Trójfazowy transformator mocy: rdzeń rdzenia i ewolucja technologiczna nowoczesnych systemów elektroenergetycznych

Jako niezbędny kluczowy sprzęt elektryczny w nowoczesnych systemach elektroenergetycznych, trójfazowe transformatory mocy przejmują podstawowe funkcje przesyłania mocy, konwersji napięcia i dopasowywania impedancji. Niezależnie od tego, czy chodzi o zwiększanie mocy wyjściowej w dużych elektrowniach, przesył ultrawysokiego napięcia w międzyregionalnych sieciach elektroenergetycznych, czy też o obniżanie mocy w dystrybucji dla użytkowników końcowych, trójfazowe transformatory mocy pełnią rolę „koncentratorów mocy”. Wraz z transformacją globalnej struktury energetycznej i unowocześnieniem technologii przemysłowej, trójfazowe transformatory mocy przyspieszają swoją ewolucję w kierunku dużej wydajności, wysokiej efektywności energetycznej, inteligencji i ochrony środowiska.

I. Przegląd produktu

1. Trójfazowy transformator mocy jest kluczowym urządzeniem odpowiedzialnym za przetwarzanie napięcia, przesyłanie i dystrybucję energii w systemie przesyłu i dystrybucji energii. Składa się z trzech jednofazowych obwodów magnetycznych transformatora lub zintegrowanego trójfazowego rdzenia z różnicą fazową 120°. Zarówno uzwojenia wysokiego, jak i niskiego napięcia mają budowę trójfazową. Jest szeroko stosowany do obniżania wysokiego napięcia 10(6)/35kV do niskiego napięcia 0,4kV (lub odwrotnie), zapewniając stabilne i niezawodne zasilanie przedsiębiorstw przemysłowych i górniczych, budynków, obiektów użyteczności publicznej i nowych elektrowni.

W porównaniu z jednofazowymi grupami transformatorów, trójfazowe transformatory zintegrowane mają zalety wysokiego wykorzystania materiału, małych rozmiarów, niskich strat i ekonomicznej eksploatacji. Są najpowszechniej stosowanym typem transformatorów w nowoczesnych systemach elektroenergetycznych.

2. Struktura rdzenia i zasada działania

Działanie trójfazowego transformatora mocy opiera się na prawie indukcji elektromagnetycznej Faradaya, a regulacja napięcia odbywa się poprzez proces konwersji energii „elektromagnetyzm-elektryczność”. Jego podstawowe elementy obejmują żelazny rdzeń wykonany z ułożonych w stos arkuszy stali krzemowej o wysokiej przepuszczalności oraz uzwojenia wysokiego i niskiego napięcia osadzone na kolumnach z żelaznym rdzeniem. Kiedy trójfazowy prąd przemienny wpływa do uzwojenia pierwotnego, w żelaznym rdzeniu wytwarza się przemienny strumień magnetyczny, a w uzwojeniu wtórnym indukuje się siła elektromotoryczna. Zmieniając współczynnik zwojów uzwojenia pierwotnego i wtórnego, napięcie można precyzyjnie zwiększać lub zmniejszać.

W celu zapewnienia bezpiecznej i stabilnej pracy urządzeń nowoczesne transformatory trójfazowe wyposażane są w kompletne układy pomocnicze. W transformatorach zanurzonych w oleju specjalny olej izolacyjny służy nie tylko jako główny środek izolacyjny, ale także pełni rolę chłodzącą i ochronną, pochłaniając ciepło z żelaznego rdzenia i uzwojeń oraz opóźniając starzenie się materiałów izolacyjnych. Dzięki konserwatorowi oleju, przekaźnikowi gazu, zaworowi spustowemu ciśnienia i inteligentnemu systemowi kontroli temperatury może monitorować stan sprzętu w czasie rzeczywistym i szybko reagować na usterki wewnętrzne. W transformatorach suchych stosuje się materiały izolacyjne o wysokiej odporności na ciepło i technologię wymuszonego chłodzenia powietrzem, aby spełnić scenariusze zastosowań o wyjątkowo wysokich wymaganiach w zakresie ochrony przeciwpożarowej, takich jak gęsto zabudowane obszary miejskie i wieżowce.

II. Główne kategorie produktów

1. Trójfazowy transformator olejowy (seria S11/S13/S20/S22)

Cechy konstrukcyjne: Żelazny rdzeń wykonany jest z wielostopniowego laminowania wysoce przepuszczalnych zorientowanych arkuszy stali krzemowej, a uzwojenia wysokiego/niskiego napięcia są zwykle nawijane drutem z miedzi beztlenowej lub folią miedzianą; mineralny olej izolacyjny (10#/25#/45#) jest stosowany zarówno jako medium izolacyjne, jak i rozpraszające ciepło; całkowicie uszczelniony zbiornik oleju z tektury falistej może skutecznie izolować powietrze i wilgoć.

