EN
اهمیت عملکرد دفع حرارت برای ترانسفورماتورهای پر از روغن عمدتاً در تأثیر مستقیم آن بر عمر عملیاتی و ایمنی ترانسفورماتورهای الکتریکی نمایان میشود. عمر خدماتی ترانسفورماتور عمدتاً توسط میزان پیرشدگی سیستم عایقبندی روغن-کاغذ تعیین میشود و پیرشدگی حرارتی مهمترین عامل ایجاد کنندهی تخریب عایق است. برای هر بازهی زمانی که مادهی عایق در دمایی بالاتر از دمای طراحیشدهاش کار میکند، نرخ پیرشدگی بهصورت نمایی افزایش مییابد. بنابراین، دفع مؤثر گرما میتواند بهطور موثری دمای نقطهی داغ سیمپیچها را کنترل کند — این شاخصی کلیدی برای ارزیابی وضعیت عملیاتی و عمر باقیماندهی ترانسفورماتور است.
اگر دفع حرارت ضعیف باشد و دمای داخلی بیش از حد بالا رود، نهتنها باعث تسریع فرسودگی روغن عایقی و مواد عایق جامد شده و عملکرد عایقی را کاهش میدهد، بلکه ممکن است منجر به خرابی تجهیزات و حتی تأثیر بر عملکرد پایدار کل شبکه برق شود. میتوان گفت که دفع مؤثر حرارت پیشنیاز اساسی برای اطمینان از این است که ترانسفورماتور بتواند بهصورت ایمن و پایدار تحت بار نامی کار کند و عمر طراحیشدهاش (معمولاً تا ۳۰ سال یا بیشتر) را بهدست آورد.
عوامل کلیدی مؤثر بر دفع حرارت ترانسفورماتورهای غوطهگیر
کارایی دفع حرارت ترانسفورماتورهای توزیع غوطهور در روغن در اصل حاصل هماهنگی جریان چرخشی روغن و جابهجایی هوای محیطی است. عوامل اصلی مؤثر بر این فرآیند را میتوان از دو جنبه عمده تحلیل کرد: وضعیت جریان داخلی روغن و شرایط خنککنندگی خارجی.
- جریان چرخشی داخلی روغن و طراحی ساختاری پایهای برای دفع حرارت هستند.
در حین کارکرد ترانسفورماتور، گرمای تولیدشده توسط سیمپیچها و هسته از طریق جابجایی طبیعی یا اجباری روغن عایق به رادیاتور منتقل میشود. مطالعات نشان دادهاند که سرعت جریان روغن تأثیر قابلتوجهی بر افزایش دما دارد: هنگامی که سرعت جریان روغن از ۰٫۰۵ متر بر ثانیه به ۰٫۲۰ متر بر ثانیه افزایش مییابد، بیشینه دمای هسته میتواند ۱۱٫۶۲ کلوین کاهش یابد. ساختار داخلی کانالهای روغن نیز از اهمیت بالایی برخوردار است. گسترش کانالهای افقی روغن یا تنظیم منطقی صفحات مسدودکننده روغن میتواند بهطور مؤثری گردش روغن در نواحی ایستا را بهبود بخشد و میانگین دمای سیمپیچها را کاهش دهد.
- روش خنککنندگی خارجی و شرایط محیطی، بازدهی پراکندگی گرما را تعیین میکنند.
روشهای خنککنندگی بر اساس بازدهی به ترتیب به صورت زیر طبقهبندی میشوند: خنککنندگی خودکار با روغن غوطهور (ONAN)، خنککنندگی هوایی با روغن غوطهور (ONAF) و خنککنندگی هوایی با گردش اجباری روغن (OFAF). خنککنندگی هوایی میتواند اثر پراکندگی گرما را نسبت به خنککنندگی خودکار ۱۵۰ تا ۲۰۰ درصد بهبود بخشد. علاوه بر این، هرچه دمای محیطی بالاتر باشد، اختلاف دمای پراکندگی گرما کوچکتر و اثر آن ضعیفتر خواهد بود. طراحیهای نوآورانه نیز بهطور مداوم محدودیتهای سنتی را دور میزنند؛ برای مثال، افزودن ساختارهای برجسته بر روی دیواره مخزن روغن برای اختلال در لایه مرزی حرارتی، که منجر به کاهش دمای نقطه داغ به میزان ۱۰٫۶ کلوین میشود.
