Απόδοση απαγωγής θερμότητας: Η «γραμμή ζωής» των μετασχηματιστών εμβυθισμένων σε λάδι

Η σημασία της απόδοσης απαγωγής θερμότητας για με λάδι γεμάτα μετατροπείς αντανακλάται κυρίως στην άμεση επίδρασή του στη διάρκεια λειτουργίας και την ασφάλεια του ηλεκτρικού μετασχηματιστή. Η διάρκεια ζωής του μετασχηματιστή καθορίζεται κατά πολύ από το βαθμό γήρανσης του μονωτικού συστήματος λαδιού-χαρτιού, ενώ η θερμική γήρανση αποτελεί το σημαντικότερο παράγοντα που προκαλεί την εξασθένιση της μόνωσης. Για κάθε χρονική περίοδο κατά την οποία το μονωτικό υλικό λειτουργεί πέραν της σχεδιασμένης θερμοκρασίας του, ο ρυθμός γήρανσης αυξάνεται εκθετικά. Ως εκ τούτου, μια αποτελεσματική απαγωγή θερμότητας μπορεί να ελέγξει αποτελεσματικά τη θερμοκρασία των «ζεστών σημείων» των τυλιγμάτων — αυτό αποτελεί έναν κεντρικό δείκτη για την αξιολόγηση της κατάστασης λειτουργίας και της υπόλοιπης διάρκειας ζωής του μετασχηματιστή.

Εάν η απόρριψη θερμότητας είναι κακή και η εσωτερική θερμοκρασία υπερβολικά υψηλή, αυτό δεν θα επιταχύνει μόνο την υποβάθμιση του μονωτικού λαδιού και των στερεών μονωτικών υλικών, μειώνοντας τη μονωτική απόδοση, αλλά μπορεί επίσης να προκαλέσει βλάβες στον εξοπλισμό και ακόμη και να επηρεάσει τη σταθερή λειτουργία ολόκληρου του ηλεκτρικού δικτύου. Μπορεί να ειπωθεί ότι η καλή απόρριψη θερμότητας αποτελεί τη βασική προϋπόθεση για τη διασφάλιση της ασφαλούς και σταθερής λειτουργίας του μετασχηματιστή υπό το ονομαστικό φορτίο και για την επίτευξη της σχεδιασμένης διάρκειας ζωής του (συνήθως 30 έτη ή περισσότερα).

Κύριοι παράγοντες που επηρεάζουν την απόρριψη θερμότητας του μετατροπείς με λύπα

Η αποδοτικότητα απόρριψης θερμότητας των μετασχηματιστών διανομής με εμβύθιση σε λάδι είναι κατ’ ουσίαν το αποτέλεσμα της συνεργασίας μεταξύ της κυκλοφορίας του λαδιού και της αερικής συναγωγής. Οι βασικοί παράγοντες που επηρεάζουν αυτήν τη διαδικασία μπορούν να αναλυθούν από δύο κύριες πλευρές: την εσωτερική κατάσταση ροής του λαδιού και τις εξωτερικές συνθήκες ψύξης.

1. Η εσωτερική κυκλοφορία του λαδιού και η δομική σχεδίαση αποτελούν τη βάση της απόρριψης θερμότητας.

Κατά τη λειτουργία του μετασχηματιστή, η θερμότητα που παράγεται από τα τυλίγματα και τον πυρήνα μεταφέρεται στο απαγωγό θερμότητας μέσω της φυσικής ή εξαναγκασμένης συναγωγής του μονωτικού λαδιού. Μελέτες έχουν δείξει ότι η ταχύτητα ροής του λαδιού επηρεάζει σημαντικά την αύξηση της θερμοκρασίας: όταν η ταχύτητα ροής του λαδιού αυξηθεί από 0,05 m/s σε 0,20 m/s, η μέγιστη θερμοκρασία του πυρήνα μπορεί να μειωθεί κατά 11,62 K. Η εσωτερική δομή των καναλιών λαδιού είναι επίσης κρίσιμη. Η διεύρυνση των οριζόντιων καναλιών λαδιού ή η λογική τοποθέτηση πλακών εμποδίσματος λαδιού μπορεί να βελτιώσει αποτελεσματικά την κυκλοφορία στις περιοχές στάσιμης ροής του λαδιού, μειώνοντας τη μέση θερμοκρασία των τυλιγμάτων.

2. Η εξωτερική μέθοδος ψύξης και οι περιβαλλοντικές συνθήκες καθορίζουν την αποδοτικότητα της απομάκρυνσης θερμότητας.

Οι μέθοδοι ψύξης ταξινομούνται κατά σειρά απόδοσης ως εξής: ψύξη με εμβύθιση σε λάδι χωρίς ενεργητική ροή (ONAN), ψύξη με εμβύθιση σε λάδι και ροή αέρα (ONAF) και ψύξη με εναλλαγή λαδιού υπό πίεση και ροή αέρα (OFAF). Η ψύξη με αέρα μπορεί να βελτιώσει την απόδοση απόρριψης θερμότητας κατά 150% έως 200% σε σύγκριση με την αυτόματη ψύξη. Επιπλέον, όσο υψηλότερη είναι η θερμοκρασία περιβάλλοντος, τόσο μικρότερη είναι η διαφορά θερμοκρασίας για την απόρριψη θερμότητας και τόσο χειρότερη η απόδοση. Επιπλέον, καινοτόμες σχεδιαστικές λύσεις διαρκώς υπερβαίνουν τους παραδοσιακούς περιορισμούς, όπως η προσθήκη αναδυόμενων δομών στο τοίχωμα της δεξαμενής λαδιού για τη διατάραξη του θερμικού οριακού στρώματος, με αποτέλεσμα τη μείωση της θερμοκρασίας των «ζεστών σημείων» κατά 10,6 K.

