โซลูชันการเพิ่มประสิทธิภาพอย่างครอบคลุมสำหรับหม้อแปลงไฟฟ้า: การปรับปรุงระบบทำความเย็นและการลดการสูญเสียวงจรแม่เหล็ก

1. ภูมิหลังและความท้าทาย

ด้วยการเติบโตอย่างต่อเนื่องของโหลดไฟฟ้าและการกำหนดข้อกำหนดที่เข้มงวดมากขึ้นสำหรับการทำงานของระบบไฟฟ้าที่มั่นคง การแปลงไฟฟ้ากำลังเผชิญกับความท้าทายที่รุนแรงเกี่ยวกับประสิทธิภาพในการทำงาน การควบคุมอุณหภูมิที่เพิ่มขึ้น และความน่าเชื่อถือในระยะยาว อุณหภูมิการทำงานที่สูงเกินไปจะเร่งการเสื่อมสภาพของวัสดุฉนวน ลดอายุการใช้งานของอุปกรณ์ และเพิ่มความเสี่ยงของการเกิดข้อผิดพลาด การสูญเสียในวงจรแม่เหล็ก (โดยเฉพาะการสูญเสียจากเหล็กและทองแดง) จะลดประสิทธิภาพในการใช้พลังงาน ทำให้เกิดต้นทุนการดำเนินงานที่ไม่จำเป็น เพื่อแก้ไขสองปัญหาหลักที่พบบ่อยในการแปลงไฟฟ้ากำลัง—การเพิ่มขึ้นของอุณหภูมิอย่างมาก​ และ ​การสูญเสียในวงจรแม่เหล็กอย่างมาก—ได้จัดทำแผนการแก้ไขปัญหาที่ครอบคลุมนี้ขึ้นมา

​2. เป้าหมายของแผนการแก้ไขปัญหา

• ​ลดอุณหภูมิในการทำงานอย่างมาก:​ ควบคุมอุณหภูมิของน้ำมันบนสุดและจุดร้อนของวงจรภายในขอบเขตการทำงานที่ปลอดภัย
• ​ลดการสูญเสียในวงจรแม่เหล็กอย่างมีประสิทธิภาพ:​ มุ่งเน้นในการลดการสูญเสียขณะไม่มีโหลด (การสูญเสียจากเหล็ก) และการสูญเสียขณะมีโหลด (การสูญเสียจากทองแดง) เพื่อเพิ่มประสิทธิภาพการดำเนินงานโดยรวม
• ​เพิ่มความน่าเชื่อถือในการทำงาน:​ ลดอัตราการเกิดข้อผิดพลาดที่เกิดจากความร้อนสูงเกินไปและการสูญเสียที่มากเกินไป ขยายอายุการใช้งานของการแปลงไฟฟ้า
• ​ปรับปรุงต้นทุนตลอดวงจรชีวิต:​ ปรับปรุงประสิทธิภาพทางเศรษฐกิจของการแปลงไฟฟ้าผ่านการประหยัดพลังงานและการลดความถี่ในการบำรุงรักษา

​3. มาตรการแก้ไขหลัก

แผนการนี้ใช้กลยุทธ์แบบบูรณาการของ​ "การควบคุมการสูญเสียที่แหล่ง + การเพิ่มความสามารถในการระบายความร้อน + การจัดการสภาพที่แม่นยำ"​:

​3.1 การปรับปรุงและอัพเกรดระบบทำความเย็น เพิ่มประสิทธิภาพในการระบายความร้อน (แก้ไขปัญหาการเพิ่มขึ้นของอุณหภูมิ)​

