Nútené chladiče oleja a vody pre transformátory

 Vynútené-chladiče oleja (FOC)

(I) Pracovný princíp

Nútené-olejové chladiče sú založené na základnej logike „nútená cirkulácia + chladenie vzduchom“, čím sa ruší závislosť chladenia prirodzeného obehu oleja od teplotného rozdielu. Aktívnym riadením toku oleja na urýchlenie cirkulácie výrazne zlepšujú účinnosť odvádzania tepla. Podľa normy Medzinárodnej elektrotechnickej komisie (IEC) 60076-2:2011 je jej spôsob chladenia kódovaný ako OFAF (Oil Forced{11}}Air Forced), čo znamená vnútorná nútená cirkulácia oleja a vonkajšia nútená cirkulácia vzduchu. Počas prevádzky špeciálne ponorné čerpadlo odoberá horúci olej z hornej vrstvy nádrže, natlakuje ju a posiela do zväzku rúrok na odvod tepla telesa chladiča. Súčasne sa spustí chladiaci ventilátor, ktorý núti vzduch rýchlo prúdiť po povrchu rúrok na odvádzanie tepla. Prostredníctvom vedenia tepla a konvekcie sa teplo v horúcom oleji rýchlo prenáša do vzduchu. Ochladený transformátorový olej má nižšiu teplotu a zvýšenú hustotu, tečie späť na dno nádrže transformátora cez spodnú spojovaciu rúrku, aby znovu ochladil jadro a vinutia, čím vytvára úplnú slučku odvádzania tepla s nútenou cirkuláciou oleja, ktorá nepretržite odvádza teplo vznikajúce počas prevádzky zariadenia.

(2) Konštrukčné zloženie

Nútený chladič oleja pozostáva hlavne z telesa chladiča, ponorného čerpadla, chladiaceho ventilátora, systému olejového potrubia, elektrickej riadiacej skrine a pomocných ochranných komponentov. Teleso chladiča má zvyčajne rúrkovú-štruktúru rebier, pričom rúrky na rozptyl tepla sú vyrobené z korózii-odolných medených alebo hliníkových rúrok s vysokou-tepelnou{4}}vodivosťou, ktoré sú zvonka rebrované, aby sa zväčšila plocha rozptylu tepla. Ponorné čerpadlo ako zdroj energie pre cirkuláciu oleja sa vyznačuje vysokou účinnosťou, nízkou hlučnosťou a odolnosťou proti korózii oleja, čím zabezpečuje stabilnú cirkuláciu oleja. Chladiaci ventilátor je väčšinou axiálny ventilátor riadený teplotným snímačom, ktorý sa spustí, až keď teplota oleja dosiahne nastavenú hodnotu, čím sa dosiahne energeticky-úsporná prevádzka. Elektrická riadiaca skriňa je zodpovedná za celkové ovládanie štartu a zastavenia olejového čerpadla a ventilátora a tiež integruje funkcie monitorovania teploty a prietoku oleja. Medzi pomocné ochranné komponenty patria indikátory prietoku oleja a signalizátory rozdielu tlaku, ktoré môžu vydávať poplašné signály v prípade zlyhania obehu oleja alebo abnormálnych rozdielov tlaku{10}olej vody, čím zaisťujú bezpečnosť zariadenia.

(3) Hlavné funkcie a scenáre aplikácií
Hlavnou výhodou nútených chladičov oleja je ich vysoká účinnosť odvádzania tepla. V porovnaní s metódami chladenia vzduchom ponoreným do oleja (ONAF) sa ich účinnosť odvodu tepla môže zvýšiť o viac ako 30 %, čo môže uspokojiť potreby veľkých transformátorov na odvod tepla pri prevádzke s vysokým zaťažením; Konštrukcia je relatívne kompaktná a možno ju namontovať priamo na telo transformátora s malým pôdorysom a miernym zaťažením pri údržbe; Silná prispôsobivosť, môže upraviť kapacitu rozptylu tepla zvýšením alebo znížením počtu bežiacich chladičov podľa zmien v zaťažení transformátora a dosiahnuť zosúladenie medzi záťažou a rozptylom tepla.

