Принудительные масляные и водяные охладители для трансформаторов

 Принудительные-масляные радиаторы (FOC)

(I) Принцип работы

Принудительные-масляные радиаторы основаны на основной логике «принудительная циркуляция + воздушное охлаждение», устраняя зависимость охлаждения естественной циркуляцией масла от разницы температур. Активно направляя поток масла для ускорения циркуляции, они значительно повышают эффективность рассеивания тепла. В соответствии со стандартом Международной электротехнической комиссии (IEC) 60076-2:2011, его метод охлаждения обозначается как OFAF (Oil Forced-Air Forced), что означает внутреннюю принудительную циркуляцию масла и внешнюю принудительную циркуляцию воздуха. Во время работы специальный погружной насос извлекает горячее масло из верхнего слоя резервуара, создает в нем давление и направляет его в пучок теплоотводных трубок корпуса охладителя. Одновременно включается охлаждающий вентилятор, заставляя воздух быстро течь по поверхности трубок теплоотвода. Благодаря теплопроводности и конвекции тепло горячего масла быстро передается воздуху. Охлажденное трансформаторное масло имеет более низкую температуру и повышенную плотность, стекая обратно в нижнюю часть бака трансформатора через нижний соединительный патрубок для повторного охлаждения сердечника и обмоток, образуя полный контур отвода тепла с принудительной циркуляцией масла, непрерывно отводящий тепло, образующееся при работе оборудования.

(2) Структурный состав

Принудительный маслоохладитель в основном состоит из корпуса охладителя, погружного насоса, охлаждающего вентилятора, системы маслопроводов, электрического блока управления и вспомогательных защитных компонентов. Корпус охладителя обычно имеет трубчатую-ребристую конструкцию, при этом теплоотводные трубки изготовлены из коррозионно-{2}}стойких медных или алюминиевых трубок с высокой-теплопроводностью-, имеющих наружное оребрение для увеличения площади рассеивания тепла. Погружной насос, являющийся источником энергии для циркуляции масла, отличается высокой эффективностью, низким уровнем шума и устойчивостью к коррозии масла, обеспечивая стабильную циркуляцию масла. Охлаждающий вентилятор в основном представляет собой осевой вентилятор, управляемый датчиком температуры и включающийся только тогда, когда температура масла достигает заданного значения, что обеспечивает энергосберегающую-работа. Электрический блок управления отвечает за общий контроль запуска и остановки масляного насоса и вентилятора, а также объединяет функции контроля температуры и расхода масла. Вспомогательные компоненты защиты включают в себя индикаторы расхода масла и сигнализаторы перепада давления, которые могут подавать сигналы тревоги в случае сбоя циркуляции масла или аномальной разницы давления масла-воды, обеспечивая безопасность оборудования.

(3) Основные функции и сценарии применения
Основным преимуществом принудительных маслоохладителей является их высокая эффективность рассеивания тепла. По сравнению с методами воздушного масляного охлаждения (ONAF), их эффективность рассеивания тепла может быть увеличена более чем на 30%, что может удовлетворить потребности в рассеивании тепла больших трансформаторов при работе с высокими нагрузками; Конструкция относительно компактна и может быть установлена ​​непосредственно на корпусе трансформатора, занимает небольшую площадь и требует умеренной нагрузки на техническое обслуживание; Высокая адаптируемость позволяет регулировать мощность рассеивания тепла путем увеличения или уменьшения количества работающих охладителей в зависимости от изменений нагрузки трансформатора и достижения соответствия между нагрузкой и рассеиванием тепла.

Сценарии его применения в основном ориентированы на большие трансформаторы высокого-напряжения, особенно силовые трансформаторы с напряжением 220 кВ и выше и мощностью 120 МВА или выше, которые широко используются на подстанциях, электростанциях, промышленных предприятиях и в других сценариях. В особых сценариях, таких как гибкие прямые-обратно--преобразовательные станции среднего канала, также используются малошумные принудительные маслоохладители для снижения рабочего шума в сочетании с малошумными погружными насосами, чтобы минимизировать воздействие работы оборудования на окружающую среду.

Принудительные водяные охладители (FWC) для трансформаторов
(1) Принцип работы

Принудительный водяной охладитель использует двойной режим принудительного охлаждения: «принудительная циркуляция масла + водяное охлаждение», а его стандартный метод охлаждения имеет код OFWF (принудительная циркуляция масла и воды), что означает внутреннюю принудительную циркуляцию масла и внешнюю принудительную циркуляцию воды. Основная логика заключается в использовании более высокой удельной теплоемкости и теплопроводности воды по сравнению с воздухом и достижении эффективного рассеивания тепла за счет теплообмена масло-вода. Во время работы погружной масляный насос забирает горячее масло из бака трансформаторного масла и направляет его в масляно-водяной теплообменник (корпус охладителя). В то же время насос циркуляционной воды перекачивает охлаждающую воду (в основном промышленную оборотную воду или речную воду) в другой канал теплообменника. Горячее масло и охлаждающая вода текут в противоположных направлениях внутри теплообменника, и за счет теплопроводности тепло горячего масла быстро передается охлаждающей воде; Охлажденное трансформаторное масло возвращается в масляный бак и продолжает участвовать в цикле охлаждения, а охлаждающая вода, поглощающая тепло, выводится из охладителя. После последующей обработки охлаждением его можно перерабатывать или напрямую сбрасывать, образуя двойной контур охлаждения «циркуляция масла + циркуляция воды».

