Comprehensieve Prestatieverbeteringsoplossing voor Overbrengingstransformatoren: Optimalisering van Koeling en Vermindering van Verliezen in het Magnetische Circuit

1. Achtergrond en uitdagingen

Met de continue groei van elektriciteitsbelastingen en steeds strengere eisen voor stabiele netwerkoperatie, staan transformatoren in het midden van zware uitdagingen op het gebied van operationele efficiëntie, temperatuurstijgingcontrole en langetermijnbetrouwbaarheid. Te hoge werkingstemperaturen versnellen de veroudering van isolatiematerialen, verkorten de levensduur van apparatuur en verhogen risico's op storingen. Hoge magnetische circuitverliezen (voornamelijk ijzer- en koperverlies) verminderen de energie-efficiëntie, wat leidt tot onnodige exploitatiekosten. Om de twee kernproblemen die vaak voorkomen bij transformatoren - te hoge temperatuurstijging en aanzienlijke magnetische circuitverliezen - te tackelen, is deze omvattende oplossing ontwikkeld.

2. Doelstellingen van de oplossing

• Significante reductie van werkingstemperaturen: Controleer de bovenolie- en windingheetplektemperatuur binnen veilige werkingsspanningen.
• Effectieve reductie van magnetische circuitverliezen: Focus op de vermindering van nulbelastingsverliezen (ijzerverlies) en belastingsverliezen (koperverlies), waardoor de algemene operationele efficiëntie wordt verbeterd.
• Verhoging van operationele betrouwbaarheid: Verminder het aantal storingen veroorzaakt door oververhitting en te hoge verliezen, en verleng de levensduur van de transformer.
• Optimalisatie van de totale levenscycluskosten: Verbeter de economische efficiëntie van de transformer door energiebesparingen en verminderde onderhoudsfrequentie.

3. Kernmaatregelen voor afzwakking

Deze oplossing maakt gebruik van een geïntegreerde strategie van "Broncontrole van verliezen + Verhoogde koelcapaciteit + Precise toestandsbeheer":

3.1 Optimalisatie en upgrade van het koelsysteem, verbetering van de warmteafvoerefficiëntie (aanpak van temperatuurstijging)

• Toepassing van hoogwaardige koelmethode:
• Geforceerde luchtcooling (OFAF/ODAF): Retrofitter bestaande natuurlijk luchtgekoelde (ONAN) of luchtgeforceerde (ONAF) transformatoren, of rijk nieuwe eenheden uit met high-performance axiale ventilatoren. Selecteer efficiënte, laag-geluidsniveau en weerbestendige ventilatoren gecombineerd met intelligente luchtstroomregeling (bijvoorbeeld automatische start/stop op basis van temperatuur of variabele frequentieregeling) om de luchtconvectie-efficiëntie op radiatoroppervlakken aanzienlijk te verhogen en warmte snel af te voeren.
• Geforceerde olie-watercooling (OFWF): Voorgelegd voor ultrahoge capaciteitstransformatoren, eenheden met hoge belastingsfactoren, of die opereren in hoge omgevingstemperaturen. Uitgerust met high-performance oliepompen en plaatwarmtewisselaars om het hoge specifieke warmtevermogen van water te benutten voor efficiënte warmtewisseling. Vereist ondersteunende watertreatment systemen (om scaling en corrosie te voorkomen) en betrouwbaarheidsmechanismen (bijvoorbeeld dubbele watercircuits, reservepompen).
• Warmtepiauwpoging: Installeer warmtepijpmodule op cruciale punten op radiatoren om lokale heetplekken via het faseveranderingprincipe efficiënt te geleiden en af te voeren.
• Optimalisatie van de radiatorstructuur en -indeling:
• Gebruik radiatoren met vergroot oppervlak (bijvoorbeeld geribbeld, paneelradiatoren) en geoptimaliseerde stromingspadontwerpen.
• Zorg voor vloeiende stromingspaden voor koelmedia (lucht of water), elimineer lokale stroombeperkingen en verbeter de uniformiteit van de warmteafvoer.
• (Voor luchtcooling) Optimaliseer de positie van de ventilator en de ductontwerp om een uniforme luchtstroom over het radiatoroppervlak te waarborgen, waardoor dode zones worden geminimaliseerd.
• Intelligente koelregeling:
• Pas automatisch de output van het koelsysteem (ventilatorsnelheid/aantal, oliepompdebiet) aan op basis van real-time monitoring van olie- en windingtemperatuur, en omgevingstemperatuur. Bereikt op-demand koeling, garandeert de effectiviteit van de warmteafvoer terwijl het energieverbruik van hulpapparatuur wordt geminimaliseerd.

3.2 Optimale materialen en structuur, vermindering van ijzerverlies (controle van magnetische kernverliezen)

• Selectie van high-performance kernmaterialen:
• Vergeef de voorkeur aan hoog-permeabiliteit, laag-eenheidsverlies gekoelrolde siliciumstaalplaten (bijvoorbeeld HiB-staal) of meer geavanceerde amorf alloy materialen (die aanzienlijke voordelen bieden voor de vermindering van nulbelastingsverlies).
• Streng controleer de dikte, vlakheid en isolatiecoatingkwaliteit van siliciumstaalplaten om hysteresis- en eddy-stroomverliezen te minimaliseren.
• Optimalisatie van kernontwerp en productieprocessen:
• Implementeer step-lap stapeling-technieken om de magnetische weerstand op aansluitingen te minimaliseren, waardoor extra ijzerverliezen worden verlaagd.
• Precies controleer de kernstapelingsfactor en klemkracht om een uniforme magnetische padverspreiding te garanderen en lokale oversaturatie te voorkomen.
• (Toepassing van geavanceerde technologieën) Onderzoek technieken zoals lasergraveer (Laser Scribbling) om de magnetische domeinstructuur van materialen verder te optimaliseren.
• Optimaliseer grondingmethoden en scherming om verstrooiingsverliezen in structurele componenten te verlagen.

