Komprehensiv lösning för prestandaförbättring av överföringstransformatorer: Optimering av kylning och minskning av förluster i magnetkretsen

1. Bakgrund och utmaningar

Med den kontinuerliga tillväxten av elkrafthöjder och allt strängare krav på stabil nätverksdrift står transformatorer inför allvarliga utmaningar rörande driftseffektivitet, temperaturhöjningskontroll och långsiktig tillförlitlighet. Överdrivet höga drifttemperaturer föråldrar isoleringsmaterial snabbare, förkortar utrustningens livslängd och ökar risken för fel. Hög magnetvägsläckage (primärt järnläckage och kopparläckage) minskar energiutnyttjandet, vilket leder till onödiga driftkostnader. För att hantera de två kärnfrågorna som vanligtvis förekommer i överföringstransformatorer – för hög temperaturhöjning och betydande magnetvägsläckage – har denna omfattande lösning formulerats.

2. Lösningens mål

• Betydande reduktion av drifttemperaturer: Kontrollera transformatorns toppoljetemperatur och vindningshettfläckstemperatur inom säkra driftgränser.
• Effektiv reduktion av magnetvägsläckage: Fokusera på att minska tomgångsförluster (järnläckage) och belastningsförluster (kopparläckage), vilket ökar den totala driftseffektiviteten.
• Förbättrad driftsäkerhet: Minska felriskerna orsakade av överhettning och för högt läckage, vilket förlänger transformatorns livslängd.
• Optimerad total livscykelkostnad: Förbättra transformatorns ekonomiska effektivitet genom energisparing och minskad underhållsfrekvens.

3. Kärnåtgärder

Denna lösning antar en integrerad strategi med "Källkontroll av förluster + Förbättrad värmeavledningsförmåga + Precis driftstyrning":

3.1 Optimering och uppgradering av kylingssystem, förbättrad värmeavledningseffektivitet (hantering av temperaturhöjning)

• Använda högeffektiva kylningsmetoder:
• Tvingad luftkyling (OFAF/ODAF): Ombygg existerande naturligt luftkylda (ONAN) eller lufttvungna kylda (ONAF) transformatorer, eller utrusta nya enheter med högpresterande axiella fläktar. Välj effektiva, lågljudiga och väderbeständiga fläktar kombinerade med intelligenta luftflödeskontroller (t.ex. automatisk start/stopp baserat på temperatur eller variabelfrekvensjustering) för att betydande förbättra luftkonvektionseffektiviteten på radiatorsytan och snabbt ta bort värme.
• Tvingad olje-vattenkyling (OFWF): Prioriteras för ultrahögkapacitets-transformatorer, enheter med hög belastningsgrad eller de som drivs vid höga omgivnings temperaturer. Utrustade med högpresterande oljepumpar och plattvärmesvärmare för att utnyttja vattnets höga specifika värme för effektiv värmeöverföring. Kräver stödsystem för vattenbehandling (för att förhindra skalbildning och korrosion) och tillförlitlighetsmekanismer (t.ex. dubbla vattencirklar, reservpumpar).
• Värmeledningsassisterad kyling: Installera värmeledningsmoduler vid kritiska punkter på radiatören för att effektivt ledde och avleda lokala hettfläcksvärme via fasändring principen.
• Optimera radiators struktur och layout:
• Använd radiatörer med ökad yta (t.ex. ribbad, panelradiatörer) och optimerade flödesbanor.
• Säkerställ smidiga flödesbanor för kylningsmedier (luft eller vatten), eliminera lokala flödesbegränsningar och förbättra värmeavledningsjämnhet.
• (För luftkyling) Optimera fläktplacering och kanaldesign för att säkerställa jämnt luftflöde över radiatorsytan, minimera döda zoner.
• Intelligent kylningskontroll:
• Justera automatiskt kylingssystemets produktion (fläkthastighet/antal, oljepumpprestanda) baserat på realtidsövervakning av oljetemperatur, vindningstemperatur och omgivnings temperatur. Upptäcker efterfrågan på kyling, garanterar värmeavlednings effektivitet samtidigt som energiförbrukningen av hjälpmedel minimeras.

3.2 Optimering av kärnmaterial och struktur, minskat järnläckage (kontroll av magnetvägsläckage)

• Val av högpresterande kärnmaterial:
• Prioritera högpermeabilitet, låg enhetsförlust kallvalsade silikonskivor (t.ex. HiB-stål) eller mer avancerade amorfallegaller material (ger betydande fördelar för reduktion av tomgångsförlust).
• Sträng kontroll av silikonskivtycklek, planhet och isoleringsbeläggning för att minimera hysteresisförluster och virvelförluster.
• Optimering av kärndesign och tillverkningsprocesser:
• Tillämpa trappstegs-lapstackning tekniker för att minimera magnetisk motstånd vid anslutningar, minskar ytterligare järnförluster.
• Noggrant kontrollera kärnstapelningsfaktor och klamptryck för att säkerställa jämn magnetvägsfördelning och undvika lokal övermättnad.
• (Tillämpa avancerade tekniker) Utforska tekniker som lasergraverings (Laser Scribbling) för att ytterligare optimera materialmagnetiska domänstruktur.
• Optimera kärnjordningsmetoder och sköljning för att minska ströförluster i konstruktionselement.

