Transformator olejowy o efektywności energetycznej wtórnej – kompleksowa analiza energooszczędnych transformatorów dystrybucyjnych serii S20

W kontekście promowania krajowej strategii „podwójnego węgla” i pełnego wdrożenia GB 20052-2020 „Granice efektywności energetycznej i poziomy efektywności energetycznej transformatorów mocy”, transformatory zanurzone w oleju zapewniające efektywność energetyczną wtórną (zwykle reprezentowane przez serię S20) stały się głównym wyborem w przypadku dystrybucji energii przemysłowej, transformacji miejskich sieci dystrybucyjnych i nowych projektów energetycznych. W porównaniu z tradycyjnym typem S11/S13 charakteryzuje się wyjątkową wydajnością w ograniczaniu strat bez obciążenia i strat obciążenia, biorąc pod uwagę korzyści w zakresie oszczędności energii i zwrot inwestycji.

I. Co to jest transformator zanurzony w oleju o efektywności energetycznej wtórnej?

Transformatory zanurzone w oleju o efektywności energetycznej wtórnej odnoszą się do trójfazowych transformatorów dystrybucyjnych zanurzonych w oleju, które są zgodne z wartościami granicznymi efektywności energetycznej wtórnej określonymi w GB 20052-2020 (oraz zaktualizowanej wersji GB 20052-2024). Popularne modele są oznaczone jako seria S20-M (w pełni uszczelniona) o mocach od 30 do 2500 kVA. Poziomy napięcia wynoszą zwykle 6/10/20 kV (strona wysokiego napięcia) i 0,4 kV (strona niskiego napięcia).

• Efektywność energetyczna pierwszego poziomu: najniższe straty (takie jak stop amorficzny S22/SH21), odpowiednia do długoterminowych scenariuszy pełnego obciążenia

• Efektywność energetyczna poziomu 2: W porównaniu z efektywnością energetyczną poziomu 3, straty w stanie jałowym są zmniejszone o około 10% do 20%, a straty pod obciążeniem o około 5% do 15% – to jest seria S20

• Efektywność energetyczna poziomu 3: minimalny próg wejścia na rynek (np. część S13), nowe projekty będą stopniowo wycofywane

Jako wysokowydajne i energooszczędne urządzenie zasilające, konstrukcja wtórnego transformatora zanurzeniowego w oleju o efektywności energetycznej została zoptymalizowana, aby spełnić wymagania nowych norm efektywności energetycznej. Ten typ transformatora składa się głównie z podstawowych elementów, takich jak rdzeń, uzwojenia i zbiorniki oleju. Każdy element uzupełnia się funkcjonalnie i wspólnie zapewnia sprawną pracę transformatora. Jako rdzeń obwodu magnetycznego transformatora rdzeń żelazny jest zwykle wykonany z laminowanych blach ze stali krzemowej o dużej przenikalności magnetycznej. Jego kształt przekroju poprzecznego ma istotny wpływ na parametry elektryczne i konstrukcyjne transformatora. Uzwojenie jest częścią obwodu transformatora. Realizuje funkcję konwersji napięcia poprzez rozsądny współczynnik zwojów. Materiał i układ drutu mają bezpośredni wpływ na straty obciążenia i impedancję zwarciową transformatora. Zbiornik oleju nie tylko zapewnia mechaniczne wsparcie transformatora, ale także zapewnia odprowadzanie ciepła i funkcje izolacyjne poprzez krążący przepływ wewnętrznego oleju izolacyjnego, zapewniając w ten sposób stabilność i niezawodność transformatora w długotrwałej pracy.

II. Zasada działania

Zasada działania dwustopniowego, energooszczędnego transformatora zanurzonego w oleju opiera się na prawie indukcji elektromagnetycznej, a konwersja pomiędzy napięciem wejściowym a napięciem wyjściowym odbywa się poprzez działanie zmiennego pola magnetycznego. Kiedy uzwojenie pierwotne jest podłączone do źródła prądu przemiennego, prąd przemienny wytwarzany w uzwojeniu wzbudzi przemienny strumień magnetyczny w rdzeniu, indukując w ten sposób indukowaną siłę elektromotoryczną w uzwojeniu wtórnym. Ten proces indukcji elektromagnetycznej pozwala transformatorowi elastycznie regulować poziom napięcia bez zmiany całkowitej ilości energii elektrycznej, spełniając w ten sposób potrzeby różnych scenariuszy zastosowań.