• ​ใช้วิธีการทำความเย็นที่มีประสิทธิภาพสูง:​
• ​การทำความเย็นด้วยอากาศบังคับ (OFAF/ODAF):​ ปรับปรุงการแปลงไฟฟ้าที่ใช้การทำความเย็นด้วยอากาศธรรมชาติ (ONAN) หรือการทำความเย็นด้วยอากาศบังคับ (ONAF) หรือติดตั้งพัดลมประสิทธิภาพสูงในหน่วยใหม่ เลือกพัดลมที่มีประสิทธิภาพ ความดังต่ำ และทนทานต่อสภาพอากาศ พร้อมการควบคุมการไหลของอากาศอัจฉริยะ (เช่น การเปิด/ปิดอัตโนมัติตามอุณหภูมิหรือการปรับความถี่แปรผัน) เพื่อเพิ่มประสิทธิภาพการไหลเวียนอากาศบนผิวของแผงระบายความร้อนและกำจัดความร้อนอย่างรวดเร็ว
• ​การทำความเย็นด้วยน้ำมันและน้ำบังคับ (OFWF):​ ให้ความสำคัญกับการแปลงไฟฟ้ากำลังสูงสุด หน่วยที่มีแฟกเตอร์โหลดสูง หรือหน่วยที่ทำงานในสภาพแวดล้อมที่มีอุณหภูมิสูง ติดตั้งปั๊มน้ำมันประสิทธิภาพสูงและแลกเปลี่ยนความร้อนแบบแผ่นเพื่อใช้ประโยชน์จากความจุความร้อนเฉพาะของน้ำในการแลกเปลี่ยนความร้อนอย่างมีประสิทธิภาพ ต้องมีระบบบำบัดน้ำสนับสนุน (เพื่อป้องกันการเกิดตะกรันและการกัดกร่อน) และกลไกการรับประกันความน่าเชื่อถือ (เช่น วงจรน้ำคู่ ปั๊มสำรอง)
• ​การทำความเย็นด้วยท่อความร้อน:​ ติดตั้งโมดูลท่อความร้อนที่จุดสำคัญบนแผงระบายความร้อนเพื่อทำการนำพาและระบายความร้อนที่จุดร้อนท้องถิ่นผ่านหลักการเปลี่ยนสถานะ
• ​ปรับปรุงโครงสร้างและรูปแบบการวางแผงระบายความร้อน:​
• ใช้แผงระบายความร้อนที่มีพื้นที่ผิวเพิ่มขึ้น (เช่น แผงระบายความร้อนที่มีครีบ แผงระบายความร้อนแบบแผง) และการออกแบบเส้นทางการไหลที่เหมาะสม
• รับรองว่าเส้นทางการไหลของสื่อทำความเย็น (อากาศหรือน้ำ) ราบรื่น ไม่มีข้อจำกัดการไหลท้องถิ่น และปรับปรุงความสม่ำเสมอในการระบายความร้อน
• (สำหรับการทำความเย็นด้วยอากาศ) ปรับปรุงตำแหน่งพัดลมและการออกแบบท่อเพื่อรับรองว่าการกระจายของกระแสลมที่แผงระบายความร้อนเป็นไปอย่างสม่ำเสมอ ลดพื้นที่ตาย
• ​การควบคุมการทำความเย็นอัจฉริยะ:​
• ปรับแต่งผลผลิตของระบบทำความเย็น (ความเร็ว/จำนวนพัดลม ความเร็วการไหลของน้ำมัน) ตามการตรวจสอบอุณหภูมิน้ำมัน อุณหภูมิวงจร และอุณหภูมิแวดล้อมในเวลาจริง เพื่อให้การทำความเย็นตามความต้องการ รับรองประสิทธิภาพในการระบายความร้อนในขณะที่ลดการใช้พลังงานของอุปกรณ์เสริมให้น้อยที่สุด

​3.2 การปรับปรุงวัสดุและโครงสร้างหลัก ลดการสูญเสียจากเหล็ก (การควบคุมการสูญเสียแม่เหล็กของแกน)​

• ​เลือกวัสดุแกนประสิทธิภาพสูง:​
• ให้ความสำคัญกับแผ่นเหล็กซิลิกอนที่มีความพรุนสูงและมีการสูญเสียต่ำจากการขึ้นรูปเย็น (เช่น แผ่นเหล็ก HiB) หรือวัสดุอัลลอยด์ไร้รูปแบบที่ทันสมัยมากขึ้น (มีข้อได้เปรียบอย่างมากในการลดการสูญเสียขณะไม่มีโหลด)
• ควบคุมความหนา ความแบน และคุณภาพของสารเคลือบฉนวนของแผ่นเหล็กซิลิกอนอย่างเคร่งครัด เพื่อลดการสูญเสียจากการหยุดชะงักและการสูญเสียจากกระแสน้ำวน
• ​ปรับปรุงการออกแบบและกระบวนการผลิตแกน:​
• ใช้เทคนิคการซ้อนทับแบบขั้นตอนเพื่อลดความต้านทานแม่เหล็กที่ข้อต่อ ลดการสูญเสียจากเหล็กเพิ่มเติม
• ควบคุมปัจจัยการซ้อนทับแกนและแรงกดแน่นอย่างแม่นยำ เพื่อรับรองการกระจายทางแม่เหล็กอย่างสม่ำเสมอและป้องกันการอิ่มตัวท้องถิ่น
• (การใช้เทคโนโลยีขั้นสูง) สำรวจเทคนิคเช่น การแกะสลักด้วยเลเซอร์ (Laser Scribbling) เพื่อปรับปรุงโครงสร้างโดเมนแม่เหล็กของวัสดุต่อไป
• ปรับปรุงวิธีการต่อกราวด์แกนและการป้องกันเพื่อลดการสูญเสียที่เกิดจากส่วนประกอบโครงสร้าง

