Wymuszone chłodnice oleju i wymuszone wody do transformatorów

 Wymuszone-chłodnice oleju (FOC)

(I) Zasada działania

Wymuszone-chłodnice oleju opierają się na podstawowej logice „wymuszonego obiegu + chłodzenia powietrzem”, co przełamuje zależność naturalnego chłodzenia z obiegiem oleju od różnicy temperatur. Aktywnie napędzając przepływ oleju w celu przyspieszenia cyrkulacji, znacznie poprawiają efektywność odprowadzania ciepła. Zgodnie z normą Międzynarodowej Komisji Elektrotechnicznej (IEC) 60076-2:2011 metoda chłodzenia jest oznaczona kodem OFAF (wymuszone olejem-wymuszone powietrzem), co oznacza wewnętrzny wymuszony obieg oleju i zewnętrzny wymuszony obieg powietrza. Podczas pracy specjalna pompa głębinowa pobiera gorący olej z górnej warstwy zbiornika, spręża go i przesyła do wiązki rur odprowadzających ciepło korpusu chłodnicy. Jednocześnie włącza się wentylator chłodzący, wymuszając szybki przepływ powietrza po powierzchni rurek odprowadzających ciepło. Poprzez przewodzenie ciepła i konwekcję ciepło zawarte w gorącym oleju jest szybko przekazywane do powietrza. Ochłodzony olej transformatorowy ma niższą temperaturę i większą gęstość i przepływa z powrotem na dno kadzi transformatora przez dolną rurę łączącą w celu ponownego schłodzenia rdzenia i uzwojeń, tworząc pełną pętlę rozpraszania ciepła z wymuszonym obiegiem oleju, która w sposób ciągły usuwa ciepło wytwarzane podczas pracy urządzenia.

(2) Skład strukturalny

Wymuszona chłodnica oleju składa się głównie z korpusu chłodnicy, pompy głębinowej, wentylatora chłodzącego, układu rurociągów olejowych, elektrycznej skrzynki sterującej i pomocniczych elementów zabezpieczających. W korpusie chłodnicy zazwyczaj zastosowano konstrukcję-rurową z rurkami odprowadzającymi ciepło wykonanymi z odpornych na korozję-rur miedzianych lub aluminiowych o wysokiej-przewodności cieplnej-, użebrowanych na zewnątrz w celu zwiększenia obszaru rozpraszania ciepła. Pompa głębinowa, jako źródło zasilania obiegu oleju, charakteryzuje się dużą wydajnością, niskim poziomem hałasu oraz odpornością na korozję olejową, zapewniając stabilną cyrkulację oleju. Wentylator chłodzący to przeważnie wentylator osiowy, sterowany czujnikiem temperatury, uruchamiający się dopiero, gdy temperatura oleju osiągnie ustawioną wartość, co zapewnia-oszczędność energii. Elektryczna skrzynka sterownicza odpowiada za ogólną kontrolę uruchamiania i zatrzymywania pompy olejowej oraz wentylatora, a także integruje funkcje monitorowania temperatury i przepływu oleju. Do pomocniczych elementów zabezpieczających zaliczają się wskaźniki przepływu oleju i sygnalizatory różnicy ciśnień, które mogą wysyłać sygnały alarmowe w przypadku awarii cyrkulacji oleju lub nieprawidłowych-różnic ciśnienia wody w oleju, zapewniając bezpieczeństwo sprzętu.

(3) Podstawowe funkcje i scenariusze zastosowań
Podstawową zaletą wymuszonych chłodnic oleju jest ich wysoka wydajność rozpraszania ciepła. W porównaniu z metodami chłodzenia powietrzem zanurzonym w oleju (ONAF), ich efektywność rozpraszania ciepła można zwiększyć o ponad 30%, co może zaspokoić potrzeby w zakresie rozpraszania ciepła przez duże transformatory przy pracy pod dużym obciążeniem; Konstrukcja jest stosunkowo zwarta i można ją zamontować bezpośrednio na korpusie transformatora, zajmuje niewiele miejsca i wymaga umiarkowanego nakładu pracy konserwacyjnej; Silna zdolność adaptacji, może regulować wydajność rozpraszania ciepła, zwiększając lub zmniejszając liczbę działających chłodnic w zależności od zmian obciążenia transformatora i osiągając dopasowanie między obciążeniem a rozpraszaniem ciepła.

