Komprehensivno rešenie za poboljšanje performansite na transformatori za prenos: Optimiranje hlađenja i smanuvaњe na gubitoci vo magnetniot krug

1. Позадина и предизвици

Со непрекинатиот растеж на електричните натоварувања и со все построгите барања за стабилна работа на мрежата, трансформаторите за пренос се соочуваат со сериозни предизвици во однос на ефикасноста на работата, контролата на температурскиот пораснув, и долговременската надежност. Превишени рабочи температури убрзани стареењето на изолационите материјали, скратуваат животот на опремата и зголемуваат ризикот од повреди. Високи губитоци во магнетната патека (првенствено железно и медно губитие) намалуваат енергиската ефикасност, што доведува до неопходни оперативни трошоци. За да се справиме со двете основни проблеми често наоѓани во трансформаторите за пренос – превишено температурско пораснување и значителни губитоци во магнетната патека – формирана е оваа комплетна решенија.

2. Цели на решението

• Значително намалување на рабочите температури: Контрола на температурата на горното масло и температурата на високотемпературни точки во жичевите рамки во сигурни оперативни граници.
• Ефективно намалување на губитоците во магнетната патека: Фокусирање на намалувањето на губитоците под празна натовареност (железно губитие) и при натовареност (медно губитие), со цел да се подобри целокупната ефикасност на работата.
• Подобрување на оперативната надежност: Намалување на процентот на повреди поради прекомерна температура и губитоци, со продлетење на животот на трансформаторот.
• Оптимизација на целокупните трошоци во текот на животот: Подобрување на економската ефикасност на трансформаторот преку енергиски спести и намалена фреквенција на одржување.

3. Основни мерки за спречување

Ова решение користи интегрирана стратегија на "Контрола на изворот на губитоци + Подобрување на способноста за отстранување на топлина + Точна управа со состојбата":

3.1 Оптимизација и надградба на системот за хладење, подобрување на ефикасноста на отстранување на топлината (Справување со температурското пораснување)

• Примена на методи за високо ефикасно хладење:
• Присилно ваздушно хладење (OFAF/ODAF): Ретрофит на постојните трансформатори со природно ваздушно хладење (ONAN) или присилно ваздушно хладење (ONAF), или опремање на нови единици со високоперформансни аксијални вентилатори. Избор на ефикасни, ниско-шумни и оддржливи вентилатори комбинирани со интелигентна контрола на ваздушен поток (на пример, автоматски старт/стоп базиран на температура или регулација со променлив фреквенција) за значително подобрување на ефикасноста на конвекциониот поток на радијаторите и брзо отстранување на топлината.
• Присилно масло-водно хладење (OFWF): Приоритетно за трансформатори со екстремно голема капацитет, единици со висок фактор на натоварување, или тие кои работат при високи околни температури. Опремање со високо ефикасни маслен помпи и плочни топлотни заменувачи за користење на висок специфичен топлински капацитет на водата за ефикасна топлинска замена. Бара се поддршка од системи за обработка на вода (за спречување на калцифицирање и корозија) и механизми за осигурување на надежност (на пример, двојни водни кола, резервни помпи).
• Помошно хладење со топлински цеви: Инсталирање на модули со топлински цеви на критични точки на радијаторите за ефикасно проводување и отстранување на локални топлински точки преку принципот на фазна промена.
• Оптимизација на структурата и распоредот на радијаторите:
• Користење на радијатори со зголемена површина (на пример, радијатори со јагла, плочни радијатори) и оптимизирани дизајни на проточни патеки.
• Осигурување на гладки проточни патеки за хладилни медиуми (воздух или вода), елиминација на локални ограничувања на протокот и подобрување на униформноста на отстранување на топлината.
• (За ваздушно хладење) Оптимизација на позицијата на вентилаторите и дизајнот на каналите за осигурување на униформен ваздушен покров над површината на радијаторите, минимизирање на мртви зони.
• Интелигентна контрола на хладењето:
• Автоматско прилагодување на производителноста на системот за хладење (брзина/број на вентилаторите, протокот на маслото) во зависност од реално време следење на температурата на маслото, температурата на жичевите рамки и околната температура. Достигнува се на-по-барано хладење, гарантирајќи ефикасноста на отстранување на топлината, додека се минимизира енергијата на помошната опрема.

3.2 Оптимизација на материялите и структурата на јадрото, намалување на железното губитие (Контрола на губитоците во магнетната патека на јадрото)

• Избор на високоперформансни материјали за јадрото:
• Приоритетно користење на ленти од холодно валчано силациум стачка со висока пермеабилност и ниски единични губитоци (на пример, HiB стачка) или поголемо напредок аморфни легури (со значителни предности за намалување на губитоците под празна натовареност).
• Строга контрола на дефинитивната длабочина, равнината и качеството на изолационото покривање на силациум стачката за намалување на губитоците од хистерезис и вихречки губитоци.
• Оптимизација на дизајнот и процесите на производство на јадрото:
• Апликација на техника за стапчица со лесни пресечи за намалување на магнетната релуктанција на врвите, намалување на дополнителни железни губитоци.
• Точна контрола на факторот на стапчица на јадрото и силата на стапчица за осигурување на униформна дистрибуција на магнетната патека и спречување на локално пре-заситување.
• (Апликација на напредни технологии) Исследување на техники како лазерско цртање (Laser Scribbling) за подобрување на структурата на магнетните домени на материјалот.
• Оптимизација на методите за земање на јадрото и екранирање за намалување на страните губитоци во структурните компоненти.

