Kapsamlı Performans Artırma Çözümü İletim Traforları için: Soğutmayı Optimizasyon ve Manyetik Devre Kayıplarını Azaltma

1. Arka Plan ve Zorluklar

Güç yüklerinin sürekli büyümesi ve şebeke operasyonlarındaki giderek artan istikrar gereklilikleri, iletim dönüştürücülerin (transformer) işleyiş verimliliği, sıcaklık yükseltme kontrolü ve uzun vadeli güvenilirlik konularında ciddi zorluklarla karşı karşıya olmasının önüne geçmek için bu kapsamlı çözüm oluşturulmuştur. Aşırı işletim sıcaklıkları yalıtım malzemelerinin yaşlanmasını hızlandırır, ekipman ömrünü kısaltır ve arızalara neden olma riskini artırır. Yüksek manyetik devre kayıpları (öncelikle demir kaybı ve bakır kaybı) enerji kullanım verimliliğini azaltarak gerekli olmayan işletme maliyetlerine yol açar. Iletim dönüştürücülerinde yaygın olarak karşılaşılan iki temel sorun - aşırı sıcaklık yükseltmesi ve önemli manyetik devre kayıpları - bu kapsamlı çözümle ele alınmaktadır.

2. Çözüm Hedefleri

• Aşırı Sıcaklıkların Belirgin Bir Şekilde Azaltılması: Dönüştürücünün üst yağı sıcaklığı ve sarım sıcak nokta sıcaklığını güvenli işletme sınırları içinde kontrol etmek.
• Manyetik Devre Kayıplarının Etkili Bir Şekilde Azaltılması: Boş yük kayıplarını (demir kaybı) ve yük kayıplarını (bakır kaybı) azaltarak genel işletme verimliliğini artırmaya odaklanmak.
• İşlemeyi Güvenilir Hale Getirme: Aşırı ısınma ve aşırı kayıplardan kaynaklanan arızalı oranları azaltarak dönüştürücü hizmet ömrünü uzatmak.
• Toplam Yaşam Döngüsü Maliyetinin Optimizasyonu: Enerji tasarrufu ve bakım sıklığının azaltılması yoluyla dönüştürücünün ekonomik verimliliğini artırmak.

3. Temel Azaltıcı Önlemler

Bu çözüm, "Kayıp Kaynağı Kontrol + Isı Verimliliğinin Artırılması + Kesin Durum Yönetimi" entegre stratejisini benimsemektedir:

3.1 Soğutma Sisteminin Optimizasyonu ve Yeniden Yapılandırma, Isı Verimliliğinin Arttırılması (Sıcaklık Yükseltmesiyle İlgilenme)

• Yüksek Verimli Soğutma Yöntemlerini Kullanma:
• Zorlanmış Hava Soğutması (OFAF/ODAF): Mevcut doğal hava soğutmalı (ONAN) veya zorlanmış hava soğutmalı (ONAF) dönüştürücülere yeniden yapılandırma veya yeni birimlerle yüksek performanslı aksiyal fanlarla donatma. Etkili, düşük gürültülü ve hava koşullarına dayanıklı fanlarla otomatik akış kontrolü (örneğin, sıcaklık bazında otomatik başlatma/durma veya değişken frekans sürücüsü ayarı) ile radyatör yüzeylerinde hava konveksiyonunu önemli ölçüde artırarak ısıyı hızlıca uzaklaştırır.
• Zorlanmış Yağ Su Soğutması (OFWF): Çok yüksek kapasiteli dönüştürücüler, yüksek yük faktörü olan birimler veya yüksek çevresel sıcaklıklarda çalışan birimler için önceliklidir. Yüksek verimli yağ pompaları ve plaka ısıtıcı değiştiriciler ile suyun yüksek belirli ısı kapasitesinden faydalanarak etkili ısı değişimini sağlar. Destekleyici su arıtma sistemleri (kalsiyum tabakalanmasını ve korozyonu önlemek için) ve güvenilirlik mekanizmaları (örneğin, çift su devreleri, bekleme pompaları) gerektirir.
• Isı Boru Yardımıyla Soğutma: Radyatörlerin kritik noktalarına ısı boru modüllerini monte ederek yerel sıcak nokta ısısını faz değişim ilkesiyle etkili bir şekilde iletebilir ve dağıtabilir.
• Radyatör Yapısı ve Düzeninin Optimizasyonu:
• Artırılmış yüzey alanına sahip radyatörleri (örneğin, alaşlı, panel radyatörleri) ve optimize edilmiş akış yolları tasarımı kullanın.
• Soğutucu ortamın (hava veya su) akış yollarını düzgünleştirin, yerel akış kısıtlamalarını ortadan kaldırın ve ısı dağılımının dengesini iyileştirin.
• (Hava soğutması için) Fan pozisyonlarını ve kanal tasarımını optimize ederek radyatör yüzeylerinde düzgün hava akışı sağlayın, ölüm bölgelerini minimize edin.
• Akıllı Soğutma Kontrolü:
• Yağ sıcaklığı, sarım sıcaklığı ve çevre sıcaklığının gerçek zamanlı izlenmesine dayanarak soğutma sistemi çıktısını (fan hızı/sayısı, yağ pompası akış hızı) otomatik olarak ayarlayın. Talebe göre soğutmayı sağlayarak, ısı verimliliğini garanti ederken yardımcı ekipman enerji tüketimini en aza indirir.

