Примусові масляні та водяні охолоджувачі для трансформаторів
Примусові-масляні охолоджувачі (FOC)
(I) Принцип роботи
Примусові-масляні охолоджувачі засновані на основній логіці «примусова циркуляція + повітряне охолодження», порушуючи залежність охолодження природної циркуляції масла від різниці температур. Активно стимулюючи потік масла для прискорення циркуляції, вони значно покращують ефективність розсіювання тепла. Згідно зі стандартом 60076-2:2011 Міжнародної електротехнічної комісії (IEC), його метод охолодження кодується як OFAF (Oil Forced-Air Forced), що означає внутрішню примусову циркуляцію масла та зовнішню примусову циркуляцію повітря. Під час роботи спеціальний занурювальний насос витягує гаряче масло з верхнього шару бака, створює в ньому тиск і направляє його до пучка тепловідвідних трубок корпусу охолоджувача. Одночасно запускається вентилятор охолодження, змушуючи повітря швидко текти поверхнею тепловідвідних трубок. Завдяки теплопровідності та конвекції тепло в гарячій олії швидко передається повітрю. Охолоджене трансформаторне масло має нижчу температуру та підвищену щільність, тече назад на дно резервуара трансформатора через нижню сполучну трубу для повторного охолодження сердечника та обмоток, утворюючи повну примусову циркуляційну петлю розсіювання тепла, яка постійно відводить тепло, що утворюється під час роботи обладнання.
(2) Структурний склад
Примусовий охолоджувач масла в основному складається з корпусу охолоджувача, занурювального насоса, вентилятора охолодження, системи маслопроводів, електричної коробки керування та допоміжних компонентів захисту. Корпус охолоджувача зазвичай має трубчату-ребристу структуру з трубками для розсіювання тепла, виготовленими зі стійких до корозії-високої{3}}теплопровідності-мідних або алюмінієвих трубок із зовнішніми ребрами для збільшення площі розсіювання тепла. Занурювальний насос, як джерело живлення для циркуляції масла, відрізняється високим ККД, низьким рівнем шуму і стійкістю до корозії масла, що забезпечує стабільну циркуляцію масла. Вентилятор охолодження — це здебільшого осьовий вентилятор, керований датчиком температури, який запускається лише тоді, коли температура масла досягає заданого значення, що забезпечує-енергозберігаючу роботу. Електричний блок керування відповідає за загальний контроль запуску та зупинки масляного насоса та вентилятора, а також об’єднує функції моніторингу температури та потоку масла. Компоненти допоміжного захисту включають індикатори потоку масла та сигналізатори перепаду тиску, які можуть подавати сигнали тривоги у разі збою циркуляції масла або аномальної різниці тиску масла-води, забезпечуючи безпеку обладнання.
(3) Основні функції та сценарії застосування
Основною перевагою примусових охолоджувачів масла є їх висока ефективність відведення тепла. Порівняно з методами масляного повітряного охолодження (ONAF), їх ефективність розсіювання тепла може бути збільшена більш ніж на 30%, що може задовольнити потреби у розсіюванні тепла великих трансформаторів під час роботи з високим навантаженням; Конструкція є відносно компактною та може бути встановлена безпосередньо на корпусі трансформатора, має невелику площу та помірне навантаження на обслуговування; Сильна адаптивність, може регулювати потужність розсіювання тепла, збільшуючи або зменшуючи кількість працюючих охолоджувачів відповідно до змін у навантаженні трансформатора, і досягти відповідності між навантаженням і розсіюванням тепла.
Його сценарії застосування в основному зосереджені на великих трансформаторах високої-напруги, особливо на силових трансформаторах з рівнями напруги 220 кВ і вище та потужністю 120 МВА або вище, які широко використовуються на підстанціях, електростанціях, промислових підприємствах тощо. У особливих сценаріях, таких як гнучкі прямо-на-перетворювальні станції середнього каналу, низько-примусові масляні охолоджувачі також використовуються для зменшення робочого шуму в поєднанні з низько-занурювальними насосами, щоб мінімізувати вплив роботи обладнання на навколишнє середовище.
Примусові водяні охолоджувачі (FWC) для трансформаторів
(1) Принцип роботи
Примусовий водяний охолоджувач використовує подвійний режим примусового охолодження «примусова циркуляція масла+водяне охолодження», а його стандартний метод охолодження кодується як OFWF (примусова масляна примусова циркуляція), що означає внутрішню примусову циркуляцію масла та зовнішню примусову циркуляцію води. Основна логіка полягає в тому, щоб використовувати високу питому теплоємність і теплопровідність води порівняно з повітрям і досягти ефективного розсіювання тепла через теплообмін масло-вода. Під час роботи занурювальний масляний насос забирає гаряче масло з масляного бака трансформатора та направляє його в масляний-водяний теплообмінник (корпус охолоджувача). У той же час циркуляційний водяний насос перекачує охолоджуючу воду (переважно промислову циркуляційну воду або річкову воду) в інший канал теплообмінника. Гаряча олія та охолоджуюча вода течуть у протилежних напрямках усередині теплообмінника, і через теплопровідність тепло гарячої олії швидко передається охолоджуючій воді; Охолоджене трансформаторне масло повертається в масляний бак, щоб продовжити участь у циклі охолодження, тоді як охолоджуюча вода, яка поглинає тепло, виводиться з охолоджувача. Після подальшої обробки охолодження його можна переробити або безпосередньо розрядити, утворюючи подвійний контур охолодження «циркуляція масла + циркуляція води».
