Какие методы охлаждения используются в силовых трансформаторах (ОНАН, ОНАФ, ОФАФ и т. д.)?

Надежность энергосистемы неразрывно связана с терморегулированием ее самых дорогих активов. Трехфазный масляный трансформатор во время работы подвергается огромным термическим нагрузкам, поскольку процесс преобразования напряжения неизбежно приводит к потерям энергии. Эти потери проявляются в виде тепла внутри сердечника и обмоток. Без сложных стратегий охлаждения диэлектрическая прочность изоляционного масла уменьшится, а целлюлозная изоляция станет хрупкой, что приведет к преждевременному старению или катастрофическому выходу из строя. Масляный распределительный трансформатор.

Методы охлаждения силовых трансформаторов представляют собой стандартизированные системы, предназначенные для отвода внутреннего тепла с использованием различных комбинаций естественной или принудительной циркуляции масла и воздуха; Наиболее распространенные методы включают ONAN (Oil Natural Air Natural) для стандартного распределения, ONAF (Oil Natural Air Forced) для повышенной мощности и OFAF (Oil Natural Air Forced) для передачи мощности высокой мощности в трехфазном масляном трансформаторе.

Выбор подходящего метода охлаждения — это не просто технический, но и экономический выбор, который влияет на общую стоимость владения и эксплуатационные расходы устройства. В следующих разделах мы разберем номенклатуру этих систем, изучим физику теплопередачи в трехфазном масляном трансформаторе и сравним эффективность различных конфигураций. Независимо от того, имеете ли вы дело со стандартным масляным распределительным трансформатором или высоковольтным масляным трансформатором с естественно-воздушной принудительной подачей , понимание этих классов охлаждения имеет важное значение для современной электротехники.

Оглавление

• Почему охлаждение важно в силовых трансформаторах?

• Что означает метод охлаждения ONAN в силовых трансформаторах?

• Что такое система охлаждения ONAF и когда она используется?

• Как метод охлаждения OFAF работает в силовых трансформаторах?

• Что такое охлаждение OFWF и где оно применяется?

• Как выбрать правильный метод охлаждения трансформатора?

• Взгляды отраслевых специалистов на технологии охлаждения

• Заключение

• Часто задаваемые вопросы

1. Почему охлаждение важно в силовых трансформаторах?

Охлаждение имеет жизненно важное значение для трехфазного масляного трансформатора, поскольку оно предотвращает ухудшение внутренней изоляции и гарантирует, что устройство сможет выдерживать номинальную нагрузку без превышения безопасных тепловых пределов.

Основной причиной охлаждения любого трехфазного масляного трансформатора является защита твердой изоляции. В масляном распределительном трансформаторе медные обмотки обернуты бумагой и погружены в минеральное масло. Поскольку тепло выделяется за счет потерь $I^2R$ и гистерезиса, температура повышается. При повышении температуры на 8–10°C выше номинальной срок службы изоляции трехфазного масляного трансформатора сокращается вдвое. Эффективное охлаждение гарантирует, что температура «горячей точки» останется в пределах управляемого уровня.

Кроме того, охлаждение влияет на физическую плотность и химическую стабильность изоляционного масла. В трехфазном масляном трансформаторе масло действует как охлаждающая жидкость и диэлектрический барьер. Если масло перегреется, оно может подвергнуться окислению, образуя осадок и кислоты, которые еще больше повреждают обмотки двигателя. Масляный распределительный трансформатор . Поддерживая постоянную температуру, система охлаждения сохраняет способность масла предотвращать возникновение электрических дуг и внутренних коротких замыканий.

С точки зрения мощности метод охлаждения определяет максимальную мощность, которую трехфазный масляный трансформатор . может безопасно выдать Например, модернизация масляного распределительного трансформатора внешними вентиляторами для создания масляного трансформатора с воздушной принудительной подачей позволяет ему выдерживать более высокую нагрузку, чем его базовая номинальная мощность. Такая гибкость имеет решающее значение для коммунальных компаний, управляющих меняющимся спросом в сети, позволяя им извлекать больше пользы из одной установки трехфазного масляного трансформатора .

2. Что означает метод охлаждения ОНАН в силовых трансформаторах?

ONAN означает Oil Natural Air Natural, метод охлаждения, при котором как внутреннее масло, так и внешний воздух циркулируют посредством естественной конвекции для рассеивания тепла от трехфазного масляного трансформатора.

