызмет ету заттарын қосады. Трансформаторларда кездесетін екі негізгі мәселе - температура өсуі және магниттік контур жоюлары - шешімге жетуге болады.

2. Шешімдердің мақсаттары

• Температура өсуін өте азайту: Трансформатордың жалаңқы мағынасындағы масла температурасын және виткілердің жарық деңгейін қауіпсіздікті қамтамасыз ету үшін қолданылады.
• Магниттік контур жоюларын өте азайту: Жоғары жоюлар (демір жоюлары) және жүк жоюлары (медь жоюлары) қызмет ету қабілеттерін жоғарылату үшін қолданылады.
• Қызмет ету қабілеттерін жоғарылату: Жоғары температура және жоюлар қатерлерін азайту арқылы трансформатордың өмір мерзімін ұзартады.
• Жалпы өмір мерзіміндегі затты оптимизациялау: Энергия экономиясы және техникалық қызмет ету заттарын азайту арқылы трансформатордың экономикалық қабілеттерін жоғарылатады.

3. Негізгі шешімдер

Бұл шешім "Жоюлардың бастапқы бағыттауы + Жылу айналу қабілеттерін жоғарылату + Сәйкес жағдайларды басқару" интегралдық стратегиясын қолданады:

3.1 Жылу айналу жүйесін оптимизациялау және жаңарту, жылу айналу қабілеттерін жоғарылату (температура өсуін шешу)

• Жоғары қабілетті жылу айналу әдістерін қолдану:
• Күндеттен жылу айналу (OFAF/ODAF): Ескі ауызша жылу айналу (ONAN) немесе ауызша күндеттен жылу айналу (ONAF) трансформаторларын жаңарту немесе жаңа трансформаторларға жоғары қабілетті аксиаль фанды қолдану. Ауызша автоматтық іске қосу/тоқтату (temperature-based or VFD adjustment) және ауызша жылу айналу үшін қолданылатын қоңыраулы, ауызша тынысқа қарсыл және ауызша қолданылатын фандарды қолдану.
• Масла су жылу айналу (OFWF): Жоғары қабілетті масла насосы мен термодифузорлармен қолданылатын, жоғары жүк қабілеттерінің немесе жоғары ауызша температураға ие трансформаторлар үшін қолданылады. Су қызмет ету үшін қолданылатын қызмет ету заттары (қыртылыстан сақталу және коррозиядан сақталу үшін) және надеждылық қауіпсіздік механизмдері (мысалы, екі су циклі, бекітілген насос) қажет.
• Жылу айналу модулін қолдану: Радиаторлардың маңызды нүктелерінде жылу айналу модулдерін қолдану арқылы локалды жарық деңгейлерді жоғары қабілетті айналу үшін қолдану.
• Радиатор структурасын және орналасуын оптимизациялау:
• Ауызша радиаторларды (финнілер, панель радиаторлары) және оптимизацияланған ағыс жолдарын қолдану.
• Жылу айналу медианың (ауызша немесе су) жылу айналу жолдарын жоғарылату, локалды ағыс жолдарын қолдану, жылу айналу теңсіздігін жоғарылату.
• (Ауызша жылу айналу үшін) Фандардың орналасуын және каналдың дизайнін оптимизациялау, радиаторлардың ауызша жылу айналу теңсіздігін жоғарылату.
• Интеллектуалды жылу айналу басқару:
• Масла температурасы, виткілердің температурасы және ауызша температурасын қолдану арқылы жылу айналу жүйесінің өнімдерін (фандардың қызығышы/саны, масла насосының ағыс деңгейі) автоматтық өзгерту. Жылу айналу қабілеттерін жоғарылату, қосымша жабдықтардың энергия заттарын азайту.

3.2 Негізгі материалдарды және структураны оптимизациялау, демір жоюларын азайту (магниттік контур жоюларын басқару)

• Жоғары қабілетті негізгі материалдарды таңдау:
• Жоғары өту қабілеті, төмен қатарлы жоюлармен бірге жоғары қабілетті силициум стали (мысалы, HiB стали) немесе жаңа қолданылатын аморфтық сплав материалдарын (бос жүк жоюларын азайту үшін).
• Силициум сталының қалыңдығын, таза жабуын және изоляциялық қабырға сапасын қолдану арқылы гистерезис жоюларын және эдди токтарын азайту.
• Негізгі дизайны және өндіру процестерін оптимизациялау:
• Шығыс-батыс қабырға технологияларын қолдану арқылы магниттік контур жоюларын азайту.
• Негізгі қабырға факторын және басылымды қолдану арқылы магниттік жолдардың теңсіздігін жоғарылату, локалды өту қабілеттерін азайту.
• (Жаңа технологиялар қолдану) Лазер скрипті (Laser Scribbling) технологиясын қолдану арқылы материалдардың магниттік домен структурасын жоғарылату.
• Негізгі земля әдістерін және экрандау әдістерін оптимизациялау, структуралық құрылғылардағы қатарлы жоюларды азайту.

