Komprehensivna rešitev za izboljšanje zmogljivosti prenosnih transformatorjev: Optimizacija hlaščenja in zmanjševanje izgub v magnetnem kraku

1. Ozadje in izzivi

S po stalnim rastjo električnih obremenitev in vse strožjimi zahtevami za stabilno delovanje omrežja se prenosni transformatorji soočajo z težkimi izzivi glede učinkovitosti delovanja, kontrole temperaturnega naraščanja in dolgoročne zanesljivosti. Previsoke delovne temperature pospešujejo starenje izolacijskih materialov, skračujejo življenjsko dobo opreme in povečujejo tveganje za odpade. Visoke izgube v magnetnem krogu (predvsem železne in bakrene izgube) zmanjšujejo učinkovitost uporabe energije, kar vodi v nepotrebnim operativnim stroškom. Za reševanje dveh ključnih problemov, ki so pogosti pri prenosnih transformatorjih — preveliko temperaturno naraščanje in razmeroma velike izgube v magnetnem krogu — je bil formuliran ta celosten pristop.

2. Cilji rešitve

• Značajno zmanjšanje delovnih temperatur: Kontrola najvišje temperature olja na vrhu transformatorja in točke z najvišjo temperaturo v vinilu znotraj varnih mej delovanja.
• Učinkovito zmanjšanje izgub v magnetnem krogu: Osredotočenost na zmanjšanje izgub brez obremenitve (železne izgube) in izgub pri obremenitvi (bakrene izgube), s tem pa izboljšanje splošne učinkovitosti delovanja.
• Povečanje zanesljivosti delovanja: Zmanjšanje stopnje odpadov, povzročenih previsokimi temperaturami in prevelikimi izgubami, s tem pa podaljšanje življenjske dobe transformatorja.
• Optimizacija skupnega cikla življenjskih stroškov: Izboljšanje gospodarske učinkovitosti transformatorja preko prihrankov energije in zmanjšanega pogostotnega vzdrževanja.

3. Ključne ukrepe za odpravljanje

Ta rešitev uporablja celosten pristop "Kontrola izvorov izgub + Povečana sposobnost ohlajevanja + Natančno upravljanje stanja":

3.1 Optimizacija in nadgradnja hladilnega sistema, izboljšanje učinkovitosti ohlajevanja (Reševanje temperaturnega naraščanja)

• Uporaba visoko učinkovitih metod ohlajevanja:
• Prisilno zračno hladilno (OFAF/ODAF): Nadgradnja obstoječih naravno zračno hlajenih (ONAN) ali prisilno zračno hlajenih (ONAF) transformatorjev ali oprema novih enot z visoko učinkovitimi aksijskimi ventilatorji. Izberite učinkovite, tihe in odporne na vremenske razmere ventilatorje kombinirane z inteligentno kontrolom pretoka zraka (npr. samodejni zagon/ustav na osnovi temperature ali nastavitev frekvence) za značajno izboljšanje učinkovitosti konvekcije zraka na površini radijatorjev in hitro odstranjevanje toplote.
• Prisilno oljno vodno hladilno (OFWF): Prednostno za ultraviskozne transformatorje, enote z visokimi faktorji obremenitve ali tiste, ki delujejo pri visokih okoljskih temperaturah. Oprena z visoko učinkovitimi črpalkami za olje in pleščicnimi toplotnimi menjalniki za izkoriščanje visoke specifične toplotne kapacitance vode za učinkovito toplotno menjavo. Zahteva podporne sisteme za ravnanje z vodo (za preprečevanje naplav in korozije) in mehanizme za zagotavljanje zanesljivosti (npr. dvojni vodni krug, rezervne črpalki).
• Ohlajevanje s pomočjo toplotnih cevi: Namestitev modulov toplotnih cevi na ključnih mestih radijatorjev za učinkovito voditev in odvzem lokalne toplote točk z visokimi temperaturami preko principa fazne spremembe.
• Optimizacija strukture in postavitve radijatorjev:
• Uporaba radijatorjev z večjo površino (npr. radijatorji s špicami, panelni radijatorji) in optimizirani dizajn poti pretoka.
• Zagotovite gladke poti pretoka hladilne medije (zrak ali voda), odstranite lokalne omejitve pretoka in izboljšajte enakomerno razdelitev toplote.
• (Za zračno hladilno) Optimalizacija položaja ventilatorjev in dizajna kanala za zagotovitev enakomernega pokritja površine radijatorjev s pretokom zraka, minimalizacija mrtvih con.
• Inteligentna kontrola hladilnega sistema:
• Avtomatska prilagoditev izhoda hladilnega sistema (hitrost/število ventilatorjev, pretok črpalk za olje) na podlagi trenutnega spremljanja temperature olja, temperature vinila in okoljske temperature. Uresničite hladilno na povpraševanje, z zagotavljanjem učinkovitosti odvzema toplote, hkrati pa zmanjšate porabo pomožne opreme.

3.2 Optimizacija materijalov in strukture jedra, zmanjšanje železnih izgub (Kontrola izgub v magnetnem krogu jedra)

• Izbira visoko učinkovitih materijalov jedra:
• Prednostno uporabite visoko permeabilne, nizko-izgubne ledeno valjane silikatne jeklene blazine (npr. HiB jeklo) ali bolj napredne amorfne legure (ki ponujajo značajne prednosti za zmanjšanje izgub brez obremenitve).
• Strogo kontrolirovali debelino, ravnost in kakovost izolacijskega premaza silikatne jeklene blazine, da zmanjšate izgube zaradi histereze in eddijskih tokov.
• Optimizacija dizajna in proizvodnega procesa jedra:
• Uvedba tehnik stop-lap stacking, da zmanjšate magnetno upornost pri spojih, s tem pa dodatne železne izgube.
• Natančno kontrolirovali faktor slojevanja jedra in silo zategnutja, da zagotovite enakomerno porazdelitev magnetne poti in izognete se lokalni prenagljenosti.
• (Uporaba naprednih tehnologij) Raziskovali tehnike, kot je laserjeva označevanje (Laser Scribbling), za nadaljnje optimiziranje strukture magnetnih domen materiala.
• Optimizacija metod zazemljanja jedra in ščitov, da zmanjšate stranske izgube v strukturiranih komponentah.