Metoda chłodzenia: ONAN (samochłodzenie w oleju), duża wydajność może być wyposażona w wymuszone chłodzenie powietrzem.

Obowiązujące scenariusze: podstacje zewnętrzne, parki przemysłowe, transformacja wiejskiej sieci energetycznej, podstacje skrzynkowe, podłączenie do sieci fotowoltaicznej/wiatrowej itp.

2. Trójfazowy transformator suchy (seria SCB11/SCB14/SCB18)

Cechy konstrukcyjne: Przyjmuje proces odlewania próżniowego żywicy epoksydowej (typ SCB) lub impregnację (typ SG), bez oleju izolacyjnego, środek zmniejszający palność, przeciwwybuchowy, niski poziom hałasu, zwykle wyposażony w powłokę ochronną o stopniu ochrony IP20 lub wyższą i wentylator o kontrolowanej temperaturze.

Obowiązujące scenariusze: Pomieszczenia dystrybucyjne w wysokich budynkach, podziemne centra handlowe, szpitale, centra danych, metro, lotniska i inne miejsca wewnętrzne o wysokich wymaganiach w zakresie ochrony przeciwpożarowej i ochrony środowiska.

3. Specjalny transformator trójfazowy

Obejmują transformatory energooszczędne ze stopów amorficznych (SH15/SCBH15), transformatory regulujące napięcie pod obciążeniem (seria SZ), transformatory prostownicze, transformatory przeciwwybuchowe dla górnictwa (KBSG) i nowe transformatory podwyższające energetycznie itp., które można dostosować do warunków pracy.

III. Podstawowe parametry techniczne

*Parametry z tabliczki znamionowej powinny być zgodne z odpowiednimi normami, takimi jak GB 1094 „Power Transformer” i GB/T 6451 / GB/T 10228.

Trójfazowy olej zanurzony w transformatorze regulującym napięcie obciążenia

IV. Zalety produktu

• Wysoka wydajność i oszczędność energii: Nowa generacja transformatorów olejowych S20/S22 i suchych SCB14/SCB18 charakteryzuje się znacznie niższymi stratami na biegu jałowym w porównaniu ze starszymi produktami, spełniając krajowe wymagania w zakresie efektywności energetycznej na poziomie 2 i wyższym.

• Niezawodne działanie: w pełni uszczelniona konstrukcja zapobiega utlenianiu oleju i wilgoci; uzwojenie przyjmuje przewody miedziane i technologię wzmacniania, która ma dużą odporność na zwarcie.

• Bezpieczeństwo i ochrona środowiska: Transformatory suche są bezolejowe i niepalne, nadają się do stosowania w obszarach gęsto zaludnionych; Transformatory zanurzone w oleju są całkowicie uszczelnione i szczelne oraz wyposażone w liczne zabezpieczenia, takie jak zawory upustowe ciśnienia i przekaźniki gazowe.

• Łatwa konserwacja: w pełni uszczelniony typ zanurzony w oleju może wyeliminować potrzebę wymiany oleju podczas pracy; Transformatory suche wymagają w zasadzie jedynie regularnego odpylania i monitorowania temperatury.

V. Propozycje wyboru

• Zewnętrzna/niezależna rozdzielnia zasilania/duża moc (≥1000 kVA) → Daj pierwszeństwo trójfazowemu transformatorowi zanurzonemu w oleju (S13/S20/S22), który charakteryzuje się dobrą ekonomicznością i dużą odpornością na przeciążenia.
• Wewnątrz/w piwnicy/gęsto zaludnione/wysokie wymagania w zakresie ochrony przeciwpożarowej → Trójfazowy transformator suchy (SCB14/SCB18) jest koniecznością, jest bezolejowy i bezpieczniejszy.
• Zwróć uwagę na oszczędność energii podczas długotrwałej pracy → Rozważ transformator olejowy ze stopu amorficznego (SH15) lub transformator suchy ze stopu amorficznego (SCBH15).
• Obszary o dużych wahaniach obciążenia lub niestabilnym napięciu → Opcjonalny typ regulacji napięcia pod obciążeniem (seria SZ).