В с рейтингом ONAN трехфазном масляном трансформаторе этот процесс полностью пассивен. По мере нагрева обмоток окружающее масло становится менее плотным и поднимается к верху бака. Затем оно попадает в ряды радиаторов, где отдает тепло окружающему воздуху. По мере охлаждения масло становится плотнее и опускается обратно на дно бака масляного распределительного трансформатора . Этот цикл, известный как эффект термосифона, не требует насосов или внешнего источника питания, что делает его наиболее надежным методом для трехфазного масляного трансформатора..

Часть аббревиатуры «Air Natural» относится к способу отвода тепла от радиаторов. Окружающий воздух естественным образом проходит через ребра радиатора, поскольку нагревается от металлической поверхности. Это делает ONAN масляный распределительный трансформатор очень тихим и практически не требующим обслуживания, поскольку в нем нет движущихся частей, таких как вентиляторы или насосы, которые могли бы выйти из строя. Это стандартная конфигурация охлаждения для большинства трехфазных масляных трансформаторов, используемых в жилых домах и легкой промышленности.

Однако, поскольку охлаждение основано на естественном движении, радиаторы трехфазного масляного трансформатора ONAN должны быть относительно большими, чтобы обеспечить достаточную площадь поверхности. Это увеличивает габариты масляного распределительного трансформатора . Несмотря на большую занимаемую площадь, простота ONAN делает его предпочтительным выбором для масляного распределительного трансформатора мощностью менее 30 МВА, где надежность и низкий уровень шума имеют приоритет над удельной мощностью.

3. Что такое система охлаждения ONAF и когда она используется?

В системе ONAF или масляного естественного воздушного принудительного трансформатора используются внешние электрические вентиляторы для продувки воздуха через радиаторы, что значительно увеличивает скорость рассеивания тепла трехфазного масляного трансформатора по сравнению с естественной конвекцией.

Воздушно -масляный трансформатор работает по тому же внутреннему принципу, что и блок ONAN — масло по-прежнему циркулирует естественным образом за счет эффекта термосифона. Однако добавление вентиляторов на рядах радиаторов меняет динамику внешнего охлаждения. Нагнетая воздух через ребра, масляный природный воздушный трансформатор может отводить тепло намного быстрее, позволяя трехфазному масляному трансформатору выдерживать повышенную нагрузку - часто до 133% от его базовой мощности ONAN.

Этот метод обычно используется, когда трехфазному масляному трансформатору необходимо выдерживать пиковые нагрузки, превышающие его нормальную мощность. Вентиляторы обычно управляются датчиками температуры; они срабатывают только тогда, когда температура масла в масляном распределительном трансформаторе достигает определенного заданного значения. Это гарантирует, что масляно-воздушный трансформатор остается энергоэффективным, используя вспомогательное питание только в случае крайней необходимости для защиты внутренних компонентов трехфазного масляного трансформатора..

На современных подстанциях масляно-воздушный трансформатор является популярным выбором, поскольку он имеет «двойную мощность» (например, 20/26 МВА). Это означает, что трехфазный масляный трансформатор может работать при мощности 20 МВА в условиях ONAN и 26 МВА в условиях ONAF. Эта универсальность делает масляный природный воздушный трансформатор идеальным для растущих городских территорий, где спрос на электроэнергию может резко возрасти в летние месяцы, что требует от масляного распределительного трансформатора более интенсивной работы без перегрева.

4. Как работает метод охлаждения OFAF в силовых трансформаторах?

OFAF означает Oil Forced Air Forced, систему, в которой масло и воздух перемещаются механически с помощью насосов и вентиляторов для достижения максимальной эффективности охлаждения в трехфазном масляном трансформаторе высокой мощности.

Метод OFAF предназначен для очень больших трехфазных масляных трансформаторов , где естественная конвекция недостаточна для удаления огромного количества выделяемого тепла. В этой установке масляный насос интегрирован в контур охлаждения масляного распределительного трансформатора . Насос прогоняет горячее масло через радиаторы с высокой скоростью, в то время как вентиляторы одновременно нагнетают воздух над поверхностями радиатора. Такой двойной подход позволяет создать очень компактную конструкцию трехфазного масляного трансформатора относительно его выходной мощности.

Заставляя масло двигаться, система OFAF устраняет медленный период «прогрева», необходимый для запуска термосифона в стандартном масляном распределительном трансформаторе . Передача тепла от обмоток к маслу происходит гораздо более равномерно, что снижает риск образования внутренних горячих точек внутри трехфазного масляного трансформатора . Однако, поскольку в нем используются насосы, этот метод охлаждения требует более частого технического обслуживания и надежного вспомогательного источника питания для поддержания работоспособности масляного распределительного трансформатора .