Jeho aplikačné scenáre sa zameriavajú najmä na veľké vysokonapäťové transformátory{0}}, najmä výkonové transformátory s napäťovými úrovňami 220 kV a vyššou a kapacitou 120 MVA alebo vyššou, ktoré sú široko používané v rozvodniach, elektrárňach, priemyselných závodoch a iných scenároch. V špeciálnych scenároch, ako sú napríklad strednokanálové flexibilné konvertory s priamym-do{5}}zadným smerom dozadu, sa na zníženie prevádzkového hluku používajú aj nízkohlučné{6}}chladiče oleja s núteným obehom v kombinácii s nízkohlučnými{7}} ponornými čerpadlami, aby sa minimalizoval vplyv prevádzky zariadenia na okolité prostredie.

Chladiče nútenej vody (FWC) pre transformátory
(1) Pracovný princíp

Nútený vodný chladič využíva režim dvojitého núteného chladenia „nútený obeh oleja + chladenie vodou“ a jeho štandardná metóda chladenia je kódovaná ako OFWF (Oil Forced Water Forced), čo znamená vnútorný nútený obeh oleja a vonkajší nútený obeh vody. Hlavnou logikou je využitie vysokej špecifickej tepelnej kapacity a tepelnej vodivosti vody v porovnaní so vzduchom a dosiahnutie efektívneho rozptylu tepla prostredníctvom výmeny tepla olej-voda. Počas prevádzky ponorné olejové čerpadlo odoberá horúci olej z nádrže transformátorového oleja a posiela ho do olej{4}}vodného výmenníka tepla (telo chladiča). Cirkulačné vodné čerpadlo zároveň prečerpáva chladiacu vodu (väčšinou priemyselnú cirkulačnú vodu alebo riečnu vodu) do druhého kanála výmenníka tepla. Horúci olej a chladiaca voda prúdia vo výmenníku tepla v opačných smeroch a prostredníctvom vedenia tepla sa teplo v horúcom oleji rýchlo prenáša do chladiacej vody; Ochladený transformátorový olej prúdi späť do olejovej nádrže, aby sa ďalej podieľal na chladiacom cykle, zatiaľ čo chladiaca voda, ktorá absorbuje teplo, je odvádzaná z chladiča. Po následnom ochladení je možné ho recyklovať alebo priamo vypustiť, čím sa vytvorí duálny chladiaci okruh „cirkulácia oleja+cirkulácia vody“.

Stojí za zmienku, že počas prevádzky je potrebné zabezpečiť, aby tlak oleja bol vyšší ako tlak vody. Ak sa trubica výmenníka tepla roztrhne a voda sa dostane do transformátorového oleja, spôsobí poškodenie izolácie a spôsobí katastrofické nehody. Preto má tento systém extrémne vysoké požiadavky na tesniaci výkon.

(2) Konštrukčné zloženie Konštrukcia núteného chladiča vody je zložitejšia ako konštrukcia núteného chladiča oleja, pozostáva najmä z telesa chladiča, ponorného olejového čerpadla, obehového vodného čerpadla, systému olejových{1}}vodných potrubí, elektrickej riadiacej skrine a bezpečnostných ochranných zariadení. Teleso chladiča (olejový-výmenník tepla) obsahuje jednu olejovú komoru a dve vodné komory. Olejová komora je naplnená husto uloženými chladiacimi trubicami, cez ktoré preteká chladiaca voda. Vonkajšia olejová komora je rozdelená na niekoľko kanálov prepážkami, ktoré zaisťujú, že horúci olej prúdi kľukato po povrchu chladiacich rúrok, čím sa zlepšuje účinnosť výmeny tepla. Vodná komora je rozdelená na hornú a dolnú komoru, pričom spodná vodná komora je ďalej rozdelená na dve dutiny, čo umožňuje chladiacej vode prúdiť obojsmerne, čím sa ďalej zvyšuje odvod tepla. Olej-vodný potrubný systém je vybavený ventilmi, filtrami a ďalšími komponentmi, ktoré regulujú prietoky oleja a vody, filtrujú nečistoty a zabraňujú zablokovaniu potrubia. Okrem indikátorov prietoku oleja a signálov rozdielu tlaku obsahujú bezpečnostné ochranné zariadenia komponenty monitorovania hladiny vody a monitorovania tlaku vody na monitorovanie prevádzkového stavu systému cirkulácie vody v reálnom čase a rýchle zistenie netesností, nedostatku vody a iných problémov.

