Komprehensiv løsning for ytelsesforbedring av overførings-transformatorer: Optimalisering av kjøling og reduksjon av tap i magnetkretsen

1. Bakgrunn og utfordringer

Med den kontinuerlige veksten i strømforbruk og de stadig strengere krav til stabil nettoperasjon, står overføringstransformatorer overfor alvorlige utfordringer angående driftseffektivitet, temperaturstigningkontroll og langvarig pålitelighet. For høye driftstemperaturer forhaster aldringen av isolasjonsmaterialer, forkorter utstyrs levetid og øker risikoen for feil. Høye magnetiske kretstap (primært jern- og kobbertap) reduserer energiutnyttelsen, som fører til unødvendige driftskostnader. For å møte de to sentrale problemene som ofte oppstår i overføringstransformatorer—for høy temperaturstigning​ og betydelige magnetiske kretstap—er denne omfattende løsningen utformet.

2. Løsningsmål

• Betydelig reduksjon av driftstemperaturer: Kontrollere transformatorens toppolje- og vindings hotspottemperatur innen sikre driftsgrenser.
• Effektiv reduksjon av magnetiske kretstap: Fokusere på å redusere tomgangstap (jern-tap) og belastningstap (kobber-tap), for å forbedre total driftseffektivitet.
• Forbedring av driftspålitelighet: Redusere feilrate forårsaket av overoppvarming og for høye tap, forlenges transformatorers tjenesteytelser.
• Optimalisering av total livssykluskostnad: Forbedre transformatorens økonomiske effektivitet gjennom energibesparelse og redusert vedlikeholdsfrekvens.

3. Sentrale tiltak

Denne løsningen bruker en integrert strategi av "Kildekontroll av tap + Forbedret varmeavledningskapasitet + Nøyaktig tilstandshåndtering":

3.1 Optimalisering og oppgradering av kjølesystemet, forbedring av varmeavledningseffektivitet (å håndtere temperaturstigning)

• Bruk av høyeffektive kjølemetoder:
• Tvinget luftkjøling (OFAF/ODAF): Ombygge eksisterende naturlig luftkjølte (ONAN) eller lufttvingede kjølte (ONAF) transformatorer, eller utstyre nye enheter med høyytelsesaksialventilatorer. Velg effektive, lavstøyige og værbestandige ventilatorer kombinert med intelligent luftstrømningskontroll (f.eks. automatisk start/stopp basert på temperatur eller variabel frekvensjustering) for å betydelig forbedre luftkonveksjonseffektiviteten på radiatorens overflater og raskt fjerne varme.
• Tvinget oljevannskjøling (OFWF): Prioriteres for ultra-høy kapasitets-transformatorer, enheter med høy lastfaktor, eller de som opererer ved høye omgivelses temperaturer. Utstyrt med høyeffektive oljepumper og plate varmevekslere for å utnytte vanns høye spesifikk varmekapasitet for effektiv varmeveksling. Krever støttevannbehandlingsanlegg (for å forhindre skaling og korrosjon) og pålitelighetsgarantimekanismer (f.eks. doble vannkreisløp, reservasjonspumper).
• Varmeledningsassistert kjøling: Installer varmeledningsmoduler på kritiske punkter på radiatorer for å effektivt overføre og ledde lokal hotspot-varme via fasenprinsippet.
• Optimalisering av radiatorstruktur og -oppsett:
• Bruk av radiatorer med økt overflateareal (f.eks. ribbete, panelradiatorer) og optimaliserte flytkanal-designer.
• Sikre glatte flytkanaler for kjølemedier (luft eller vann), eliminere lokale flytrestriksjoener, og forbedre jevnmatet varmeavledning.
• (For luftkjøling) Optimalisere ventilatorposisjon og kanaldesign for å sikre jevnmatet luftstrøm over radiatoroverflater, minimere døde zoner.
• Intelligent kjølekontroll:
• Automatisk justere kjølesystemets utdata (ventilatorhastighet/antall, oljepumpeflyt) basert på sanntids-overvåking av oljetemperatur, vindingstemperatur og omgivelses temperatur. Oppnår behovsbasert kjøling, garanterer varmeavledningseffektivitet samtidig som det minimerer hjelpemiddelens energiforbruk.

3.2 Kjerrematerial- og strukturell optimalisering, redusering av jern-tap (Kjerremagnetisk tapkontroll)

• Velg høypeformante kjerrermaterialer:
• Prioriter høypermeable, lav-enhetstap kalddra silisijernplater (f.eks. HiB-stål) eller mer avanserte amorfe legeringer (som gir betydelige fordeler for reduksjon av tomgangstap).
• Streng kontroll av silisijernplaters tykkelse, flatheit og isoleringsbelagskvalitet for å minimere hysteresistap og virvelstrømtap.
• Optimalisering av kjerrdesign og produksjonsprosesser:
• Implementer trinnvis-lapp-stacking-teknikker for å minimere magnetisk motstand i forbindelser, reduserer ekstra jern-tap.
• Nøyaktig kontroll av kjerre-stacking-faktor og klampetrykk for å sikre jevnt magnetisk bane-distribusjon og unngå lokale oversytringer.
• (Bruk av avanserte teknologier) Utforsk teknikker som laserskriving (Laser Scribbling) for videre optimalisering av materialenes magnetdomene-struktur.
• Optimaliser kjerr-jordmetoder og skjerming for å redusere uvedkomne tap i konstruksjonskomponenter.