3.3 Виткілердің дизайнын және процессін оптимизациялау, медь жоюларын азайту (негізгі магниттік контур жоюларын басқару)

• Виткілердің структурасын және электромагниттік дизайнын оптимизациялау:
• Ампер-виткілерді дәл есептеу, кондуктордың көлемін (мысалы, CTC немесе TTC) оптимизациялау, циркулярлы токтар және эдди токтарын азайту.
• Кондуктор материалын (таза меди) және токтың тығыздығын таңдау, DC жоюларын азайту, температура өсуінің шектеулерін қанағаттандыру.
• Виткілердің биіктігін, диаметрін және радиалды өлшемдерін оптимизациялау, жоғарылық токтарды азайту, қатарлы жоюларды азайту.
• Жаңа өндіру процестері:
• Тұрақты күш қолдану арқылы виткілердің теңсіздігін жоғарылату.
• VPI немесе резина қолдану арқылы бөлшектерді толық қолдану, жылу айналу қабілеттерін жоғарылату, частичные разрядын азайту.

3.4 Магниттік контур жағдайларын мониторинг жасау және алдын-ала қызмет ету (бақылау, узак мезгілдік қызмет ету қабілеттерін қамтамасыз ету)

• Магниттік контур жағдайларын дәл мониторинг жасау:
• Онлайн мониторинг (DGA, высокочастотный мониторинг частичных разрядов, вибрационный/акустический мониторинг, инфракрасная термография) және офлайн тестирование (периодическое тестирование деформации витков, тестирование без нагрузки и под нагрузкой, тестирование тока заземления сердечника) арқылы магниттік контурдың денсаулығын толық бағалау.
• Мониторинг: Сердечниктің бірнеше нүктелерде заземленуі, жоюлардың аномалдық өсуі, магниттік экран және басылымдық құрылғылардың жарық деңгейі.
• Алдын-ала қызмет ету механизмин құру:
• Мониторинг деректері және қызмет ету тарихына негізделген магниттік контур қызмет ету планын құру.
• Регулярно проверять заземление сердечника и конструкции: Обеспечить надежное одно-точечное заземление, своевременно обнаруживать и исправлять неисправности многоточечного заземления (что значительно увеличивает потери железа и вызывает перегрев).
• Проверять магнитные экраны, зажимы и другие конструктивные элементы: Проверять на наличие ослабления, перегрева или следов разряда; своевременно устранять аномалии.
• При осмотрах с подъемом сердечника/крышки проводить целевые проверки и обслуживание соединений слоев сердечника и состояния зажимов.
• Проводить глубокий диагностический анализ выявленных тенденций к повышению аномальных потерь, чтобы определить корневые причины и реализовать корректирующие меры.

4. Ожидаемые преимущества

• Значительное снижение температурного режима: Температуры работы (особенно горячие точки) ожидаются, что будут эффективно контролироваться, с уменьшением до прогнозируемых значений (например, 15-25%), значительно уменьшая тепловую нагрузку на изоляцию.
• Эффективное снижение потерь в магнитном контуре:
• Потери железа (потери холостого хода): Ожидается снижение на 20-40% за счет новых материалов и процессов (особенно значительное при использовании аморфных сплавов).
• Потери меди (потери под нагрузкой): Ожидается снижение на 10-25% за счет оптимизации конструкции витков.
• Общее улучшение КПД на 1-3 процентных пункта, обеспечивающее значительные экономические выгоды и сокращение выбросов углерода.
• Значительное улучшение надежности: Риск отказов, вызванных перегревом и аномалиями в магнитном контуре, значительно снижается, повышая доступность оборудования и продлевая срок службы.
• Оптимизация общего жизненного цикла: Несмотря на возможное увеличение первоначальных инвестиций (например, высокопроизводительные материалы, передовые системы охлаждения), долгосрочные экономии энергии, сокращение затрат на обслуживание и продление срока службы приводят к более существенным выгодам, обеспечивая благоприятную окупаемость инвестиций (ROI).

5. Область применения

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