Принудителни охладители за масло и вода за трансформатори

 Принудителни-маслени охладители (FOC)

(I) Принцип на работа

Маслените-охладители с принудителна циркулация се основават на основната логика на „принудителна циркулация + въздушно охлаждане“, прекъсвайки зависимостта на охлаждането с естествена циркулация на маслото от температурната разлика. Чрез активно задвижване на масления поток за ускоряване на циркулацията, те значително подобряват ефективността на разсейване на топлината. Съгласно стандарт 60076-2:2011 на Международната електротехническа комисия (IEC), неговият метод на охлаждане е кодиран като OFAF (Oil Forced-Air Forced), което означава вътрешна принудителна циркулация на маслото и външна принудителна циркулация на въздуха. По време на работа специална потопяема помпа извлича горещо масло от горния слой на резервоара, създава го под налягане и го изпраща към снопа от тръби за разсейване на топлината на тялото на охладителя. Едновременно с това охлаждащият вентилатор се включва, принуждавайки въздуха да тече бързо по повърхността на тръбите за разсейване на топлината. Чрез топлопроводимост и конвекция, топлината в горещото масло бързо се прехвърля във въздуха. Охладеното трансформаторно масло има по-ниска температура и повишена плътност, тече обратно към дъното на резервоара на трансформатора през долната свързваща тръба за повторно охлаждане на сърцевината и намотките, образувайки пълна верига за разсейване на топлината с принудителна циркулация на маслото, която непрекъснато премахва топлината, генерирана по време на работа на оборудването.

(2) Структурен състав

Принудителният маслен охладител се състои главно от корпус на охладителя, потопяема помпа, охлаждащ вентилатор, маслена тръбопроводна система, електрическа контролна кутия и спомагателни защитни компоненти. Тялото на охладителя обикновено приема тръбна-структура с ребра, като тръбите за разсейване на топлината са изработени от устойчиви на корозия-медни или алуминиеви тръби с висока-топло-проводимост, с външни ребра, за да се увеличи площта на разсейване на топлината. Потопяемата помпа, като източник на енергия за циркулация на маслото, се отличава с висока ефективност, нисък шум и устойчивост на корозия на маслото, осигурявайки стабилна циркулация на маслото. Охлаждащият вентилатор е предимно вентилатор с аксиален поток, управляван от температурен сензор, стартиращ само когато температурата на маслото достигне зададената стойност, постигайки енергоспестяваща-работа. Електрическата контролна кутия е отговорна за цялостния контрол на пускането и спирането на маслената помпа и вентилатора, а също така интегрира функции за наблюдение на температурата и потока на маслото. Компонентите за спомагателна защита включват индикатори за потока на маслото и сигнализатори за диференциално налягане, които могат да издават алармени сигнали в случай на повреда в циркулацията на маслото или необичайни разлики в налягането на масло-водата, като гарантират безопасността на оборудването.

(3) Основни характеристики и сценарии за приложение
Основното предимство на принудителните маслени охладители е тяхната висока ефективност на разсейване на топлината. В сравнение с методите за маслено въздушно охлаждане (ONAF), тяхната ефективност на разсейване на топлината може да се увеличи с повече от 30%, което може да отговори на нуждите от разсейване на топлина на големи трансформатори при работа с високо натоварване; Структурата е сравнително компактна и може да се монтира директно върху тялото на трансформатора, с малък отпечатък и умерено натоварване при поддръжка; Силна адаптивност, може да регулира капацитета на разсейване на топлината чрез увеличаване или намаляване на броя на работещите охладители според промените в натоварването на трансформатора и постигане на съвпадение между натоварването и разсейването на топлината.

Сценариите му за приложение се фокусират главно върху големи трансформатори за високо-напрежение, особено силови трансформатори с нива на напрежение от 220kV и повече и капацитет от 120MVA или повече, които се използват широко в подстанции, електроцентрали, промишлени предприятия и други сценарии. В специални сценарии, като например гъвкави преобразувателни станции с прав-към-заден канал, ниско{6}}принудителни маслени охладители също се използват за намаляване на работния шум, комбинирани с ниско{7}}шумни потопяеми помпи, за минимизиране на въздействието от работата на оборудването върху околната среда.

Принудителни водни охладители (FWC) за трансформатори
(1) Принцип на работа

Принудителният воден охладител използва двоен режим на принудително охлаждане на "принудителна циркулация на масло + водно охлаждане", а неговият стандартен метод на охлаждане е кодиран като OFWF (Oil Forced Water Forced), което означава вътрешна принудителна циркулация на масло и външна принудителна циркулация на вода. Основната логика е да се използва високият специфичен топлинен капацитет и топлопроводимостта на водата в сравнение с въздуха и да се постигне ефективно разсейване на топлината чрез топлообмен на масло-вода. По време на работа потопяемата маслена помпа извлича горещото масло от резервоара за трансформаторно масло и го изпраща към топлообменника за масло-вода (тяло на охладителя). В същото време помпата за циркулационна вода изпомпва охлаждаща вода (предимно промишлена циркулационна вода или речна вода) в другия канал на топлообменника. Горещото масло и охлаждащата вода протичат в противоположни посоки вътре в топлообменника и чрез топлопроводимост топлината в горещото масло бързо се прехвърля към охлаждащата вода; Охладеното трансформаторно масло се връща обратно към масления резервоар, за да продължи да участва в цикъла на охлаждане, докато охлаждащата вода, която абсорбира топлина, се изхвърля от охладителя. След последващо охлаждане, той може да бъде рециклиран или директно изхвърлен, образувайки двойна охлаждаща верига на "циркулация на масло + циркулация на вода".