3.2 Çekirdek Malzemesi ve Yapısal Optimizasyon, Demir Kaybının Azaltılması (Çekirdek Manyetik Kaybı Kontrolü)

• Yüksek Performanslı Çekirdek Malzemelerini Seçme:
• Yüksek geçirgenlik, düşük birim kaybı soğuk çelik silikon levhaları (örneğin, HiB çeliği) veya daha gelişmiş amorf alaşım malzemeleri (boş yük kaybı azaltma konusunda önemli avantajlar sunar) önceliklidir.
• Silikon çelik levha kalınlığı, düzgünlüğü ve yalıtım kaplama kalitesini sıkıca kontrol ederek histeresis kayıplarını ve dolambaçlı akım kayıplarını minimize edin.
• Çekirdek Tasarımını ve Üretim Süreçlerini Optimizasyon:
• Birleşim noktalarındaki manyetik dirençleri minimize etmek için adım-lap eklemesi tekniklerini uygulayarak ek demir kayıplarını azaltın.
• Çekirdek eklem faktörünü ve sıkıştırma gücünü hassas bir şekilde kontrol ederek, manyetik yolu dağılımını eşitleştirin ve yerel aşırı doygunluğa karşı önlem alın.
• (Gelişmiş Teknolojilerin Uygulanması) Materyal manyetik alan yapısını daha da optimize etmek için lazer çizimi (Laser Scribbling) gibi teknikleri araştırın.
• Çekirdek topraklama yöntemlerini ve ekranlamayı optimize ederek yapısal bileşenlerde kaybedilen kayıpları azaltın.

3.3 Sarım Tasarımının Optimizasyonu ve Süreç İyileştirmesi, Bakır Kaybının Azaltılması (Temel Manyetik Kaybı Kontrolü)

• Sarım Yapısını ve Elektromanyetik Tasarımı Optimizasyon:
• Ampere-döngü dağılımını hassas bir şekilde hesaplayın, iletken kesit şekliyi (örneğin, sürekli transpoze kablosu - CTC veya kendinden bağlanan transpoze kablosu - TTC kullanarak) optimize ederek dolaşım akımını ve dolambaçlı akım kayıplarını minimize edin.
• İletken malzemesini (yüksek iletkenliği olan oksijensiz bakır) ve akım yoğunluğunu makul bir şekilde seçerek, DC direnç kayıplarını etkili bir şekilde azaltırken sıcaklık yükseltme kısıtlamalarını karşılayın.
• Sarım yüksekliğini, çapını ve radial boyutlarını optimize ederek sızıntı akımını kontrol edin ve kaybedilen kayıpları azaltın.
• Gelişmiş Üretim Süreçleri:
• Sabit gerilimli sarım ekipmanlarını kullanarak sarım yoğunluğunun biriform olmasını sağlayın.
• Boşlukları tamamen yalıtım malzemeleri ile doldurarak termal iletimi ve mekanik dayanımı artırmak üzere gelişmiş vakum basınç impregnasyonu (VPI) veya rezin döküm süreçlerini kullanın, böylece ısı verimliliğini artırın ve kısmi salınımı azaltın.