Scenariusze jego zastosowania skupiają się głównie na dużych transformatorach-wysokiego napięcia, zwłaszcza transformatorach mocy o napięciu 220 kV i wyższym oraz mocy 120 MVA lub większej, które są szeroko stosowane w podstacjach, elektrowniach, zakładach przemysłowych i innych scenariuszach. W scenariuszach specjalnych, takich jak elastyczne stacje konwertorowe typu „back--{5}}z kanałem środkowym, stosuje się również-wymuszone chłodnice oleju o niskim poziomie hałasu w celu zmniejszenia hałasu roboczego w połączeniu z cichymi-pompami głębinowymi, aby zminimalizować wpływ działania sprzętu na otaczające środowisko.

Wymuszone chłodnice wodne (FWC) do transformatorów
(1) Zasada działania

Wymuszona chłodnica wodna wykorzystuje podwójny tryb wymuszonego chłodzenia: „wymuszony obieg oleju + chłodzenie wodą”, a jej standardowa metoda chłodzenia jest oznaczona jako OFWF (ang. Oil Forced Water Forced), co oznacza wewnętrzny wymuszony obieg oleju i zewnętrzny wymuszony obieg wody. Podstawową logiką jest wykorzystanie wysokiego ciepła właściwego i przewodności cieplnej wody w porównaniu z powietrzem oraz osiągnięcie efektywnego rozpraszania ciepła poprzez wymianę ciepła olej-woda. Podczas pracy zatapialna pompa olejowa pobiera gorący olej ze zbiornika oleju transformatorowego i przesyła go do wymiennika ciepła olej-woda (korpus chłodnicy). Jednocześnie pompa wody obiegowej tłoczy wodę chłodzącą (najczęściej obiegową wodę przemysłową lub wodę rzeczną) do drugiego kanału wymiennika ciepła. Gorący olej i woda chłodząca przepływają wewnątrz wymiennika ciepła w przeciwnych kierunkach, a poprzez przewodzenie ciepła ciepło zawarte w gorącym oleju jest szybko przekazywane do wody chłodzącej; Ochłodzony olej transformatorowy przepływa z powrotem do zbiornika oleju, aby nadal uczestniczyć w cyklu chłodzenia, podczas gdy woda chłodząca pochłaniająca ciepło jest odprowadzana z chłodnicy. Po późniejszej obróbce chłodzącej można go poddać recyklingowi lub bezpośrednio usunąć, tworząc podwójny obieg chłodzący „obieg oleju + obieg wody”.

Warto zauważyć, że podczas pracy należy zadbać o to, aby ciśnienie oleju było wyższe niż ciśnienie wody. Jeśli rura wymiany ciepła pęknie i woda dostanie się do oleju transformatorowego, spowoduje to uszkodzenie izolacji i spowoduje katastrofalne wypadki. Dlatego system ten ma niezwykle wysokie wymagania dotyczące wydajności uszczelnienia.

(2) Skład konstrukcyjny Konstrukcja wymuszonej chłodnicy wodnej jest bardziej złożona niż wymuszonej chłodnicy oleju i składa się głównie z korpusu chłodnicy, zanurzalnej pompy oleju, pompy wody obiegowej, układu przewodów olejowych-wody, elektrycznej skrzynki sterującej i urządzeń zabezpieczających. Korpus chłodnicy (wymiennik ciepła olej-woda) składa się z jednej komory olejowej i dwóch komór wodnych. Komora olejowa wypełniona jest gęsto upakowanymi rurkami chłodzącymi, przez które przepływa woda chłodząca. Zewnętrzna komora olejowa jest podzielona na kilka kanałów przegrodami, co zapewnia kręty przepływ gorącego oleju po powierzchni rur chłodzących, poprawiając efektywność wymiany ciepła. Komora wodna jest podzielona na komorę górną i dolną, przy czym dolna komora wodna jest dodatkowo podzielona na dwie wnęki, co umożliwia dwukierunkowy przepływ wody chłodzącej, co dodatkowo poprawia odprowadzanie ciepła. System rurociągów olejowych-wodnych jest wyposażony w zawory, filtry i inne elementy regulujące natężenie przepływu oleju i wody, filtrujące zanieczyszczenia oraz zapobiegające blokowaniu rur. Oprócz wskaźników przepływu oleju i sygnałów różnicy ciśnień, urządzenia zabezpieczające obejmują komponenty do monitorowania poziomu wody i monitorowania ciśnienia wody w celu monitorowania stanu pracy układu obiegu wody w czasie rzeczywistym i szybkiego wykrywania wycieków, niedoborów wody i innych problemów.