3.3 Windingontwerpoptimalisatie en procesverbetering, vermindering van koperverlies (kernmagnetische verliezen controleren)

• Optimalisatie van windingstructuur en elektromagnetisch ontwerp:
• Bereken nauwkeurig de ampère-spoeldistributie, optimiseer de sectieoppervlakte van de geleider (bijvoorbeeld met gebruik van continu getransponeerde kabels - CTC of zelfbindende getransponeerde kabels - TTC) om circulerende stroom- en eddy-stroomverliezen te minimaliseren.
• Kies redelijk de geleidermateriaal (hoog-conductieve zuurstofvrij koper) en stroomdichtheid, om DC-weerstandverliezen effectief te verlagen terwijl temperatuurstijgingsbeperkingen worden voldaan.
• Optimaliseer de windinghoogte, diameter en radiale afmetingen om lekstromen te beheren en verstrooiingsverliezen te verlagen.
• Geavanceerde productieprocessen:
• Zorg voor een uniforme windingcompactheid met behulp van constante spanning windingapparatuur.
• Maak gebruik van geavanceerde Vacuum Pressure Impregnation (VPI) of harsgieten processen om ervoor te zorgen dat de openingen volledig worden gevuld met isolatiematerialen, waardoor de thermische geleidbaarheid en mechanische sterkte worden verbeterd, waardoor warmteafvoer wordt bevorderd en partiële uitschakelingen worden verminderd.

3.4 Magnetische circuittoestandmonitoring en proactief onderhoud (closed-loop management, langdurige prestatie waarborgen)

• Precise magnetische circuittoestandmonitoring implementeren:
• Beoordeel de gezondheid van het magnetische circuit integraal door online monitoring (bijvoorbeeld Dissolved Gas Analysis - DGA, hoge-frequentie partiële uitschakelingmonitoring, trilling/acoustische geluidsmonitoring, infraroodthermografie) en offline testing (periodieke windingdeformatietests, nul- en belastingsverliestests, kerngrondstroomtests) te integreren.
• Focus Monitoring: Signalen van meerpuntige kernaardingfouten, abnormale fluctuaties in verliezen, oververhitting van magnetische schilden en klemconstructies.
• Een preventief onderhoudsmechanisme opzetten:
• Ontwikkel gerichte magnetische circuitonderhoudsplannen op basis van toestandmonitoringsgegevens en bedrijfsverleden.
• Periodiek inspecteren van kern- en klemconstructieaarding: Zorg voor betrouwbare enkelepuntige aarding, detecteer en corrigeer snel meerpuntige aardingfouten (die aanzienlijk ijzerverliezen verhogen en oververhitting veroorzaken).
• Magnetische schilden, klemmen en andere structurele componenten inspecteren: Controleer op losse, oververhitte of uitschakelingssporen; elimineer snel afwijkingen.
• Tijdens kern/dekselinspecties, voer gefocuste controles en onderhoud uit op kernlaminaatverbindingen en klemconditie.
• Voer een diepgaande diagnostische analyse uit op gedetecteerde opgaande trends in abnormale verliezen om oorzaken te identificeren en correctieve acties uit te voeren.

4. Verwachte voordelen

• Aanzienlijke reductie van temperatuurstijging: Werkingstemperaturen (vooral heetplektemperaturen) worden verwacht effectief gecontroleerd, met reducties die de projectiedoelen bereiken (bijvoorbeeld 15-25%), waardoor de thermische verouderingsstress op isolatie aanzienlijk wordt verminderd.
• Effectieve reductie van magnetische circuitverliezen:
• IJzerverlies (Nulbelastingsverlies): Een verwachte reductie van 20-40% door nieuwe materialen en processen (bijzonder aanzienlijk wanneer amorf alloy wordt gebruikt).
• Koperverlies (Belastingsverlies): Een verwachte reductie van 10-25% door geoptimaliseerd windingontwerp.
• Algemene efficiëntieverbetering van 1-3 procentpunten, wat aanzienlijke economische voordelen en CO2-emissiereductie oplevert.
• Aanzienlijke verbetering van betrouwbaarheid: Risico's op storingen veroorzaakt door oververhitting en magnetische circuitafwijkingen worden aanzienlijk verminderd, waardoor de beschikbaarheid van apparatuur wordt verhoogd en de levensduur wordt verlengd.
• Optimalisatie van de totale levenscycluskosten: Ondanks mogelijk hogere voorafgaande investeringen (bijvoorbeeld high-performance materialen, geavanceerde koelsystemen), zijn de voordelen van langdurige energiebesparingen, verminderde onderhoudskosten en verlengde levensduur substantiëler, waardoor een gunstige Return on Investment (ROI) wordt bereikt.

5. Toepassingsgebied

Deze oplossing is van toepassing op nieuw gebouwde en in gebruik zijnde oliegedrenkte transmissie (energie)-transformatoren van 35kV voltage niveau en hoger. Specifieke maatregelen kunnen worden aangepast en geïmplementeerd op basis van de capaciteit, voltage-niveau, werkingsomgeving, kritikaliteit en huidige toestand van de transformer.