Обзор методов охлаждения трансформаторов

1. Естественное масляное охлаждение (ONAN)

Принцип работы естественного масляного охлаждения заключается в использовании естественной конвекции масла для передачи теплоты, выделяемой трансформатором, к поверхности бака и к зоне расположения охлаждающих трубок. Далее теплота рассеивается за счет конвекции воздуха и теплопроводности воздуха. Данная система охлаждения не требует специально подготовленного охлаждающего оборудования.

Изделия до 31,500 kVA и напряжением 35 kV и ниже

Изделия до 50,000 kVA и 110 kV

2. Масляное охлаждение с принудительным обдувом воздухом (ONAF)

Принцип работы масляного охлаждения с принудительным обдувом воздухом основан на принципах естественного масляного охлаждения. Помимо базовых принципов, на поверхности бака или на охлаждающих трубках устанавливаются вентиляторы. Обдувая воздухом, эти вентиляторы интенсифицируют процесс охлаждения и позволяют повысить мощность трансформатора и его нагрузочную способность почти на 35%. В процессе работы в трансформаторе возникают потери — потери в стали, потери в меди и другие виды потерь, которые существуют внутри трансформатора в виде теплоты. Процесс охлаждения масляного трансформатора происходит следующим образом: сначала за счет теплопроводности теплота, выделяемая внутри магнитопровода и обмоток, передается к их поверхности, а затем маслу. Далее за счет естественной конвекции масла выделяемая теплота непрерывно передается к внутренним стенкам бака и масляным трубкам радиатора. Затем за счет теплопроводности теплота передается к наружной поверхности бака и радиатора. Наконец, за счет конвекции воздуха и теплового излучения теплота передается окружающему воздуху.

Изделия от 35 kV до 110 kV; от 12,500 kVA до 63,000 kVA

Изделия 110kV, ниже 75000kVA

Изделия 220kV, ниже 40000kVA

3. Масляное охлаждение с принудительной циркуляцией масла и принудительным обдувом воздухом (OFAF)

Изделия от 50,000 до 90,000 kVA и 220 kV

4. Масляно-водяное охлаждение с принудительной циркуляцией масла (OFWF)

Применяется, как правило, на гидроэлектростанциях для повышающих трансформаторов напряжением 220 kV и выше и изделий мощностью 60 MVA и выше.

Принцип работы охлаждения с принудительной циркуляцией масла и охлаждения с принудительной циркуляцией масла и водой одинаков. Если основной трансформатор использует метод охлаждения с принудительной циркуляцией масла, его работа основана на циркуляции масла внутри трансформатора. Для циркуляции масла в системе охлаждения используются масляные насосы. Масляный охладитель специально спроектирован для эффективного рассеивания теплоты, а электрические вентиляторы способствуют охлаждению среды. За счет трехкратного увеличения скорости циркуляции масла данный метод позволяет повысить мощность трансформатора примерно на 30%. Процесс охлаждения трансформаторов с принудительной циркуляцией масла заключается в подаче масла погружным масляным насосом в маслопроводы между магнитопроводом или обмотками. Масло, движущееся с определенной скоростью, уносит выделяющуюся теплоту, при этом нагретое масло из верхней части трансформатора отбирается погружным масляным насосом. После охлаждения в охладителе масло возвращается в нижнюю часть бака трансформатора, обеспечивая охлаждение с принудительной циркуляцией масла.

5. Масляное охлаждение с направленной принудительной циркуляцией масла и принудительным обдувом воздухом (ODAF)

Изделия мощностью 75,000 kVA и выше, 110 kV

Изделия мощностью 120,000 kVA и выше, 220 kV

Изделия классов напряжений 330 kV и 500 kV

6. Масляно-водяное охлаждение с направленной принудительной циркуляцией масла (ODWF)

Изделия мощностью 75,000 kVA и выше, 110 kV

Изделия мощностью 120,000 kVA и выше, 220 kV

Изделия классов напряжений 330 kV и 500 kV

Компоненты охладителя трансформатора с принудительной циркуляцией масла и принудительным обдувом воздухом

Традиционные силовые трансформаторы оснащаются вентиляторами с ручным управлением. Каждый трансформатор обычно имеет шесть комплектов двигателей воздушного охлаждения, требующих управления. Работа этих вентиляторов зависит от применения тепловых реле. Цепь питания вентиляторов управляется через контакторы. Вентиляторы работают на основании измерений температуры масла внутри трансформатора и условий нагрузки, а режим их работы определяется посредством логических суждений. Такие традиционные системы управления в значительной степени зависят от ручного вмешательства. Однако существенным недостатком является то, что все вентиляторы запускаются и останавливаются одновременно, что приводит к высоким пусковым токам при включении и может вызвать повреждение компонентов цепи. Кроме того, когда температура находится в диапазоне от 45 до 55 градусов Цельсия, обычной практикой является работа всех вентиляторов на полной мощности, что приводит к значительному расходу энергии и создает трудности при обслуживании. Традиционные системы управления охлаждением в основном используют такие компоненты, как реле, тепловые реле и различные контактные логические цепи. Логика управления сложна, и на практике частое замыкание и размыкание контакторов может приводить к их подгоранию. Более того, такие вентиляторы зачастую не имеют необходимых видов защиты, таких как защита от перегрузки, обрыва фазы и понижения напряжения, что снижает эксплуатационную надежность и увеличивает затраты.

Назначение бака трансформатора и системы охлаждения

Бак трансформатора служит его внешним корпусом, вмещающим магнитопровод, обмотки и трансформаторное масло. Кроме того, он обеспечивает частичное рассеивание теплоты.

Система охлаждения трансформатора работает за счет создания циркуляции масла при наличии разности температур между верхними и нижними слоями масла в трансформаторе. Эта циркуляция перемещает масло через теплообменник, благодаря чему горячее масло из верхней части опускается вниз. Данный процесс эффективно снижает температуру трансформаторного масла. Для повышения эффективности охлаждения могут применяться воздушное охлаждение, охлаждение с принудительной циркуляцией масла и обдувом воздухом либо охлаждение с принудительной циркуляцией масла и водой.