VI. Przełomy technologiczne i optymalizacja wydajności

W ostatnich latach nasz kraj poczynił światowej sławy osiągnięcia w rozwoju trójfazowych transformatorów mocy. Biorąc za przykład pierwszy w kraju transformator mocy 220 kV o największej trójfazowej mocy wynoszącej milion jednostek, zespół badawczo-rozwojowy z powodzeniem przezwyciężył problem przegrzania części konstrukcyjnych spowodowany wysokim wyciekiem strumienia magnetycznego dzięki innowacyjnym metodom obliczeń elektromagnetycznych i optymalizacji konstrukcji uzwojenia. Jednocześnie zastosowanie nowej struktury prowadnicy oleju chłodzącego i technologii ekranowania magnetycznego znacznie poprawiło efektywne odprowadzanie ciepła przez produkt i możliwości pracy przy niskich stratach. Te przełomy technologiczne nie tylko wypełniają lukę krajową, ale także wynoszą poziom produkcji mojego kraju w dziedzinie transformatorów wysokiego napięcia o dużej mocy na świecie.

Pod względem materiałów i konstrukcji w transformatorach nowej generacji na ogół stosuje się blachy ze stali krzemowej o niskiej stratności i proces impregnacji podciśnieniowej (VPI), który skutecznie zmniejsza prąd jałowy i wyładowania niezupełne. W przypadku złożonych warunków pracy w niektórych produktach zastosowano także wielowarstwowe struktury ekranowania elektromagnetycznego i wysokowydajne moduły tłumienia harmonicznych, aby kontrolować całkowite zniekształcenia harmoniczne (THD) napięcia wyjściowego na niezwykle niskim poziomie, zapewniając gwarancję czystej i stabilnej mocy dla precyzyjnej produkcji, sprzętu medycznego i innych dziedzin, w których obowiązują rygorystyczne wymagania dotyczące jakości zasilania.

VII. Zróżnicowane scenariusze zastosowań i indywidualny rozwój

Zastosowanie trójfazowych transformatorów mocy przekroczyło już zakres tradycyjnych sieci elektroenergetycznych i zostało głęboko zintegrowane z różnymi pojawiającymi się i specjalnymi scenariuszami. W dziedzinie nowej energii, niezależnie od tego, czy jest to podwyższenie mocy i podłączenie do sieci rozproszonej fotowoltaiki, czy też zasilanie elektrowni wiatrowych odporne na wilgoć i ciepło, specjalne transformatory wykazały dużą zdolność adaptacji do środowiska; w ramach ponadnarodowej współpracy przemysłowej dostosowane do indywidualnych potrzeb transformatory trójfazowe stały się „pomostem” zapewniającym stabilną pracę importowanego sprzętu w odpowiedzi na różnice w standardach sieciowych w różnych krajach (takie jak dostosowanie napięcia w sieciach energetycznych Chin i Indii).

W obliczu trudnych warunków, takich jak duże wysokości i ekstremalne różnice temperatur, nowoczesne transformatory zapewniają długoterminową, niezawodną pracę w warunkach rozrzedzonego powietrza i silnych promieni ultrafioletowych, optymalizując kanały powietrza chłodzącego, poprawiając izolację i właściwości anty-UV oraz stosując konstrukcje zapobiegające korozji mgły solnej. Ponadto dzięki integracji technologii IoT inteligentne transformatory wyposażone w moduły komunikacyjne 5G były w stanie monitorować dane w chmurze w czasie rzeczywistym, ostrzegać o usterkach i zdalną diagnostykę, promując transformację obsługi i konserwacji sprzętu z „naprawy pasywnej” na „aktywne zapobieganie”.

VIII. Zielona transformacja i perspektywy na przyszłość

Kierując się celem „dual carbon”, standardy efektywności energetycznej trójfazowych transformatorów mocy są kompleksowo unowocześniane. Najnowsze normy krajowe dzielą efektywność energetyczną transformatorów na wiele poziomów. Produkty efektywności energetycznej pierwszego poziomu mogą w krótkim czasie odzyskać początkową różnicę w cenie inwestycji ze względu na wyjątkowo niskie straty miedzi i żelaza. Jednocześnie promocja i stosowanie przyjaznych środowisku materiałów izolacyjnych (takich jak syntetyczny olej estrowy i olej silikonowy) skutecznie zmniejszyło ryzyko zanieczyszczenia gleby i wody na skutek wycieków oleju mineralnego.

Patrząc w przyszłość, trójfazowe transformatory mocy nie będą już tylko statycznymi urządzeniami do konwersji mocy, ale będą ewoluować w bardziej inteligentnym, ekologicznym i elastycznym kierunku. Wraz z szybkim rozwojem przesyłu energii UHV, inteligentnych mikrosieci i systemów magazynowania energii, trójfazowe transformatory mocy będą w dalszym ciągu odgrywać niezastąpioną rolę kamienia węgielnego w budowie czystego, wydajnego i bezpiecznego nowego systemu energetycznego.