Стоит отметить, что во время работы необходимо следить за тем, чтобы давление масла было выше давления воды. Если теплообменная трубка разорвется и вода попадет в трансформаторное масло, это приведет к повреждению изоляции и спровоцирует катастрофические аварии. Поэтому к этой системе предъявляются чрезвычайно высокие требования к характеристикам уплотнения.

(2) Конструктивная конструкция Конструкция принудительного водяного охладителя более сложная, чем у принудительного маслоохладителя, и в основном состоит из корпуса охладителя, погружного масляного насоса, циркуляционного водяного насоса, системы масло-водопроводных трубопроводов, электрического блока управления и защитных устройств. Корпус охладителя (масляно-водяной теплообменник) состоит из одной масляной камеры и двух водяных камер. Масляная камера заполнена плотно расположенными охлаждающими трубками, по которым течет охлаждающая вода. Внешняя масляная камера разделена перегородками на несколько каналов, благодаря чему горячее масло извилисто течет по поверхности охлаждающих трубок, повышая эффективность теплообмена. Водяная камера разделена на верхнюю и нижнюю камеры, причем нижняя водяная камера дополнительно разделена на две полости, что позволяет охлаждающей воде течь в двух направлениях, что еще больше улучшает рассеивание тепла. Система трубопроводов для масла-воды оснащена клапанами, фильтрами и другими компонентами для регулирования расхода масла и воды, фильтрации примесей и предотвращения засорения труб. Помимо индикаторов расхода масла и сигналов перепада давления, устройства предохранительной защиты включают в себя компоненты контроля уровня воды и контроля давления воды, позволяющие контролировать рабочее состояние системы циркуляции воды в режиме реального времени и оперативно обнаруживать утечки, нехватку воды и другие проблемы.

(3) Основные функции и сценарии применения

Самым большим преимуществом водоохладителей с принудительным охлаждением является их чрезвычайно высокая эффективность рассеивания тепла. При той же охлаждающей способности их объем намного меньше, чем у принудительных масляных радиаторов, они легче и работают с меньшим шумом (отсутствие шума вентилятора), что облегчает установку внутри помещений и делает их подходящими для сценариев со строгими требованиями к шуму и пространству. В то же время на их эффект рассеивания тепла меньше влияет температура окружающей среды, что позволяет поддерживать стабильные характеристики рассеивания тепла в условиях высоких-температур, что делает их пригодными для трансформаторов, работающих в условиях высокой нагрузки и высоких температур.

Их ограничения в основном заключаются в высокой сложности системы, высоких требованиях к качеству охлаждающей воды и стабильности ее подачи, необходимости регулярного обслуживания системы циркуляции воды, пополнения охлаждающей воды, добавления антифриза и очистки теплообменников; и относительно короткий срок службы систем с водяным-охлаждением, что затрудняет достижение того же срока службы, что и трансформатор (обычно 40 лет физического срока службы), что приводит к увеличению затрат на последующее техническое обслуживание и частоте замены оборудования.

Сценарии применения в основном сконцентрированы в районах с обильными водными ресурсами и легким дренажем, например, в главных трансформаторах в зданиях гидроэлектростанций; а также в местах с ограниченным пространством и строгими требованиями к уровню шума, таких как подземные подстанции, подстанции в городских районах и центры обработки данных. Их также можно использовать для охлаждения трансформаторов сверх-большой мощности для удовлетворения потребностей в отводе тепла при экстремальных нагрузках.

Принудительные масляные и водяные охладители, используемые в качестве основного оборудования охлаждения трансформаторов, благодаря своей уникальной конструкции и характеристикам адаптируются к различным сценариям применения и в совокупности обеспечивают гарантии безопасной и стабильной работы трансформаторов. Принудительные масляные охладители стали основным выбором для охлаждения больших трансформаторов благодаря их простой конструкции, удобству обслуживания и высокой адаптируемости; Принудительные водоохладители играют незаменимую роль в особых случаях благодаря высокой эффективности отвода тепла, малому шуму и компактности.

Благодаря постоянному развитию энергосистемы технологии охлаждения будут продолжать оптимизироваться, а интеллект, эффективность и энергосбережение станут основными направлениями развития в будущем. В практических приложениях необходимо научно выбирать и стандартизировать техническое обслуживание на основе таких факторов, как эксплуатационные требования и условия установки трансформаторов, полностью использовать эффективность рассеивания тепла систем охлаждения, продлить срок службы трансформаторов, обеспечить безопасную, эффективную и стабильную работу энергосистем, а также обеспечить надежную поддержку передачи и снабжения электроэнергией.