Несмотря на высокую эффективность, метод OFAF редко используется для стандартных масляных распределительных трансформаторов . Обычно это наблюдается в повышающих трансформаторах генераторов или крупных передающих подстанциях. Для большинства нужд распределения масляный трансформатор с воздушным нагнетанием обеспечивает лучший баланс сложности и производительности. OFAF Трехфазный масляный трансформатор — это «мощный» спортсмен в мире трансформаторов, предназначенный для постоянного отвода высокоинтенсивного тепла.

5. Что такое охлаждение OFWF и где оно применяется?

OFWF или масляно-водяное принудительное охлаждение использует теплообменник, в котором масло прокачивается через камеру, охлаждаемую циркулирующей водой, что обеспечивает наиболее эффективную теплопередачу для трехфазного масляного трансформатора в условиях ограниченного пространства или высоких температур.

Вода является гораздо более эффективным теплоносителем, чем воздух. В OFWF трехфазном масляном трансформаторе масло прокачивается через теплообменник, где оно вступает в тесный контакт с трубами, по которым подается холодная вода. Это позволяет отводить огромное количество тепла от масляного распределительного трансформатора в очень небольшом физическом пространстве. Он значительно компактнее, чем даже масляно-воздушный трансформатор , что делает его идеальным для подземных подстанций или гидроэлектростанций.

Применение OFWF в трехфазном масляном трансформаторе является специализированным. Поскольку вода и электричество представляют собой опасную комбинацию, теплообменник должен быть сконструирован с трубками с двойными стенками, чтобы предотвратить любую утечку воды в бак масляного распределительного трансформатора . Несмотря на эти сложности, система OFWF позволяет трехфазному масляному трансформатору работать в местах, где температура окружающего воздуха слишком высока для эффективного воздушного охлаждения или где нет места для больших блоков радиаторов.

Одним из недостатков этого метода для трехфазного масляного трансформатора является необходимость непрерывной подачи воды и системы очистки воды для предотвращения образования накипи в трубах. В отличие от масляного естественно-воздушного трансформатора , который использует «свободный» воздух вокруг себя, масляный распределительный трансформатор OFWF имеет более высокие эксплуатационные расходы. Однако для конкретных промышленных объектов и объектов электроэнергетики это единственный реальный способ поддерживать мощные трехфазные масляные трансформаторы в безопасных пределах температуры.

6. Как выбрать правильный метод охлаждения трансформатора?

Выбор правильного метода охлаждения включает в себя баланс номинальной мощности, ожидаемого профиля нагрузки, условий окружающей среды и доступного бюджета на техническое обслуживание трехфазного масляного трансформатора.

Выбирая между ОНАН и масляно-воздушным трансформатором , инженеры в первую очередь смотрят на мощность. Для небольшого масляного распределительного трансформатора (например, от 500 до 2500 кВА) ONAN почти всегда является лучшим выбором из-за его простоты. По мере того, как мощность трехфазного масляного трансформатора увеличивается до 10 или 20 МВА, размер радиаторов, необходимых для ONAN, становится непомерно высоким, что делает конфигурацию масляного естественного воздушного трансформатора гораздо более привлекательной.

Сравнение характеристик способов охлаждения

Метод охлаждения	Номинальная мощность	Уровень обслуживания	Уровень шума	Идеальная среда
ОНАН	От малого до среднего	Очень низкий	Тихий	Жилой/Стандартный
ОНАФ	От среднего до большого	Низкий/Средний	Умеренный	Городская/переменная нагрузка
ОФАФ	Очень большой	Высокий	Высокий	Передающие подстанции
ОФВФ	Чрезвычайно большой	Очень высокий	Низкий	Гидро/Метро

Факторы окружающей среды также играют огромную роль. В пыльных или соленых прибрежных районах вентиляторам масляного трансформатора с естественным воздушным охлаждением может потребоваться частая очистка, чтобы предотвратить засорение радиаторов. В таких случаях ONAN немного большего размера трехфазный масляный трансформатор может оказаться более рентабельным в течение 30-летнего срока службы. И наоборот, в ограниченном помещении высокая эффективность масляного распределительного трансформатора с принудительным охлаждением необходима для предотвращения накопления тепла в помещении.