Варто відзначити, що під час роботи необхідно стежити, щоб тиск масла був вище тиску води. Якщо теплообмінна трубка розірветься і вода потрапить у трансформаторне масло, це спричинить пошкодження ізоляції та спровокує катастрофічні аварії. Тому ця система має надзвичайно високі вимоги до герметичності.
(2) Структурна композиція. Конструкція примусового водяного охолоджувача є складнішою, ніж примусовий масляний охолоджувач, головним чином складається з корпусу охолоджувача, занурювального масляного насоса, циркуляційного водяного насоса, системи масляного-водопроводу, електричної коробки керування та пристроїв безпеки. Корпус охолоджувача (масло-водяний теплообмінник) складається з однієї масляної камери та двох водяних камер. Масляна камера заповнена щільно укладеними охолоджуючими трубками, по яких тече охолоджуюча вода. Зовнішня масляна камера розділена на кілька каналів за допомогою перегородок, які забезпечують звивистий потік гарячого масла по поверхні охолоджуючих трубок, покращуючи ефективність теплообміну. Водяна камера розділена на верхню та нижню камери, причому нижня водяна камера додатково розділена на дві порожнини, що дозволяє охолоджуючій воді текти в двох напрямках, ще більше покращуючи розсіювання тепла. Система масло{8}}водопроводів оснащена клапанами, фільтрами та іншими компонентами для регулювання витрат масла та води, фільтрації домішок і запобігання засміченню труб. На додаток до індикаторів потоку масла та сигналів перепаду тиску, захисні пристрої включають компоненти моніторингу рівня води та моніторингу тиску води для моніторингу робочого стану системи циркуляції води в режимі реального часу та оперативного виявлення витоків, нестачі води та інших проблем.
(3) Основні функції та сценарії застосування
Найбільшою перевагою примусових водяних охолоджувачів є їх надзвичайно висока ефективність розсіювання тепла. За тієї самої потужності охолодження їх об’єм набагато менший, ніж масляні охолоджувачі з примусовою системою охолодження, вони легші та працюють з нижчим рівнем шуму (без шуму вентилятора), що полегшує установку в приміщенні та робить їх придатними для сценаріїв із суворими вимогами до шуму та простору. Водночас на їхній ефект розсіювання тепла менше впливає температура навколишнього середовища, зберігаючи стабільні показники розсіювання тепла в середовищі з високою-температурою, що робить їх придатними для трансформаторів, що працюють під високим навантаженням і в умовах високої температури.
Їх обмеження в основному полягають у високій складності системи, високих вимогах до якості охолоджувальної води та стабільності подачі, необхідності регулярного обслуговування системи циркуляції води, поповнення охолоджувальної води, додавання антифризу та очищення теплообмінників; і відносно короткий термін служби систем-водяного охолодження, що ускладнює досягнення такого самого терміну служби, як і трансформатор (зазвичай 40 років фізичного терміну служби), збільшуючи подальші витрати на технічне обслуговування та частоту заміни обладнання.
Сценарії застосування в основному зосереджені в районах з багатими водними ресурсами та легким дренажем, таких як головні трансформатори в будівлях гідроелектростанцій; а також у місцях з обмеженим простором і суворими вимогами до рівня шуму, наприклад на підземних підстанціях, підстанціях у центральних міських районах і центрах обробки даних. Їх також можна використовувати для охолодження трансформаторів над-великої потужності, щоб задовольнити потреби у розсіюванні тепла за екстремальних навантажень.
Будучи основним обладнанням для охолодження трансформаторів, масляні охолоджувачі та примусові водяні охолоджувачі з їх унікальними структурами та характеристиками адаптовані до різних сценаріїв застосування та разом забезпечують гарантії безпечної та стабільної роботи трансформаторів. Примусові масляні охолоджувачі стали основним вибором для охолодження великих трансформаторів завдяки своїй простій конструкції, зручному обслуговуванню та сильній адаптивності; Примусові водяні охолоджувачі відіграють незамінну роль в особливих ситуаціях завдяки високій ефективності відведення тепла, низькому рівню шуму та компактності.
З безперервним розвитком енергетичної системи технологія охолодження буде продовжувати оптимізуватись, а інтелект, ефективність і енергозбереження стануть основними напрямками розвитку в майбутньому. У практичних застосуваннях необхідно науково вибирати та стандартизувати технічне обслуговування на основі таких факторів, як робочі вимоги та середовище встановлення трансформаторів, повністю використовувати ефективність розсіювання тепла систем охолодження, подовжувати термін служби трансформаторів, забезпечувати безпечну, ефективну та стабільну роботу енергосистем, а також забезпечувати надійну підтримку для передачі та постачання електроенергії.
