ONAN против ONAF: Полное руководство по системам охлаждения трансформаторов с масляным охлаждением

Выбор подходящей системы охлаждения для вашего трансформатор с масляным охлаждением является критически важным решением, влияющим на производительность, срок службы и эксплуатационные расходы. В этом руководстве представлено всестороннее сравнение двух наиболее распространённых методов охлаждения — ONAN (естественное охлаждение масла и естественное охлаждение воздухом) и ONAF (масло естественное, воздух принудительный) — чтобы помочь вам принять обоснованное решение.

1. Почему Масляные трансформаторы Необходимо охлаждение

Трансформаторы являются основными элементами электрических энергетических систем: они изменяют уровни напряжения для обеспечения эффективной передачи и распределения электроэнергии. Однако этот процесс не является на 100 % эффективным. Во время работы потери в магнитопроводе (холостые потери) и потери в обмотках (нагрузочные потери) выделяет значительное количество тепла.

Это тепло — не просто побочный продукт; оно является основным фактором, ограничивающим срок службы трансформатора. Внутренняя изоляционная система трансформатора, как правило, выполнена из пропитанной маслом целлюлозной бумаги и деградирует быстрее при повышенных температурах. По общему правилу скорость старения изоляции удваивается при каждом повышении температуры в «горячей точке» на 6 °C . Избыточное тепло может привести к следующим последствиям:

• Ускоренному старению изоляции и сокращению срока службы
• Образованию шлама и кислот, ухудшающих качество масла
• Повышенному риску возникновения «горячих точек» в обмотках и локальному перегреву
• Возможному катастрофическому отказу, вызывающему отключения электроснабжения и экономические потери

Эффективное тепловое управление необходимо для поддержания безопасных рабочих температур, обеспечения надёжности и достижения расчётного срока службы силовых трансформаторов — 25–30 лет.

2. Способ охлаждения ONAN — масло естественное, воздух естественный

ONAN (естественное охлаждение масла и естественное охлаждение воздухом) является самым простым и наиболее распространённым методом охлаждения распределительных и маломощных трансформаторов. Он полностью основан на пассивном теплообмене — для его работы не требуются вентиляторы, насосы или движущиеся части.

2.1 Как работает охлаждение ONAN

Цикл охлаждения приводится в действие естественной конвекцией (эффектом термосифона) :

1. Производство тепла: Обмотки и магнитопровод выделяют тепло во время работы.
2. Подъём масла: Нагретое масло становится менее плотным и поднимается к верхней части бака.
3. Рассеивание тепла: Нагретое масло поступает во внешние радиаторы (или охлаждающие трубки), где отдаёт тепло окружающему воздуху через стенки радиатора.
4. Охлаждение и возврат: Охлаждённое масло становится более плотным, опускается на дно бака и повторяет цикл.

Этот метод полностью обусловлен плавучестью и не требует внешнего источника энергии для охлаждения.

2.2 Преимущества охлаждения ONAN

• Отсутствие подвижных частей: Отсутствие вентиляторов и насосов практически исключает риск механических отказов. Это обеспечивает максимальную надёжность и самые длительные интервалы технического обслуживания.
• Беззвучная работа: Без шума от вентиляторов трансформаторы ONAN идеально подходят для жилых районов, больниц и объектов, где важна тихая работа. Уровень шума обычно составляет ≤55 дБ.
• Минимальные совокупные затраты на владение: Отсутствие потребления вспомогательной электроэнергии, минимальное техническое обслуживание (ежегодный анализ масла) и более низкая первоначальная капитальная стоимость по сравнению с системами принудительного охлаждения.
• Проверенная надежность: Эта технология имеет эксплуатационную историю свыше столетия и хорошо изучена.

2.3 Недостатки охлаждения ONAN

• Ограниченная мощность охлаждения: Эффективность пассивного охлаждения ниже, поэтому система ONAN непригодна для очень крупных трансформаторов. Практические пределы мощности обычно составляют до 25–30 МВА.
• Низкая эффективность в жарком климате: При температуре окружающей среды выше 30 °C трансформаторы с системой ONAN могут требовать снижения номинальной мощности (дирейтинга) на 20–30 % во избежание перегрева.
• Большие габаритные размеры: Для достижения заданной мощности в МВА трансформаторы с системой ONAN требуют более крупных радиаторов по сравнению с конструкциями с принудительным охлаждением, что увеличивает необходимую площадь для установки.