(3) Podstawowe funkcje i scenariusze zastosowań

Największą zaletą wymuszonych chłodnic wodnych jest ich wyjątkowo wysoka wydajność odprowadzania ciepła. Przy tej samej wydajności chłodniczej ich objętość jest znacznie mniejsza niż wymuszone chłodnice oleju, są lżejsze i pracują ciszej (bez hałasu wentylatora), co ułatwia montaż w pomieszczeniach i sprawia, że ​​nadają się do scenariuszy o rygorystycznych wymaganiach dotyczących hałasu i przestrzeni. Jednocześnie temperatura otoczenia w mniejszym stopniu wpływa na ich efekt rozpraszania ciepła, utrzymując stabilną wydajność rozpraszania ciepła w środowiskach o wysokiej-temperaturze, dzięki czemu nadają się do transformatorów pracujących pod dużym obciążeniem i w wysokiej temperaturze.

Ich ograniczenia polegają głównie na dużej złożoności systemu, wysokich wymaganiach dotyczących jakości wody chłodzącej i stabilności dostaw, konieczności regularnej konserwacji systemu obiegu wody, uzupełniania wody chłodzącej, dodawania środka zapobiegającego zamarzaniu i czyszczenia wymienników ciepła; oraz stosunkowo krótka żywotność systemów-chłodzonych wodą, co utrudnia osiągnięcie takiej samej żywotności jak transformator (zwykle 40 lat żywotności fizycznej), co zwiększa późniejsze koszty konserwacji i częstotliwość wymiany sprzętu.

Scenariusze zastosowań koncentrują się głównie na obszarach o dużych zasobach wody i łatwym drenażu, takich jak główne transformatory w budynkach elektrowni wodnych; oraz w miejscach o ograniczonej przestrzeni i rygorystycznych wymaganiach dotyczących hałasu, takich jak podziemne podstacje, podstacje w głównych obszarach miejskich i centra danych. Można ich także używać do chłodzenia transformatorów-o bardzo dużej pojemności, aby sprostać wymaganiom w zakresie rozpraszania ciepła przy ekstremalnych obciążeniach.

Jako podstawowe urządzenia chłodzące transformatory, wymuszone chłodnice oleju i wymuszone chłodnice wody, dzięki swoim unikalnym konstrukcjom i wydajnościom, są dostosowane do różnych scenariuszy zastosowań i wspólnie zapewniają gwarancje bezpiecznej i stabilnej pracy transformatorów. Wymuszone chłodnice oleju stały się głównym wyborem chłodzenia dużych transformatorów ze względu na ich prostą konstrukcję, wygodną konserwację i duże możliwości adaptacji; Chłodnice wodne z wymuszonym przepływem odgrywają niezastąpioną rolę w scenariuszach specjalnych ze względu na ich wysoką skuteczność odprowadzania ciepła, niski poziom hałasu i zwartość.

Dzięki ciągłemu rozwojowi systemu elektroenergetycznego technologia chłodnic będzie w dalszym ciągu optymalizowana, a inteligencja, wydajność i oszczędność energii staną się głównymi kierunkami rozwoju w przyszłości. W praktycznych zastosowaniach konieczne jest naukowe dobranie i standaryzacja konserwacji w oparciu o takie czynniki, jak wymagania operacyjne i środowisko instalacji transformatorów, pełne wykorzystanie efektywności rozpraszania ciepła w systemach chłodzenia, wydłużenie żywotności transformatorów, zapewnienie bezpiecznej, wydajnej i stabilnej pracy systemów elektroenergetycznych oraz zapewnienie solidnego wsparcia dla przesyłu i zasilania energią.