3.4 Manyetik Devre Durumu İzleme ve Proaktif Bakım (Kapanmış Döngü Yönetimi, Uzun Vadeli Performansı Sağlama)

• Hassas Manyetik Devre Durumu İzleme Uygulaması:
• Online izleme (örneğin, Çözünmüş Gaz Analizi - DGA, yüksek frekanslı kısmi salınım izleme, titreşim/akustik gürültü izleme, kızılötesi termografi) ve offline test (periyodik sarım deformasyon testi, boş & yük kaybı testi, çekirdek toprak akımı testi) ile manyetik devre sağlık durumunu kapsamlı bir şekilde değerlendirin.
• Odaklanılan İzleme: Çekirdek çok noktalı topraklama hatası işaretleri, anormal kayıp dalgalanmaları, manyetik ekran ve sıkıştırma yapılarının aşırı ısınması.
• Önleyici Bakım Mekanizmasını Kurma:
• Durum izleme verileri ve işletme geçmişine dayalı olarak hedeflenmiş manyetik devre bakım planları geliştirin.
• Periyodik çekirdek ve sıkıştırma yapı topraklamasını inceleme: Güvenilir tek nokta topraklamasını sağlayın, çok noktalı topraklama hatalarını (bu, demir kayıplarını büyük ölçüde artırır ve aşırı ısınmaya neden olur) hızlı bir şekilde tespit edin ve düzeltebilirsiniz.
• Manyetik ekranları, sıkıştırıcıları ve diğer yapısal bileşenleri inceleme: gevşeme, aşırı ısınma veya salınım izlerini kontrol edin; anormallikleri hızlı bir şekilde ortadan kaldırın.
• Çekirdek/kapağı kaldırmada yapılan incelemelerde, çekirdek lamine eklem ve sıkıştırma durumuna odaklanılmış incelemeler ve bakımlar yapın.
• Anormal kayıpların artan eğilimlerini derinlemesine tanısal analiz ile tespit ederek kök nedenlerini belirleyin ve düzeltici önlemleri uygulayın.

4. Beklenen Faydalar

• Sıcaklık Yükselmesinde Belirgin Azalma: İşletme sıcaklıkları (özellikle sıcak nokta sıcaklıkları) etkili bir şekilde kontrol edilmesi beklenmektedir, azalmalar tahmini hedeflere ulaşacak seviyede (%15-25 arasında), yalıtımın termal yaşlanma stresini büyük ölçüde hafifletecektir.
• Manyetik Devre Kayıplarındaki Etkili Azalma:
• Demir kaybı (Boş Yük Kaybı): Yeni malzemeler ve süreçler aracılığıyla %20-40'lık bir azalma (özellikle amorf alaşım kullanımı durumunda oldukça belirgindir).
• Bakır kaybı (Yük Kaybı): Optimize edilmiş sarım tasarımı aracılığıyla %10-25'lik bir azalma.
• Genel verimlilikte %1-3'lük bir artış, önemli ekonomik faydalar ve karbon emisyon azaltması sağlar.
• Güvenilirlikte Anlaşılır Bir İyileşme: Aşırı ısınma ve manyetik devre anormalliklerinden kaynaklanan arızalı oranlar önemli ölçüde azalacaktır, ekipman kullanılabilirliği artacak ve hizmet ömrü uzatılacaktır.
• Toplam Yaşam Döngüsü Maliyetinin Optimizasyonu: Potansiyel olarak daha yüksek ilk yatırım (örneğin, yüksek performanslı malzemeler, gelişmiş soğutma sistemleri) rağmen, uzun vadede enerji tasarrufu, bakım maliyetlerinin azalması ve hizmet ömrünün uzamasından elde edilen faydalar daha büyük olacaktır, olumlu bir Geri Dönüşüm Oranı (ROI) sağlayacaktır.

5. Uygulama Alanı

Bu çözüm, yeni inşa edilen ve hizmette olan 35kV voltaj seviyesi ve üzeri yağ-immersiyonlu iletim (güç) dönüştürücülere uygulanır. Spesifik önlemler, dönüştürücünün kapasitesine, voltaj seviyesine, işletme ortamına, kritiklik derecesine ve mevcut durumuna bağlı olarak özelleştirilebilir ve uygulanabilir.