W transformatorach zanurzonych w oleju kluczowa jest rola oleju izolacyjnego. Z jednej strony olej izolacyjny, jako doskonały środek izolacyjny, może skutecznie odizolować część wysokiego napięcia pomiędzy uzwojeniem a rdzeniem, zapobiegając awariom sprzętu na skutek awarii elektrycznej; z drugiej strony olej izolacyjny odbiera ciepło powstające podczas pracy transformatora poprzez konwekcję naturalną lub wymuszony obieg, zapewniając, że sprzęt utrzymuje rozsądny zakres wzrostu temperatury pod obciążeniem znamionowym. Ten wydajny mechanizm odprowadzania ciepła nie tylko wydłuża żywotność transformatora, ale także zapewnia jego stabilną pracę w warunkach dużego obciążenia. Dlatego transformator zanurzony w oleju o efektywności energetycznej wtórnej osiąga cel, jakim jest wysoka wydajność i oszczędność energii dzięki naukowej i rozsądnej konstrukcji, w pełni wykorzystującej zasadę indukcji elektromagnetycznej i właściwości oleju izolacyjnego.

III. Charakterystyka wydajności

1. Wydajność rozpraszania ciepła

Transformatory zanurzone w oleju wykazują znaczną przewagę w zakresie rozpraszania ciepła dzięki unikalnemu mechanizmowi rozpraszania ciepła. Podczas pracy olej transformatorowy pochłania ciepło wytwarzane przez uzwojenia i rdzeń poprzez konwekcję naturalną lub wymuszony obieg i przekazuje je na powierzchnię zbiornika oleju w celu odprowadzenia ciepła. Ta wydajna metoda rozpraszania ciepła może nie tylko skutecznie kontrolować wzrost temperatury wewnątrz transformatora, ale także przedłużyć żywotność sprzętu. Badania pokazują, że sprawność odprowadzania ciepła transformatorów zanurzonych w oleju jest o około 20% wyższa niż transformatorów suchych, co wynika głównie z dużej pojemności cieplnej i wysokiej przewodności cieplnej oleju izolacyjnego.

Ponadto zoptymalizowano konstrukcję rozpraszania ciepła wtórnego, energooszczędnego transformatora zanurzonego w oleju. Na przykład zdolność odprowadzania ciepła można znacznie poprawić poprzez zwiększenie powierzchni zbiornika paliwa, ustawienie radiatorów lub zastosowanie układu wymuszonego chłodzenia powietrzem. Te środki optymalizacyjne zapewniają, szczególnie w warunkach pracy pod dużym obciążeniem, że wewnętrzna temperatura transformatora jest zawsze utrzymywana w rozsądnym zakresie, co pozwala uniknąć ryzyka pogorszenia wydajności lub awarii z powodu przegrzania. Dlatego zalety energooszczędnych transformatorów zanurzonych w oleju w zakresie wydajności rozpraszania ciepła położyły solidny fundament pod ich szerokie zastosowanie w przemyśle i budownictwie.

2. Całkowicie uszczelniona konstrukcja zbiornika paliwa z tektury falistej

Przyjmuje całkowicie uszczelniony zbiornik oleju z tektury falistej (bez konserwatora oleju ani wewnętrznego konserwatora oleju). Arkusz falisty automatycznie rozszerza się i kurczy wraz ze zmianą temperatury oleju, aby skompensować objętość oleju i odizolować przedostawanie się powietrza i wilgoci, redukując starzenie się oleju izolacyjnego. Jest w zasadzie bezobsługowy, a jego żywotność projektowana wynosi do 30 lat.

3. Wysoka niezawodność i bezpieczeństwo

• Impedancja zwarciowa: 4% (≤630kVA) / 4,5% ~6% (duża pojemność)

• Zwiększona odporność na zwarcia: ulepszone wsporniki uzwojenia i konstrukcje płytek łączących wytrzymują siłę elektryczną zwarcia na poziomie 31,5 kA

• Standardowy zawór nadmiarowy ciśnienia, interfejs przekaźnika gazu, termometr sygnałowy

• Stopień ochrony IP44 (typ zewnętrzny), hałas wynosi zwykle ≤50dB(A), odpowiedni do obszarów mieszkalnych/budynków komercyjnych

IV. Typowe parametry techniczne (wyciąg z serii S20 10kV)

Uwaga: Konkretne wartości różnią się nieznacznie ze względu na proces producenta i podlegają raportowi z badania typu.