2.4 Типовые области применения охлаждения ONAN

• Распределительные трансформаторы мощностью до 30 МВА
• Сельские подстанции и жилые районы, где важна низкая шумность
• Режимы базовой нагрузки с постоянными и предсказуемыми нагрузками
• Объекты с минимальным штатом технического персонала

3. Метод охлаждения ONAF — естественная циркуляция масла и принудительная циркуляция воздуха

ONAF (масло естественное, воздух принудительный) основан на принципе ONAN, но дополнительно оснащён электрическими вентиляторами на радиаторах. Масло по-прежнему циркулирует естественным путём за счёт конвекции, однако принудительная циркуляция воздуха от вентиляторов значительно повышает эффективность отвода тепла.

3.1 Принцип работы системы охлаждения ONAF

5. Естественная циркуляция масла: Как и в системе ONAN, нагретое масло поднимается от обмоток к радиаторам за счёт термосифонного эффекта.
6. Принудительное воздушное охлаждение: Электрические вентиляторы, установленные на блоках радиаторов, обдувают поверхность радиаторов воздухом, существенно повышая коэффициент теплопередачи и скорость охлаждения.
7. Автоматическое управление: Вентиляторы обычно включаются датчиками температуры при росте нагрузки и внутренней температуры. Они отключаются, когда охлаждение больше не требуется, что обеспечивает оптимизацию энергопотребления.

Это полуактивная система охлаждения который обеспечивает дополнительную тепловую мощность без необходимости в масляных насосах.

3.2 Преимущества охлаждения ONAF

• Повышенная мощность охлаждения: ONAF обеспечивает на 25–40 % большую мощность охлаждения по сравнению с ONAN. Это позволяет трансформатору выдерживать более высокие нагрузки, не превышая температурных пределов.
• Гибкость двойного номинала: Большинство силовых трансформаторов имеют двойной номинал (например, 40/50 МВА ONAN/ONAF). Они работают в бесшумном и малозатратном режиме ONAN при базовой нагрузке и автоматически переключаются в режим ONAF при пиковой нагрузке.
• Увеличение мощности: Степень увеличения мощности зависит от размера трансформатора:
  • Менее 2500 кВА: повышение мощности примерно на 15 % при охлаждении ONAF
  • 2500–10 000 кВА: повышение мощности примерно на 25 %
  • Свыше 10 000 кВА: повышение мощности до 33 % (ONAF1) или до 67 % при использовании второй ступени вентиляторов (ONAF2)
• Эффективность при переменной нагрузке: Идеально подходит для применений с существенными суточными или сезонными колебаниями нагрузки.

3.3 Недостатки охлаждения ONAF

• Дополнительное техническое обслуживание: Вентиляторы содержат движущиеся части (подшипники, электродвигатели), требующие периодического осмотра и замены (обычно каждые 7–10 лет).
• Повышенные эксплуатационные расходы: Работа вентиляторов потребляет вспомогательную электроэнергию (~1–3 кВт·ч) и увеличивает эксплуатационные расходы по сравнению с чистым охлаждением ONAN.
• Шумопроизводство: Вентиляторы создают шум в диапазоне 55–65 дБ(А). Хотя такой уровень шума допустим в промышленных условиях, он может вызывать озабоченность в городских или жилых зонах.
• Зависимость от внешнего источника питания: Для работы вентиляторов требуется надёжный вспомогательный источник питания.

3.4 Типовые области применения охлаждения ONAF

• Средние и крупные силовые трансформаторы (диапазон мощности 30–100 МВА)
• Пригородные подстанции и промышленные объекты с переменной нагрузкой
• Установки с двойным номиналом, требующие сезонного или ситуативного увеличения мощности
• Конструкции трансформаторов, где важны габаритные размеры

4. ONAN против ONAF — сравнительная таблица

5. Часто задаваемые вопросы (FAQ)

Вопрос 1: Может ли трансформатор с масляным охлаждением иметь как классификацию ONAN, так и ONAF? Да. Такой трансформатор называется трансформатором с двойным номиналом и широко применяется в силовых трансформаторах. Базовый номинал — ONAN. При увеличении нагрузки включаются вентиляторы, обеспечивая более высокий номинал ONAF (например, 40/50 МВА ONAN/ONAF).