​3.3 การปรับปรุงการออกแบบวงจรและกระบวนการผลิต ลดการสูญเสียจากทองแดง (การควบคุมการสูญเสียแม่เหล็กหลัก)​

• ​ปรับปรุงโครงสร้างวงจรและการออกแบบแม่เหล็กไฟฟ้า:​
• คำนวณการกระจายแอมแปร์-เทิร์นอย่างแม่นยำ ปรับปรุงรูปร่างของขวางตัดของตัวนำ (เช่น การใช้สายเคเบิลที่ถ่ายโอนต่อเนื่อง - CTC หรือสายเคเบิลที่ถ่ายโอนและติดกันเอง - TTC) เพื่อลดการสูญเสียจากกระแสวนและกระแสน้ำวน
• เลือกวัสดุตัวนำอย่างเหมาะสม (ทองแดงปราศจากออกซิเจนที่มีความนำสูง) และความหนาแน่นของกระแสอย่างเหมาะสม เพื่อลดการสูญเสียจากความต้านทานตรงในขณะที่ปฏิบัติตามข้อจำกัดในการเพิ่มขึ้นของอุณหภูมิ
• ปรับปรุงความสูง ความกว้าง และขนาดแนวรัศมีของวงจร เพื่อควบคุมฟลักซ์รั่วและลดการสูญเสียที่เกิดจากส่วนประกอบโครงสร้าง
• ​กระบวนการผลิตขั้นสูง:​
• รับรองความแน่นของวงจรที่สม่ำเสมอด้วยอุปกรณ์พันวงจรที่มีแรงดึงคงที่
• ใช้กระบวนการอิมพิเนชันภายใต้แรงดันสุญญากาศ (VPI) หรือการหล่อเรซินเพื่อรับรองว่าช่องว่างได้รับการเติมเต็มด้วยวัสดุฉนวนอย่างทั่วถึง ปรับปรุงการนำความร้อนและความแข็งแรงทางกล ซึ่งช่วยในการระบายความร้อนและลดการปล่อยประจุบางส่วน

​3.4 การตรวจสอบสภาพวงจรแม่เหล็กและการบำรุงรักษาเชิงป้องกัน (การจัดการแบบวงจรป้อนกลับ รับรองประสิทธิภาพในระยะยาว)​