V. Główne scenariusze zastosowań

• Przedsiębiorstwa przemysłowe/parki przemysłowe: praca ciągła, wysoki stopień obciążenia (>30%), krótki cykl odzyskiwania energii

• Kompleks handlowy/biurowiec: niski poziom hałasu, w pełni uszczelniony i bezobsługowy, odpowiedni do piwnicy lub transformatora skrzynkowego na zewnątrz

• Renowacja miejskiej sieci energetycznej/stare obszary mieszkalne: wymiana wysokostratnych transformatorów S7/S9/S11 w celu zmniejszenia strat w liniach sieci dystrybucyjnej

• Nowe obiekty wspierające energię: dostęp do rozproszonych systemów wspomagania fotowoltaicznego i magazynowania energii (dostępne są konfigurowalne projekty antyharmoniczne)

• Transformacja wiejskiej sieci energetycznej/obszaru Tajwanu: oczywisty efekt w postaci ograniczenia strat bez obciążenia i poprawy jakości zasilania

VI. Sugestie dotyczące wyboru

• Preferowany jest S20 (efektywność energetyczna poziomu 2): nowe projekty, długoterminowa eksploatacja (>10h/d), dystrybucja energii przemysłowej/komercyjnej

• S13 (efektywność energetyczna poziomu 3): zalecana wyłącznie w przypadku krótkotrwałego, tymczasowego zużycia energii lub w scenariuszach z wyjątkowo niskim budżetem

• Nowe instalacje S11 i poniżej są zabronione: nie spełniają już krajowych wymogów dostępu do efektywności energetycznej

• Jeśli projekt ma wystarczające fundusze, roczną pracę > 8000h i wysoki współczynnik obciążenia, można ocenić efektywność energetyczną pierwszego poziomu S22 lub stop amorficzny SH15

VII. Wniosek

Jako ważne urządzenia w nowoczesnych systemach elektroenergetycznych, wtórne transformatory olejowe o efektywności energetycznej są szeroko stosowane w wielu dziedzinach ze względu na ich znaczące właściwości oszczędzania energii i niezawodne działanie. W tym artykule przedstawiono dogłębną analizę jego właściwości technicznych, w tym struktury i zasady działania, zalet w zakresie efektywności energetycznej i charakterystyki wydajności, ujawniając jego wyjątkową wydajność w zakresie strat bez obciążenia i optymalizacji strat obciążenia, a także kluczowe technologie umożliwiające osiągnięcie poprawy efektywności energetycznej dzięki nowym materiałom rdzenia i zoptymalizowanej konstrukcji uzwojenia. Jeśli chodzi o zastosowanie, transformator wykazał dobre zastosowanie w zasilaniu dużej mocy w przemyśle, adaptacji do specjalnych środowisk przemysłowych, zasilaniu w wieżowcach i kompleksach komercyjnych w budownictwie oraz w innych scenariuszach, takich jak transport i wydobywanie energii.

Jednakże transformatory zanurzone w oleju o efektywności energetycznej wtórnej nadal stoją przed pewnymi wyzwaniami w zakresie możliwości dostosowania do środowiska, kosztów konserwacji i aktualizacji technologicznych. W odpowiedzi na te problemy w artykule zaproponowano zoptymalizowany projekt i środki ochronne w celu poprawy zdolności adaptacji do środowiska, technologię monitorowania stanu i strategie optymalizacji zarządzania konserwacją w celu zmniejszenia kosztów konserwacji, a także inwestycje w badania i rozwój oraz standardowe metody reagowania na aktualizacje, aby nadążać za rozwojem technologicznym. Oczekuje się, że w przyszłości transformator ten będzie w dalszym ciągu realizować wyższe standardy efektywności energetycznej poprzez głęboką integrację z inteligentnymi sieciami oraz zastosowanie nowych materiałów i technologii, odgrywając tym samym bardziej krytyczną rolę w systemie elektroenergetycznym i promując zrównoważony rozwój energetyki.