3.3 Vindingdesignoptimalisering og prosessforbedring, redusering av kobber-tap (Nøkkelmagnetisk tapkontroll)

• Optimalisering av vindingstruktur og elektromagnetisk design:
• Nøyaktig beregning av ampereturingfordeling, optimalisering av lederprofilsform (f.eks. bruk av kontinuerlig transponerte kabler - CTC eller selv-bondede transponerte kabler - TTC) for å minimere sirkuleringstrøm og virvelstrømtap.
• Rimelig valg av ledermateriale (høyledende oksygenfritt kobber) og strømtetthet, effektivt reduserer DC-motstandstap samtidig som det møter temperaturstigningsbegrensninger.
• Optimalisering av vindinghøyde, diameter og radielle dimensjoner for å kontrollere lekkasje-flux og redusere uvedkomne tap.
• Avanserte produksjonsprosesser:
• Sikre jevnt vindingkompakthet ved bruk av konstant-spændings-vindingutstyr.
• Bruk av avanserte vakuumtrykkimpregnering (VPI) eller harzgjøring-prosesser for å sikre full utfylling av hull med isoleringsmaterialer, forbedrer termisk ledningsevne og mekanisk styrke, dermed bidrar til varmeavledning og reduserer partielle utslipp.

3.4 Magnetisk kretstilstandsovervåking og proaktiv vedlikehold (Lukket sløyfe-håndtering, sikrer langsiktig ytelse)

• Implementer nøyaktig magnetisk kretstilstandsovervåking:
• Komplett vurdering av magnetisk kretshelse ved integrasjon av online-overvåking (f.eks. oppløste gassanalyse - DGA, høyfrekvenspartiell utslipps-overvåking, vibrasjon/lyd-støy-overvåking, infrarød termografi) og offline-testing (periodisk vindingdeformasjonstesting, tomgang- & belastningstaptesting, kjerr-jordstrømtesting).
• Fokusovervåking: Tegn på kjerrflere-punkt-jordfeil, uvanlige tapfluktueringer, overoppvarming av magnetiske skjermer og klamp-konstruksjoner.
• Etabler en forebyggende vedlikeholdsmekanisme:
• Utvikle målrettede magnetisk kretsvedlikeholdsplaner basert på tilstandsovervåkingsdata og driftshistorikk.
• Periodisk inspiser kjerre- og klamp-konstruksjonens jording: Sikre pålitelig én-punkts-jording, raskt oppdage og rette flere-punkt-jordfeil (som betydelig øker jern-tap og forårsaker overoppvarming).
• Insperer magnetiske skjermer, klamper og andre konstruksjonskomponenter: Sjekk for løshet, overoppvarming eller utslipps spor; raskt eliminere avvik.
• Ved kjerre/deksel-heving-inspeksjoner, gjennomfør fokusert inspeksjon og vedlikehold av kjerrlamellering-forbindelser og klamp-tilstand.
• Gjennomfør dyptgående diagnostisk analyse av oppdagede økende trender i uvanlige tap for å identifisere grunnleggende årsaker og implementere rettelser.

4. Forventede fordelene

• Betydelig reduksjon i temperaturstigning: Driftstemperaturer (spesielt hotspot-temperaturer) forventes å bli effektivt kontrollert, med reduksjoner som når projiserte mål (f.eks. 15-25%), noe som betydelig lettner på termisk aldringstrykk på isolasjon.
• Effektiv reduksjon av magnetiske kretstap:
• Jern-tap (Tomgangstap): Forventet reduksjon på 20-40% gjennom nye materialer og prosesser (spesielt betydelig når man bruker amorfe legeringer).
• Kobber-tap (Belastningstap): Forventet reduksjon på 10-25% gjennom optimalisert vindingdesign.
• Total effektivitetsforbedring på 1-3 prosentpoeng, leverer betydelige økonomiske fordeler og karbonutslippsreduksjon.
• Betydelig forbedring av pålitelighet: Feilrisiko forårsaket av overoppvarming og magnetiske kretsavvik er betydelig redusert, forbedrer utstyrs tilgjengelighet og forlenger tjenesteytelser.
• Optimalisert total livssykluskostnad: Trods potensielt høyere oppstartsinvestering (f.eks. høypeformante materialer, avanserte kjølesystemer), er fordelene fra langvarige energibesparelser, redusert vedlikeholdsutgifter og forlengt levetid mer betydelige, oppnår en gunstig Return on Investment (ROI).

5. Anvendelsesområde

Denne løsningen gjelder for nybygde og i drift olje-immersed overførings-(strøm)transformatorer på 35kV spenningsnivå og høyere. Spesifikke tiltak kan tilpasses og implementeres basert på transformatorens kapasitet, spenningsnivå, driftsmiljø, kritikalitet og nåværende tilstand.