Наконец, профиль нагрузки определяет, нужен ли вам масляно-воздушный трансформатор . Если трехфазный масляный трансформатор будет работать при постоянной нагрузке 70% круглый год, ONAN будет достаточно. Но если агрегату приходится выдерживать 120% нагрузки во время жары или промышленных смен, вентиляторы ONAF обеспечивают необходимый запас прочности. Выбор правильного охлаждения для масляного распределительного трансформатора — это, по сути, задача по оптимизации «теплового запаса» трехфазного масляного трансформатора..

7. Взгляды отраслевых специалистов на технологии охлаждения.

Понимание того, как различные лидеры рынка относятся к охлаждению трехфазного масляного трансформатора, дает более четкое представление о мировых тенденциях и передовом опыте.

• Трансформаторная платформа Тайшань: Они подчеркивают, что переход от ONAN к ONAF является одним из наиболее экономически эффективных способов увеличения мощности подстанции. Их точка зрения заключается в том, что для трехфазного масляного трансформатора сторона уравнения «A» (воздух) часто является узким местом. Сосредоточив внимание на конструкциях высокоэффективных вентиляторов, они утверждают, что масляный воздушный трансформатор можно сделать гораздо более компактным, чем традиционные конструкции. Они также подчеркивают, что для масляного распределительного трансформатора выбор охлаждающего минерального масла так же важен, как и выбор механических вентиляторов.

• Энергетическая платформа Giga: этот источник уделяет большое внимание вопросам технического обслуживания и надежности трехфазного масляного трансформатора . Они отмечают, что, хотя системы OFAF и OFWF технически превосходят систему отвода тепла, система ONAN остается «золотым стандартом» для сельских и отдаленных объектов распределительных масляных трансформаторов . По их мнению, масляный воздушный трансформатор представляет собой идеальную золотую середину для большинства коммунальных предприятий при условии, что системы управления вентиляторами надежны и защищены от атмосферных воздействий.

8. Заключение

Управление температурным режимом — тихий страж электросети. Каждый трехфазный масляный трансформатор зависит от своей системы охлаждения, чтобы выдержать суровые условия электрического сопротивления и магнитного трения. От бесшумной надежности масляного распределительного трансформатора ONAN до высокопроизводительных возможностей масляного естественно-воздушного трансформатора — эти методы охлаждения позволяют нашей электрической инфраструктуре масштабироваться и адаптироваться к современным требованиям.

По мере того, как мы движемся к более цифровому и энергоемкому будущему, эффективность трехфазного масляного трансформатора станет еще более важной. Инновации в области биоразлагаемых масел и интеллектуального управления вентиляторами делают масляный воздушный трансформатор более экологичным и интеллектуальным. Тщательно подбирая метод охлаждения в соответствии с конкретными потребностями установки, инженеры могут гарантировать, что каждый масляный распределительный трансформатор будет обеспечивать безопасное и надежное питание на десятилетия вперед.

Подводя итог, можно сказать, что выбор между ONAN, ONAF и OFAF — это решение, которое балансирует физическое пространство, первоначальную стоимость и долгосрочную надежность. Для большинства нужд распределения трехфазный масляный трансформатор с охлаждением ONAN или ONAF остается наиболее эффективным решением, обеспечивающим долговечность, необходимую для поддержания света в наших сообществах.

9. Часто задаваемые вопросы

В чем разница между ОНАН и ОНАФ?

В трехфазном масляном трансформаторе ONAN полагается на естественное движение воздуха, а ONAF использует вентиляторы для подачи воздуха через радиаторы. Это позволяет воздушно-масляному трансформатору выдерживать более высокую нагрузку, чем блоку ONAN того же размера.

Могу ли я модернизировать существующий трансформатор ONAN до ONAF?

Часто да. Многие масляные распределительные трансформаторы имеют кронштейны радиатора, на которых можно разместить вентиляторы. Добавление вентиляторов превращает его в масляно-воздушный трансформатор, эффективно увеличивая его номинальную мощность.

Является ли масляное охлаждение лучше, чем охлаждение сухого типа?

Для высоковольтных и наружных применений трехфазный масляный трансформатор обычно лучше подходит, поскольку масло является гораздо лучшим охлаждающим агентом и изолятором, чем воздух. Однако трансформаторы сухого типа предпочтительнее использовать в помещениях, где пожарная безопасность имеет первостепенное значение.

Как часто следует обслуживать вентиляторы охлаждения трансформатора?

Вентиляторы масляного воздушного трансформатора следует проверять не реже одного раза в год на предмет износа подшипников и скопления пыли. Это гарантирует, что трехфазный масляный трансформатор остается защищенным в периоды пиковой нагрузки.