در نتیجه، بهینهسازی پراکندگی گرما در ترانسفورماتور نیازمند رویکردی هماهنگ از سوی ساختار کانال داخلی روغن، انتخاب روش خنککنندگی و فناوریهای جدید ارتقای انتقال حرارت است تا افزایش دمای نقطه داغ بهطور مؤثر کنترل شده و پیری عایقبندی به تأخیر افتد.
چگونه عملکرد خنککنندگی یک ترانسفورماتور را تعیین کنیم؟
برای ارزیابی اینکه عملکرد سیستم خنککننده به استانداردها میرسد یا خیر، مجموعهای از روشها از تأیید استاندارد تا نظارت آنلاین وجود دارد:
- آزمون استاندارد افزایش دما (قبل از کارخانه و راهاندازی):
این معیار اصلی ارزیابی است. بر اساس استانداردهای ملی، با شبیهسازی بار نامی، افزایش دمای هر بخش از ترانسفورماتور (تفاوت دما با محیط) اندازهگیری شده و اطمینان حاصل میشود که این افزایش از حد مجاز تعیینشده فراتر نرفته است. در این آزمون، تمرکز اصلی بر نظارت بر افزایش دمای روغن سطحی و دمای نقطه داغ سیمپیچها است که کلیدیترین عامل در تعیین صلاحیت طراحی سیستم خنککننده محسوب میشود.
- نظارت بر وضعیت عملیاتی (در حین عملیات روزانه):
برای ترانسفورماتورهای در حال بهرهبرداری، روشهای زیر برای ارزیابی قابل استفاده هستند:
• نظارت بر دما: نظارت بر دمای روغن سطحی مستقیمترین روش است. ادامهدار بودن دمای بالای روغن معمولاً نشاندهنده کاهش کارایی سیستم خنککننده است.
• ارزیابی کارایی رادیاتور: بر اساس اصل توازن انرژی و با استفاده از الگوریتمهای مهندسی، کارایی فعلی واقعی رادیاتور را میتوان از دادههای عملیاتی مانند تلفات بار و افزایش دمای روغن استنباط کرد؛ بنابراین میتوان درک کرد که ظرفیت خنککنندگی آیا کاهش یافته است یا خیر.
• تشخیص تصویربرداری حرارتی مادون قرمز: با استفاده از دوربین حرارتی مادون قرمز برای اسکن پوسته ترانسفورماتور و رادیاتورها، میتوان مناطق داغشده محلی یا خنکشدن نامتعادل را بهطور مستقیم شناسایی کرد.
- آزمونهای تخصصی برای شاخصهای خاص:
در صورت مشکوک بودن به وجود مشکل در سیستم خنککنندگی، آزمونهای دقیقتری مانند اندازهگیری مقاومت حرارتی سیمپیچها برای محاسبه افزایش میانگین دما در سیمپیچها یا نصب سنسورهای فیبر نوری برای اندازهگیری مستقیم دمای نقطه داغترین ناحیه حیاتی انجام میشود.
از طریق این روشهای ارزیابی سیستماتیک، وضعیت خنککنندگی ترانسفورماتور بهصورت جامع قابل درک است که امکان تشخیص بهموقع مشکلات و اجرای اقدامات نگهداری را فراهم میکند.
شرکت تجهیزات برق جیانگسو یونیتا محدود (JSZONMA) پیش از ورود هر ترانسفورماتور به مرحله تولید، سیستم جامع بازرسی کیفیتی را اجرا میکند. در این میان، آزمون افزایش دما و آزمون عملکرد عایقی از اقلام اجباری اصلی بازرسی کارخانهای هستند که هدف آنها تأیید دقیق پایداری حرارتی و ایمنی الکتریکی محصول است و اطمینان حاصل میشود که هر ترانسفورماتور روغنی بتواند بهصورت ایمن، قابل اعتماد و پایدار در شبکه برق برای مدت طولانی کار کند.