(3) Základné funkcie a aplikačné scenáre

Najväčšou výhodou nútených chladičov vody je ich extrémne vysoká účinnosť odvodu tepla. Pre rovnakú chladiacu kapacitu je ich objem oveľa menší ako u nútených olejových chladičov, sú ľahšie a pracujú s nižšou hlučnosťou (žiadny hluk ventilátora), čo uľahčuje vnútornú inštaláciu a robí ich vhodnými pre scenáre s prísnymi požiadavkami na hluk a priestor. Súčasne je ich efekt odvádzania tepla menej ovplyvnený okolitou teplotou, čím si zachováva stabilný výkon odvádzania tepla v prostredí s vysokou-teplotou, vďaka čomu sú vhodné pre transformátory pracujúce pri vysokom zaťažení a podmienkach vysokej teploty.

Ich obmedzenia spočívajú najmä vo vysokej zložitosti systému, vysokých požiadavkách na kvalitu chladiacej vody a stabilitu dodávky, potrebe pravidelnej údržby cirkulačného systému vody, dopĺňania chladiacej vody, pridávania nemrznúcej zmesi a čistenia výmenníkov tepla; a relatívne krátka životnosť vodou{0}}chladených systémov, čo sťažuje dosiahnutie rovnakej životnosti ako transformátora (zvyčajne 40 rokov fyzickej životnosti), čím sa zvyšujú neskoršie náklady na údržbu a frekvencia výmeny zariadení.

Aplikačné scenáre sú sústredené najmä v oblastiach s bohatými vodnými zdrojmi a ľahkým odvodňovaním, ako sú hlavné transformátory v budovách vodných elektrární; a na miestach s obmedzeným priestorom a prísnymi požiadavkami na hluk, ako sú podzemné rozvodne, rozvodne v mestských oblastiach a dátové centrá. Možno ich použiť aj na chladenie ultra-veľkokapacitných transformátorov, aby sa splnili požiadavky na odvod tepla pri extrémnom zaťažení.

Ako základné chladiace zariadenia transformátorov sú nútené olejové chladiče a nútené vodné chladiče so svojou jedinečnou štruktúrou a výkonom prispôsobené rôznym aplikačným scenárom a spoločne poskytujú záruky bezpečnej a stabilnej prevádzky transformátorov. Nútené chladiče oleja sa stali hlavnou voľbou chladenia pre veľké transformátory vďaka ich jednoduchej štruktúre, pohodlnej údržbe a silnej prispôsobivosti; Nútené vodné chladiče zohrávajú nezastupiteľnú úlohu v špeciálnych scenároch kvôli ich vysokej účinnosti v odvode tepla, nízkej hlučnosti a kompaktnosti.

S neustálym vývojom energetického systému bude technológia chladičov pokračovať v optimalizácii a inteligencia, účinnosť a úspora energie sa stanú hlavným smerom vývoja v budúcnosti. V praktických aplikáciách je potrebné vedecky vyberať a štandardizovať údržbu na základe faktorov, akými sú prevádzkové požiadavky a inštalačné prostredie transformátorov, plne využívať účinnosť odvodu tepla chladiacich systémov, predlžovať životnosť transformátorov, zabezpečovať bezpečnú, efektívnu a stabilnú prevádzku energetických systémov a poskytovať solídnu podporu pre prenos a dodávku energie.