• ​ดำเนินการตรวจสอบสภาพวงจรแม่เหล็กอย่างแม่นยำ:​
• ประเมินสภาพวงจรแม่เหล็กอย่างครอบคลุมโดยการรวมการตรวจสอบออนไลน์ (เช่น การวิเคราะห์แก๊สที่ละลาย - DGA การตรวจสอบการปล่อยประจุบางส่วนความถี่สูง การตรวจสอบการสั่นสะเทือน/เสียงรบกวน การตรวจสอบความร้อนด้วยอินฟราเรด) และการทดสอบออฟไลน์ (การทดสอบการเปลี่ยนรูปวงจรเป็นประจำ การทดสอบการสูญเสียขณะไม่มีโหลดและมีโหลด การทดสอบกระแสต่อกราวด์แกน)
• การตรวจสอบที่สำคัญ: อาการของข้อผิดพลาดการต่อกราวด์หลายจุดของแกน การเปลี่ยนแปลงของความสูญเสียที่ผิดปกติ การร้อนเกินของโล่แม่เหล็กและโครงสร้างคลัมป์
• ​จัดตั้งกลไกการบำรุงรักษาเชิงป้องกัน:​
• พัฒนาแผนการบำรุงรักษาวงจรแม่เหล็กที่มุ่งเป้าตามข้อมูลการตรวจสอบสภาพและประวัติการดำเนินงาน
• ​ตรวจสอบการต่อกราวด์แกนและโครงสร้างคลัมป์เป็นประจำ:​ รับรองว่าการต่อกราวด์จุดเดียวเชื่อถือได้ ตรวจจับและแก้ไขข้อผิดพลาดการต่อกราวด์หลายจุด (ซึ่งเพิ่มการสูญเสียจากเหล็กอย่างมากและทำให้เกิดความร้อนเกิน)
• ​ตรวจสอบโล่แม่เหล็ก คลัมป์ และส่วนประกอบโครงสร้างอื่นๆ:​ ตรวจสอบการหลวม การร้อนเกิน หรือร่องรอยการปล่อยประจุ กำจัดความผิดปกติอย่างทันท่วงที
• ระหว่างการตรวจสอบการยกแกน/ฝา ทำการตรวจสอบและบำรุงรักษาอย่างละเอียดที่ข้อต่อของแผ่นแกนและสภาพคลัมป์
• ทำการวิเคราะห์วินิจฉัยอย่างลึกซึ้งเกี่ยวกับแนวโน้มการเพิ่มขึ้นของความสูญเสียที่ผิดปกติเพื่อระบุสาเหตุและดำเนินการแก้ไข

​4. ประโยชน์ที่คาดหวัง​

• ​การลดลงอย่างมากของการเพิ่มขึ้นของอุณหภูมิ:​ คาดว่าอุณหภูมิในการทำงาน (โดยเฉพาะอุณหภูมิจุดร้อน) จะได้รับการควบคุมอย่างมีประสิทธิภาพ โดยมีการลดลงตามเป้าหมายที่กำหนด (เช่น 15-25%) ลดความเครียดจากการเสื่อมสภาพของฉนวนอย่างมาก
• ​การลดลงอย่างมีประสิทธิภาพของการสูญเสียในวงจรแม่เหล็ก:​
• การสูญเสียจากเหล็ก (การสูญเสียขณะไม่มีโหลด): คาดว่าจะลดลง 20-40% ผ่านวัสดุและกระบวนการใหม่ (โดยเฉพาะเมื่อใช้อัลลอยด์ไร้รูปแบบ)
• การสูญเสียจากทองแดง (การสูญเสียขณะมีโหลด): คาดว่าจะลดลง 10-25% ผ่านการออกแบบวงจรที่ปรับปรุง
• การปรับปรุงประสิทธิภาพโดยรวม 1-3 คะแนนส่วนร้อย มอบประโยชน์ทางเศรษฐกิจอย่างมากและการลดการปล่อยคาร์บอน
• ​การปรับปรุงอย่างมากในความน่าเชื่อถือ:​ ความเสี่ยงจากการเกิดข้อผิดพลาดที่เกิดจากความร้อนเกินและความผิดปกติของวงจรแม่เหล็กลดลงอย่างมาก เพิ่มความพร้อมใช้งานของอุปกรณ์และขยายอายุการใช้งาน
• ​การปรับปรุงต้นทุนตลอดวงจรชีวิต:​ แม้ว่าจะมีการลงทุนเริ่มต้นที่สูงขึ้น (เช่น วัสดุประสิทธิภาพสูง ระบบทำความเย็นขั้นสูง) แต่ประโยชน์ที่ได้รับจากการประหยัดพลังงานในระยะยาว การลดต้นทุนในการบำรุงรักษา และการขยายอายุการใช้งานมีมากกว่า ทำให้ได้ผลตอบแทนจากการลงทุน (ROI) ที่ดี

​5. ขอบเขตการใช้งาน​

แผนการนี้สามารถนำไปใช้กับการแปลงไฟฟ้ากำลังที่แช่น้ำมันที่กำลังสร้างใหม่และที่กำลังใช้งานที่ระดับแรงดัน 35kV ขึ้นไป มาตรการเฉพาะสามารถปรับแต่งและดำเนินการตามความจุ ระดับแรงดัน สภาพแวดล้อมในการทำงาน ความสำคัญ และสภาพปัจจุบันของการแปลงไฟฟ้า