Κατά συνέπεια, η βελτιστοποίηση της απόρριψης θερμότητας από τον μετασχηματιστή απαιτεί συντονισμένη προσέγγιση που περιλαμβάνει την εσωτερική δομή των καναλιών λαδιού, την επιλογή της κατάλληλης μεθόδου ψύξης και νέες ενισχυμένες τεχνολογίες ανταλλαγής θερμότητας, προκειμένου να ελέγχεται αποτελεσματικά η αύξηση της θερμοκρασίας των «ζεστών σημείων» και να καθυστερεί η γήρανση της μόνωσης.

Πώς καθορίζεται η απόδοση ψύξης ενός μετασχηματιστή;

Για να αξιολογηθεί εάν η απόδοση ψύξης πληροί τα πρότυπα, υπάρχει μια σειρά μεθόδων, από την τυπική επαλήθευση έως την παρακολούθηση σε πραγματικό χρόνο:

1. Τυπική δοκιμή αύξησης θερμοκρασίας (πριν από την παράδοση από το εργοστάσιο και την τοποθέτηση σε λειτουργία):

Αυτό αποτελεί το βασικό κριτήριο αξιολόγησης. Σύμφωνα με τα εθνικά πρότυπα, με την προσομοίωση του ονομαστικού φορτίου, μετράται η αύξηση της θερμοκρασίας κάθε τμήματος του μετασχηματιστή (δηλαδή η διαφορά μεταξύ της θερμοκρασίας και της περιβαλλοντικής θερμοκρασίας) και διασφαλίζεται ότι δεν υπερβαίνει το καθορισμένο όριο. Η δοκιμή επικεντρώνεται στην παρακολούθηση της αύξησης της θερμοκρασίας του λαδιού στο ανώτερο σημείο και της θερμοκρασίας του ζεστότερου σημείου των τυλιγμάτων, τα οποία αποτελούν το κλειδί για τον προσδιορισμό του κατά πόσο η σχεδιαστική λύση ψύξης είναι εντάξει.

2. Παρακολούθηση της κατάστασης λειτουργίας (καθημερινή λειτουργία):

Για τους μετασχηματιστές που βρίσκονται σε λειτουργία, μπορούν να χρησιμοποιηθούν οι ακόλουθες μέθοδοι για την αξιολόγηση:

• Παρακολούθηση θερμοκρασίας: Η παρακολούθηση της θερμοκρασίας του λαδιού στο ανώτερο σημείο αποτελεί την πιο άμεση μέθοδο. Μια διαρκής υψηλή θερμοκρασία λαδιού υποδηλώνει συνήθως μείωση της απόδοσης του συστήματος ψύξης.

• Αξιολόγηση της απόδοσης του αντλητήρα θερμότητας: Με βάση την αρχή της ισορροπίας ενέργειας και με τη χρήση μηχανικών αλγορίθμων, η τρέχουσα πραγματική απόδοση του αντλητήρα θερμότητας μπορεί να εκτιμηθεί από δεδομένα λειτουργίας, όπως οι απώλειες φορτίου και η αύξηση της θερμοκρασίας του λαδιού, προκειμένου να διαπιστωθεί εάν η ικανότητα ψύξης έχει επιδεινωθεί.

• Ανίχνευση με θερμική απεικόνιση υπέρυθρου: Η σάρωση του περιβλήματος του μετασχηματιστή και των αντλητήρων θερμότητας με θερμική κάμερα υπέρυθρου επιτρέπει την άμεση αναγνώριση περιοχών τοπικής υπερθέρμανσης ή ανομοιόμορφης ψύξης.

3. Ειδικές δοκιμές για συγκεκριμένους δείκτες:

Όταν υπάρχει υποψία προβλήματος ψύξης, μπορούν να διεξαχθούν πιο λεπτομερείς δοκιμές, όπως η μέτρηση της θερμικής αντίστασης των τυλιγμάτων για τον υπολογισμό της μέσης αύξησης της θερμοκρασίας των τυλιγμάτων ή η εγκατάσταση οπτικών ινών για την άμεση μέτρηση της θερμοκρασίας του κρισιμότερου σημείου θερμότητας.

Μέσω αυτών των συστηματικών μεθόδων αξιολόγησης, μπορεί να κατανοηθεί εκτενώς η κατάσταση ψύξης του μετασχηματιστή, επιτρέποντας την εγκαίρως ανίχνευση προβλημάτων και την εφαρμογή μέτρων συντήρησης.

Η Jiangsu Unita Electrical Equipment Co.,Ltd. (JSZONMA) εφαρμόζει ένα ολοκληρωμένο σύστημα ελέγχου ποιότητας πριν από την παραγωγή κάθε μετασχηματιστή. Μεταξύ αυτών, ο έλεγχος αύξησης της θερμοκρασίας και ο έλεγχος της μόνωσης αποτελούν τα βασικά υποχρεωτικά στοιχεία του εργοστασιακού ελέγχου, με στόχο την αυστηρή επαλήθευση της θερμικής σταθερότητας και της ηλεκτρικής ασφάλειας του προϊόντος, διασφαλίζοντας ότι κάθε μετασχηματιστής εμβυθισμένος σε λάδι μπορεί να λειτουργεί με ασφάλεια, αξιοπιστία και σταθερότητα στο ηλεκτρικό δίκτυο για μεγάλο χρονικό διάστημα.