Вопрос 2: На сколько процентов ONAF увеличивает мощность по сравнению с ONAN?

Дополнительная мощность зависит от габаритов: до 15 % — для небольших трансформаторов, 25 % — для средних и от 33 до 67 % — для крупных трансформаторов (свыше 10 МВА).

Вопрос 3: Какой метод охлаждения более надёжен для масляного трансформатора?

ONAN более надёжен поскольку не содержит подвижных частей и не подвержен механическим отказам. ONAF предусматривает установку вентиляторов, требующих технического обслуживания и потенциально способных выйти из строя, хотя их замена проста.

Вопрос 4: Что дешевле — ONAN или ONAF?

ONAN имеет более низкие первоначальные и эксплуатационные затраты . ONAF имеет более высокую начальную стоимость (на 15–20 %) и дополнительные долгосрочные эксплуатационные затраты (энергопотребление вентиляторов, техническое обслуживание).

Вопрос 5: Как выбрать между ONAN и ONAF?

Учтите ваш профиль нагрузки, температура окружающей среды, ограничения по уровню шума и возможности технического обслуживания. Для стабильных базовых нагрузок в прохладном климате оптимальным решением является ONAN. Для переменных нагрузок с периодическими пиковыми значениями наибольшую гибкость обеспечивает двухрежимное исполнение ONAN/ONAF.

6. Заключение

Выбор между ONAN и ONAF — это не просто выбор кода охлаждения, а оптимизация производительности, надёжности и совокупной стоимости владения трансформатором в конкретных условиях эксплуатации. Независимо от того, требуется ли вам бесшумная, не требующая обслуживания простота ONAN для жилых объектов или гибкая способность к работе при пиковых нагрузках в двухрежимном исполнении ONAN/ONAF, наличие компетентного инженерного партнёра является обязательным условием.

Для проектов, требующих надёжных маслонаполненных трансформаторов, компания Jiangsu Unita Electric Equipment Co., Ltd. (JSZONMA) предлагает решения в области трансформаторов, разработанные с учётом конкретных уровней напряжения, требуемых мощностей, условий эксплуатации и потребностей в охлаждении.

Почему стоит сотрудничать с JSZONMA?

• Комплексные производственные возможности: площадь завода превышает 46 600 м², а собственные производственные мощности позволяют изготавливать как трансформаторы, так и коммутационное оборудование; JSZONMA обеспечивает полный цикл решений для трансформаторов — от проектирования и производства до испытаний и поставки.
• Контроль качества и сертификация: продукция JSZONMA соответствует международным и отраслевым требованиям к качеству и имеет сертификаты CCC, ISO9001 и ISO14001. Трансформаторная продукция также прошла типовые испытания, сертифицированные Государственной сетевой корпорацией Китая.
• Техническая поддержка и научно-исследовательские работы: JSZONMA сотрудничает с университетами и научно-исследовательскими институтами, включая Китайский университет нефти и Китайский университет горного дела и технологий, для повышения качества проектирования трансформаторов, их эффективности и эксплуатационных характеристик.
• Опыт в различных областях электроснабжения: JSZONMA поставляет трансформаторное оборудование для самых разных энергетических проектов, в том числе для объектов коммунальных служб, промышленных предприятий и систем возобновляемой энергетики.
• Индивидуальные решения для разных проектов: Благодаря опыту в проектировании повышающих подстанций для фотоэлектрических станций и разработке специализированных трансформаторов JSZONMA способна предложить продукцию, адаптированную под различные условия нагрузки, монтажа и технические требования.

Если вы выбираете систему охлаждения маслонаполненного трансформатора или планируете новый трансформаторный проект, инженерная команда JSZONMA поможет подобрать оптимальное решение с учётом ваших требований к применению — включая мощность, метод охлаждения, условия эксплуатации и ожидаемую надёжность.