3.3 Optimizacija dizajna vinila in izboljšava procesov, zmanjšanje bakrenih izgub (Ključna kontrola izgub v magnetnem krogu)

• Optimizacija strukture vinila in elektromagnetnega dizajna:
• Natančno izračunali distribucijo amper-vrktnih obratov, optimizirali obliko preseka vodnika (npr. z uporabo zvezno premešanih kabelov - CTC ali samozveznih premešanih kabelov - TTC) za zmanjšanje cirkulirajočih tokov in eddijskih tokov.
• Razumno izbrali material vodnika (visoko provodni bezožični bakar) in gostoto toka, učinkovito zmanjšali izgube DC upora, hkrati pa izpolnili omejitve temperaturnega naraščanja.
• Optimizirali višino, premer in radialne dimenzije vinila, da bi kontrolirali utrkalni tok in zmanjšali stranske izgube.
• Napredni proizvodni postopki:
• Zagotovili enakomerno gusto vinilo s pomočjo opreme za navijanje s konstantno napetostjo.
• Uporabili napredne postopke vakuumsko tlakovanega impregniranja (VPI) ali polnenja s prstnatimi smoli, da zagotovite popolno polnjenje luknj z izolacijskimi materiali, izboljšali termalno prevodnost in mehansko trdnost, s tem pa pomagali pri odvzetku toplote in zmanjšanju delnih razporeditev.

3.4 Spremljanje stanja magnetnega kroga in preventivno vzdrževanje (Zaprto zanka upravljanja, zagotavljanje dolgoročne zmogljivosti)

• Uvedba natančnega spremljanja stanja magnetnega kroga:
• Celostno ocenili zdravje magnetnega kroga s pomočjo spremljanja na spletu (npr. analiza raztopljenih plinov - DGA, visokofrekvenčno spremljanje delnih razporeditev, spremljanje vibracij/zvokov, infrardeča termografska analiza) in izvenmrežnega testiranja (periodično testiranje deformacije vinila, testiranje izgub brez obremenitve & pri obremenitvi, testiranje tokov zazemljenja jedra).
• Osebno spremljanje: Oznake večtočkovnega zazemljenja jedra, neobičajnih fluktuacij izgub, previsokih temperatur magnestičnih ščitov in struktur za zategnutje.
• Ustanovitev mehanizma preventivnega vzdrževanja:
• Razvili ciljne načrte za vzdrževanje magnetnega kroga na podlagi podatkov o stanju in zgodovine delovanja.
• Periodično preverjanje zazemljenja jedra in struktur za zategnutje: Zagotovili zanesljivo enotočkovno zazemljenje, hitro zaznavanje in odpravljanje težav z večtočkovnim zazemljenjem (ki značajno poveča železne izgube in povzroči previsoke temperature).
• Preverjanje magnetičnih ščitov, kleščev in drugih struktur: Preverili prosto, previsoke temperature ali sledi razporeditev; hitro odpravili nenormalnosti.
• Pri pregledih z dvigom jedra/pokrovca, izvedli fokusirane preglede in vzdrževanje stanja slojevanja jedra in zategnutja.
• Izvedli globoko diagnostično analizo zaznanih trendov naraščanja neobičajnih izgub, da identificirate glavne vzroke in uvedli odpravilne ukrepe.

4. Pričakovani učinki

• Značajno zmanjšanje temperaturnega naraščanja: Delovne temperature (zlasti temperature točk z visokimi temperaturami) bodo učinkovito kontrolirovan, z zmanjšanjem, ki dosežejo predvidene cilje (npr. 15-25%), zelo olajša termodnevne stres izolacijskih materialov.
• Učinkovito zmanjšanje izgub v magnetnem krogu:
• Železne izgube (Izgube brez obremenitve): Pričakovano zmanjšanje 20-40% z novimi materiali in postopki (zlasti značajno pri uporabi amorfne legure).
• Bakrene izgube (Izgube pri obremenitvi): Pričakovano zmanjšanje 10-25% z optimiziranim dizajnom vinila.
• Splošno izboljšanje učinkovitosti 1-3 odstotnih točk, s tem pa znatni gospodarski učinki in zmanjšanje emisij ogljika.
• Značajno izboljšanje zanesljivosti: Tveganja za odpade, povzročene previsokimi temperaturami in anomalijami v magnetnem krogu, so značajno zmanjšana, s tem pa izboljšana dostopnost opreme in podaljšana življenjska doba.
• Optimizacija skupnega cikla življenjskih stroškov: Čeprav je mogoče zahtevana višja prvotna investicija (npr. visoko učinkoviti materiali, napredni hladilni sistemi), so ugodnosti, ki izvirajo iz dolgoročnih prihrankov energije, zmanjšanih stroškov vzdrževanja in podaljšane življenjske dobe, znatnejše, s tem pa dosežen ugoden Vrnjeni Kapital (ROI).

5. Uporabno območje

Ta rešitev se uporablja za nove in že v uporabi masne prenosne (električne) transformatorje na nivoju napetosti 35kV in višje. Specifične mere lahko prilagodite in izvedete glede na kapaciteto, nivo napetosti, delovno okolje, kritičnost in trenutno stanje transformatorja.