Струва си да се отбележи, че по време на работа е необходимо да се гарантира, че налягането на маслото е по-високо от налягането на водата. Ако топлообменната тръба се спука и водата навлезе в трансформаторното масло, това ще причини повреда на изолацията и ще предизвика катастрофални аварии. Следователно, тази система има изключително високи изисквания за ефективност на уплътняване.

(2) Структурен състав Структурата на принудителния воден охладител е по-сложна от тази на принудителния охладител на маслото, като се състои главно от тялото на охладителя, потопяема маслена помпа, циркулационна водна помпа, тръбопроводна система за масло-вода, електрическа контролна кутия и предпазни устройства за безопасност. Тялото на охладителя (масло-воден топлообменник) се състои от една маслена камера и две водни камери. Маслената камера е пълна с плътно опаковани охлаждащи тръби, през които тече охлаждаща вода. Външната маслена камера е разделена на няколко канала чрез прегради, които гарантират, че горещото масло тече криволичещо през повърхността на охлаждащите тръби, подобрявайки ефективността на топлообмена. Водната камера е разделена на горна и долна камера, като долната водна камера е допълнително разделена на две кухини, което позволява на охлаждащата вода да тече двупосочно, като допълнително подобрява разсейването на топлината. Масло{8}}водопроводната система е оборудвана с клапани, филтри и други компоненти за регулиране на дебита на масло и вода, филтриране на примеси и предотвратяване на запушване на тръбата. В допълнение към индикаторите за потока на маслото и сигналите за диференциално налягане, устройствата за защита на безопасността включват компоненти за мониторинг на нивото на водата и мониторинг на налягането на водата за наблюдение на работното състояние на системата за циркулация на водата в реално време и своевременно откриване на течове, недостиг на вода и други проблеми.

(3) Основни характеристики и сценарии за приложение

Най-голямото предимство на принудителните водни охладители е тяхната изключително висока ефективност на разсейване на топлината. За същия капацитет на охлаждане техният обем е много по-малък от принудителните маслени охладители, те са по-леки и работят с по-нисък шум (без шум от вентилатора), което улеснява инсталацията на закрито и ги прави подходящи за сценарии със строги изисквания за шум и пространство. Едновременно с това техният ефект на разсейване на топлината се влияе по-малко от температурата на околната среда, поддържайки стабилно разсейване на топлината в среда с висока-температура, което ги прави подходящи за трансформатори, работещи при високо натоварване и условия на висока температура.

Техните ограничения се крият главно във високата сложност на системата, високите изисквания за качество на охлаждащата вода и стабилност на подаването, необходимостта от редовна поддръжка на системата за циркулация на вода, попълване на охлаждаща вода, добавяне на антифриз и почистване на топлообменниците; и относително краткият живот на системите с водно{0}}охлаждане, което затруднява постигането на същия живот като на трансформатора (обикновено 40 години физически живот), увеличавайки по-късните разходи за поддръжка и честотата на смяна на оборудването.

Сценариите за приложение са концентрирани главно в райони с изобилие от водни ресурси и лесен дренаж, като главни трансформатори в сгради на водноелектрически централи; и на места с ограничено пространство и строги изисквания за шум, като подземни подстанции, подстанции в градските центрове и центрове за данни. Те могат да се използват и за охлаждане на трансформатори с ултра{1}}голям капацитет, за да отговорят на нуждите от разсейване на топлината при екстремни натоварвания.

Като основно охлаждащо оборудване на трансформатори, охладителите за принудително масло и охладителите за вода, с техните уникални структури и производителност, са адаптирани към различни сценарии на приложение и заедно осигуряват гаранции за безопасна и стабилна работа на трансформаторите. Принудителните маслени охладители са се превърнали в основен избор за охлаждане за големи трансформатори поради тяхната проста структура, удобна поддръжка и силна адаптивност; Принудителните водни охладители играят незаменима роля в специални сценарии поради тяхната висока ефективност при разсейване на топлината, нисък шум и компактност.

С непрекъснатото развитие на енергийната система охладителната технология ще продължи да се оптимизира, а интелигентността, ефективността и пестенето на енергия ще се превърнат в основна посока на развитие в бъдеще. В практическите приложения е необходимо научно да се избере и стандартизира поддръжката въз основа на фактори като работните изисквания и инсталационната среда на трансформаторите, да се използва напълно ефективността на разсейване на топлината на охладителните системи, да се удължи експлоатационният живот на трансформаторите, да се осигури безопасна, ефективна и стабилна работа на енергийните системи и да се осигури солидна подкрепа за пренос и доставка на енергия.