3.3 Оптимизација на дизајнот на жичевите рамки и подобрување на процесите, намалување на медното губитие (Контрола на клучните магнетни губитоци)

• Оптимизација на структурата на жичевите рамки и електромагнетскиот дизајн:
• Точна пресметка на дистрибуцијата на ампер-заклоновите, оптимизација на форма на пресечената површина на проводникот (на пример, користење на непрекинато транспонирани кабели - CTC или само-зврзување транспонирани кабели - TTC) за намалување на циркуларни токови и вихречки губитоци.
• Разумно избор на материјалот на проводникот (високопроводна безкислородна мед) и густината на токот, ефективно намалување на DC резистивни губитоци, додека се задоволуваат ограничувањата на температурското пораснување.
• Оптимизација на висината, дијаметарот и радијалните размери на жичевите рамки за контрола на изтечната магнетна флуидна и намалување на страните губитоци.
• Напредни производствени процеси:
• Осигурување на униформна компактност на жичевите рамки со користење на опрема за вртеж со константна напрегнатост.
• Користење на напредни процеси за вакуум притиснување (VPI) или заливање со смола за осигурување на целосно исполнување на размакнути простории со изолациони материјали, подобрување на термалната проводност и механичката јачина, со што се помага на отстранување на топлината и намалување на деловни разряди.

3.4 Мониторинг на состојбата на магнетната патека и активна одржба (Затворен циклус управување, осигурување на долговремена ефикасност)

• Имплементација на точен мониторинг на состојбата на магнетната патека:
• Комплексна оценка на здравјето на магнетната патека со интеграција на онлајн мониторинг (на пример, Анализа на растворени гасови - DGA, мониторинг на деловни разряди на високи фреквенции, мониторинг на вибрации/акустички шум, инфрачервен термографски мониторинг) и офлајн тестови (периодични тестови на деформација на жичевите рамки, тестови на губитоци под празна натовареност & при натовареност, тестови на ток на земја на јадрото).
• Фокусиран мониторинг: Забелешки на многоточкови земјања на јадрото, аномални флуктуации на губитоците, прекомерна температура на магнетни екрани и структурни компоненти за стапчица.
• Установување на механизам за предупредна одржба:
• Развој на целосни планови за одржба на магнетната патека врз основа на податоци за мониторинг на состојбата и историја на работа.
• Периодична инспекција на земјањето на јадрото и структурата за стапчица: Осигурување на надежно једноточково земјање, брзо откривање и поправка на многоточкови земјања (кои значително зголемуваат железните губитоци и доведуваат до прекомерна температура).
• Инспекција на магнетни екрани, клампи и други структурни компоненти: Проверка на слабост, прекомерна температура или следи од разряди; брзо елиминирање на аномалии.
• При инспекција на дигање на јадрото/капакот, фокусирана проверка и одржба на стапчиците на јадрото и состојбата на стапчицата.
• Дубоко дијагнозично анализа на откривените нагорни трендови на аномални губитоци за идентификација на основни причини и имплементација на корективни акции.

4. Очекувани предности

• Значително намалување на температурското пораснување: Рабочите температури (особено температурата на високотемпературните точки) се очекува да бидат ефективно контролирани, со намалувања што достигнуваат проектувани цели (на пример, 15-25%), значително намалувајќи термалниот стрес на изолационите материјали.
• Ефективно намалување на губитоците во магнетната патека:
• Железно губитие (Губитие под празна натовареност): Очекувано намалување од 20-40% преку нови материјали и процеси (особено значајно кога се користат аморфни легури).
• Медно губитие (Губитие при натовареност): Очекувано намалување од 10-25% преку оптимизиран дизајн на жичевите рамки.
• Целокупно подобрување на ефикасноста од 1-3 процентни точки, доставувајќи значителни економски предности и намалување на емисиите на углерод.
• Значително подобрување на надежноста: Ризикот од повреди поради прекомерна температура и аномалии во магнетната патека е значително намален, подобрувајќи достапноста на опремата и проширувајќи животот на служба.
• Оптимизација на целокупните трошоци во текот на животот: Иако можеби ќе има повисок начен инвестиција (на пример, високоперформансни материјали, напредни системи за хладење), предностите добиени од долговремени енергиски спести, намалени трошоци за одржување и прошираниот живот на служба се значителни, постигнувајќи благоприятен враќај на инвестицијата (ROI).

5. Применливо поле

Ова решение се применува на ново изградени и веќе во употреба маслонаполнети трансформатори за пренос (електрична енергија) од ниво на напон од 35кВ и повисоко. Специфичните мери можат да се адаптирани и имплементирани врз основа на капацитетот, нивото на напон, околни услови, критичноста и тековната состојба на трансформаторот.