3.3 Optimering av vindningsdesign och processförbättring, minskat kopparläckage (kontroll av viktiga magnetvägsläckage)

• Optimering av vindningsstruktur och elektromagnetisk design:
• Noggrant beräkna amperturn-fördelning, optimera ledarprofilarea (t.ex. använda kontinuerligt transponerade kablar - CTC eller självbindande transponerade kablar - TTC) för att minimera cirkulationsström och virvelförluster.
• Rationellt välj ledarmaterial (högledande syrefritt koppar) och strömtäthet, effektivt minskar DC-resistansförluster samtidigt som uppvärmningsgränser uppfylls.
• Optimera vindningshöjd, diameter och radiella dimensioner för att kontrollera läckageflöde och minska ströförluster.
• Avancerade tillverkningsprocesser:
• Säkerställ jämn vindnings kompakthet med konstantspännings vindningsutrustning.
• Använd avancerade vakuumtryck impregnering (VPI) eller resinförfaringar för att säkerställa fullständig fyllning av gap med isoleringsmaterial, förbättra termisk konduktivitet och mekanisk styrka, vilket bidrar till värmeavledning och minskar partiella utsläpp.

3.4 Magnetvägstillståndsövervakning och proaktivt underhåll (stängd loop-hantering, säkerställer långsiktig prestanda)

• Tillämpa noggrann magnetvägstillståndsövervakning:
• Sammanfattningsbedömning av magnetvägshälsa genom att integrera onlineövervakning (t.ex. lösta gasanalyser - DGA, högfrekventa partiella utsläppsovervakning, vibrations/ljudstörningsövervakning, infraröd termografi) och offline-testning (periodiska vindningsdeformationstester, tomgång- & belastningsförlusttester, kärnjordströmsprov).
• Fokusövervakning: Tecken på flerpunktig kärnjordningsfel, ovanliga förlustfluktuationer, överhettning av magnetiska skydd och klamphållningsstrukturer.
• Upprättande av preventivt underhållsmechanism:
• Utforma målinriktade magnetvägunderhållsplans baserat på tillståndsövervakningsdata och driftshistorik.
• Periodiska inspektioner av kärn och klamphållningsstruktur jordning: Säkerställ pålitlig enpunktsjordning, upptäck och åtgärda snabbt flerpunktiga jordningsfel (som betydande ökar järnförluster och orsakar överhettning).
• Inspektera magnetiska skydd, klamphållningar och andra strukturella komponenter: Kontrollera lösning, överhettning eller utsläppsspår; eliminera snabbt avvikelser.
• Vid kärn/lucka lyftinspektioner, utför fokuserade kontroller och underhåll på kärnplåtlammningsfogar och klamphållningsstatus.
• Genomföra djupgående diagnostisk analys av upptäckta ökande trender i ovanliga förluster för att identifiera grundorsaker och implementera korrektiva åtgärder.

4. Förväntade fördelar

• Betydande reduktion av temperaturhöjning: Drifttemperaturer (särskilt hettfläckstemperaturer) förväntas effektivt kontrolleras, med reduceringar som når projicerade mål (t.ex. 15-25%), vilket starkt lindrar termisk åldringsspaning på isolering.
• Effektiv reduktion av magnetvägsläckage:
• Järnläckage (Tomgångsförlust): Förväntad reducering med 20-40% genom nya material och processer (särskilt betydande när amorfallegaller används).
• Kopparläckage (Belastningsförlust): Förväntad reducering med 10-25% genom optimerad vindningsdesign.
• Total effektivitetsförbättring på 1-3 procentenheter, vilket ger betydande ekonomiska fördelar och minskade koldioxidutsläpp.
• Betydande förbättring av tillförlitlighet: Felrisker orsakade av överhettning och magnetvägabnormaliteter minskas betydande, vilket ökar utrustningens tillgänglighet och förlänger livslängden.
• Optimerad total livscykelkostnad: Trots potentiellt högre initial investering (t.ex. högpresterande material, avancerade kylingssystem) är fördelarna från långsiktig energisparing, minskade underhållskostnader och förlängd livslängd mer betydande, vilket ger en gynnsam avkastning (ROI).

5. Tillämpningsområde

Denna lösning gäller för nya och befintliga olje-dunkade överföringstransformatorer (krafttransformatorer) på 35kV spänningsnivå och högre. Specifika åtgärder kan anpassas och implementeras baserat på transformatorns kapacitet, spänningsnivå, driftsmiljö, viktighet och aktuellt tillstånd.