EN
Значение эффективности теплоотвода для трансформаторов, заполненных маслом в первую очередь проявляется в прямом воздействии на эксплуатационный срок службы и безопасность электрического трансформатора. Срок службы трансформатора в значительной степени определяется степенью старения масляно-бумажной изоляционной системы, причем термическое старение является наиболее значимым фактором, вызывающим деградацию изоляции. При каждой единице времени работы изоляционного материала при температуре, превышающей расчетную, скорость старения возрастает экспоненциально. Таким образом, эффективный отвод тепла позволяет эффективно контролировать температуру «горячих точек» обмоток — это ключевой показатель для оценки рабочего состояния и оставшегося срока службы трансформатора.
При неудовлетворительном теплоотводе и чрезмерно высокой внутренней температуре не только ускоряется старение изоляционного масла и твёрдых изоляционных материалов, снижается эффективность изоляции, но также могут возникать отказы оборудования и даже нарушаться стабильная работа всей электрической сети. Можно сказать, что эффективный теплоотвод является фундаментальным условием обеспечения безопасной и стабильной работы трансформатора при номинальной нагрузке и достижения им расчётного срока службы (обычно 30 лет и более).
Ключевые факторы, влияющие на теплоотвод масляные трансформаторы
Эффективность теплоотвода масляных распределительных трансформаторов в конечном счёте определяется совместным действием циркуляции масла и конвекции воздуха. Основные факторы, влияющие на этот процесс, можно проанализировать с двух основных точек зрения: состояния внутреннего масляного потока и внешних условий охлаждения.
- Внутренняя циркуляция масла и конструктивное исполнение являются основой теплоотвода.
Во время работы трансформатора тепло, выделяемое обмотками и магнитопроводом, передаётся радиатору за счёт естественной или принудительной конвекции изолирующего масла. Исследования показали, что скорость потока масла существенно влияет на рост температуры: при увеличении скорости потока масла с 0,05 м/с до 0,20 м/с максимальная температура магнитопровода снижается на 11,62 К. Внутренняя структура масляных каналов также имеет решающее значение. Расширение горизонтальных масляных каналов или рациональное размещение маслозадерживающих пластин позволяют эффективно улучшить циркуляцию масла в зонах застоя, снижая среднюю температуру обмоток.
- Внешний способ охлаждения и условия окружающей среды определяют эффективность отвода тепла.
Способы охлаждения классифицируются по эффективности следующим образом: масляное охлаждение с естественной циркуляцией (ONAN), масляное охлаждение с принудительной воздушной циркуляцией (ONAF) и принудительная циркуляция масла с воздушным охлаждением (OFAF). Воздушное охлаждение позволяет повысить эффективность отвода тепла на 150–200 % по сравнению с естественным охлаждением. Кроме того, чем выше температура окружающей среды, тем меньше разница температур при отводе тепла и тем хуже его эффективность. Инновационные конструкции также постоянно преодолевают традиционные ограничения — например, добавление выступающих элементов на стенке масляного бака для нарушения теплового пограничного слоя, что снижает температуру «горячих точек» на 10,6 К.
В заключение, оптимизация теплоотвода трансформатора требует комплексного подхода, включающего модернизацию внутренней структуры масляных каналов, выбор метода охлаждения и применение новых технологий интенсификации теплообмена, с целью эффективного контроля роста температуры «горячих точек» и замедления старения изоляции.
Как определить эффективность охлаждения трансформатора?
Для оценки соответствия характеристик охлаждения установленным стандартам применяется комплекс методов — от стандартной проверки до онлайн-мониторинга:
- Стандартный тест на повышение температуры (до отправки с завода и при вводе в эксплуатацию):
Это основной критерий оценки. Согласно национальным стандартам, путём моделирования номинальной нагрузки измеряется повышение температуры каждой части трансформатора (разница между температурой и температурой окружающей среды) с обеспечением того, чтобы оно не превышало установленных пределов. В ходе испытания особое внимание уделяется контролю повышения температуры верхнего слоя масла и температуры «горячих точек» обмоток — это ключевой показатель для определения соответствия конструкции системы охлаждения требованиям.
- Мониторинг рабочего состояния (ежедневная эксплуатация):
Для эксплуатируемых трансформаторов могут применяться следующие методы оценки:
• Контроль температуры: мониторинг температуры верхнего слоя масла является наиболее прямым методом. Постоянно высокая температура масла обычно указывает на снижение эффективности системы охлаждения.
• Оценка эффективности теплоотвода: на основе принципа энергетического баланса с использованием инженерных алгоритмов фактическую текущую эффективность теплоотвода можно определить по эксплуатационным данным, таким как потери нагрузки и повышение температуры масла, что позволяет выявить снижение охлаждающей способности.
• Обнаружение с помощью инфракрасной тепловизионной съемки: сканирование корпуса трансформатора и теплоотводов инфракрасным тепловизором позволяет непосредственно выявлять участки локального перегрева или неравномерного охлаждения.
- Специализированные испытания по конкретным показателям:
При подозрении на проблемы с охлаждением можно провести более детальные испытания, например измерение теплового сопротивления обмоток для расчета среднего превышения температуры обмоток или установку оптоволоконных датчиков для прямого измерения температуры наиболее критичной «горячей точки».
С помощью этих систематических методов оценки можно всесторонне оценить состояние охлаждения трансформатора, что позволяет своевременно выявлять проблемы и принимать меры по техническому обслуживанию.
Цзянсу Юнита Электрикал Эквипмент Ко., Лтд. (JSZONMA). Перед вводом каждого трансформатора в производство реализуется всеобъемлющая система контроля качества. В частности, испытания на нагрев и проверка изоляционных характеристик являются основными обязательными пунктами заводского контроля, направленными на строгую проверку тепловой стабильности и электробезопасности изделия, что гарантирует безопасную, надежную и стабильную долгосрочную эксплуатацию каждого маслонаполненного трансформатора в электросети.