Zwangsöl- und Zwangswasserkühler für Transformatoren

 Zwangs-Ölkühler (FOC)

(I) Funktionsprinzip

Zwangsölkühler basieren auf der Kernlogik „Zwangszirkulation + Luftkühlung“, wodurch die Abhängigkeit der natürlichen Ölzirkulationskühlung von Temperaturunterschieden aufgehoben wird. Indem sie den Ölfluss aktiv antreiben, um die Zirkulation zu beschleunigen, verbessern sie die Effizienz der Wärmeableitung erheblich. Gemäß der Norm 60076-2:2011 der International Electrotechnical Commission (IEC) ist die Kühlmethode als OFAF (Oil Forced-Air Forced) kodiert, was interne Zwangsölzirkulation und externe Zwangsluftzirkulation bedeutet. Während des Betriebs saugt eine spezielle Tauchpumpe heißes Öl aus der oberen Schicht des Tanks an, setzt es unter Druck und fördert es zum Wärmeableitungsrohrbündel des Kühlerkörpers. Gleichzeitig startet der Kühlventilator, wodurch die Luft schnell über die Oberfläche der Wärmeableitungsrohre strömt. Durch Wärmeleitung und Konvektion wird die Wärme im heißen Öl schnell an die Luft übertragen. Das gekühlte Transformatoröl hat eine niedrigere Temperatur und eine erhöhte Dichte und fließt durch das untere Verbindungsrohr zum Boden des Transformatorkessels zurück, um den Kern und die Wicklungen erneut zu kühlen. Dadurch entsteht ein vollständiger Wärmeableitungskreislauf mit erzwungener Ölzirkulation, der die während des Gerätebetriebs erzeugte Wärme kontinuierlich abführt.

(2) Strukturelle Zusammensetzung

Der Zwangsölkühler besteht hauptsächlich aus dem Kühlerkörper, der Tauchpumpe, dem Kühlventilator, dem Ölleitungssystem, dem elektrischen Schaltkasten und zusätzlichen Schutzkomponenten. Der Kühlerkörper weist typischerweise eine Rohr-Rippenstruktur auf, wobei die Wärmeableitungsrohre aus korrosionsbeständigen, hoch-wärmeleitenden-Kupfer- oder Aluminiumrohren bestehen und außen mit Rippen versehen sind, um die Wärmeableitungsfläche zu vergrößern. Die Tauchpumpe als Energiequelle für die Ölzirkulation zeichnet sich durch einen hohen Wirkungsgrad, geringe Geräuschentwicklung und Beständigkeit gegen Ölkorrosion aus und sorgt so für eine stabile Ölzirkulation. Der Kühlventilator ist meist ein Axialventilator, der von einem Temperatursensor gesteuert wird und erst startet, wenn die Öltemperatur den eingestellten Wert erreicht, wodurch ein energiesparender Betrieb gewährleistet wird. Der elektrische Steuerkasten ist für die Gesamtsteuerung des Starts und Stopps der Ölpumpe und des Lüfters verantwortlich und integriert außerdem Temperatur- und Ölflussüberwachungsfunktionen. Zu den zusätzlichen Schutzkomponenten gehören Öldurchflussanzeiger und Differenzdrucksignalgeber, die bei Störungen der Ölzirkulation oder anormalen Öl-/Wasserdruckunterschieden Alarmsignale ausgeben können, um die Gerätesicherheit zu gewährleisten.

(3) Kernfunktionen und Anwendungsszenarien
Der Hauptvorteil von Zwangsölkühlern ist ihre hohe Wärmeableitungseffizienz. Im Vergleich zu ölgekühlten Luftkühlungsmethoden (ONAF) kann ihre Wärmeableitungseffizienz um mehr als 30 % gesteigert werden, wodurch der Wärmeableitungsbedarf großer Transformatoren im Hochlastbetrieb gedeckt werden kann; Die Struktur ist relativ kompakt und kann mit geringem Platzbedarf und mäßigem Wartungsaufwand direkt am Transformatorkörper montiert werden. Starke Anpassungsfähigkeit, kann die Wärmeableitungskapazität anpassen, indem die Anzahl der laufenden Kühler je nach Änderungen der Transformatorlast erhöht oder verringert wird, und eine Anpassung zwischen Last und Wärmeableitung erreichen.

Seine Anwendungsszenarien konzentrieren sich hauptsächlich auf große Hochspannungstransformatoren, insbesondere Leistungstransformatoren mit Spannungspegeln von 220 kV und mehr und einer Kapazität von 120 MVA oder mehr, die in Umspannwerken, Kraftwerken, Industrieanlagen und anderen Szenarien weit verbreitet sind. In speziellen Szenarien, wie z. B. bei flexiblen geraden Konverterstationen in der Mitte des Kanals, werden auch geräuscharme Zwangsölkühler verwendet, um den Betriebslärm zu reduzieren, kombiniert mit geräuscharmen Tauchpumpen, um die Auswirkungen des Gerätebetriebs auf die Umgebung zu minimieren.

Zwangswasserkühler (FWC) für Transformatoren
(1) Funktionsprinzip

Der Zwangswasserkühler verwendet einen doppelten Zwangskühlmodus: „Zwangsölzirkulation + Wasserkühlung“, und seine Standardkühlmethode ist als OFWF (Oil Forced Water Forced) codiert, was interne Ölzwangsumwälzung und externe Wasserzwangsumwälzung bedeutet. Die Kernlogik besteht darin, die hohe spezifische Wärmekapazität und Wärmeleitfähigkeit von Wasser im Vergleich zu Luft zu nutzen und eine effiziente Wärmeableitung durch Öl-{2}}Wasser-Wärmeaustausch zu erreichen. Während des Betriebs saugt die Tauchölpumpe das heiße Öl aus dem Öltank des Transformators an und fördert es zum Öl-{4}}Wasser-Wärmetauscher (Kühlkörper). Gleichzeitig pumpt die Umwälzpumpe Kühlwasser (meist industrielles Umwälzwasser oder Flusswasser) in den anderen Kanal des Wärmetauschers. Das heiße Öl und das Kühlwasser fließen im Wärmetauscher in entgegengesetzte Richtungen und durch Wärmeleitung wird die Wärme im heißen Öl schnell auf das Kühlwasser übertragen; Das abgekühlte Transformatoröl fließt zurück zum Öltank und nimmt dort weiterhin am Kühlkreislauf teil, während das Kühlwasser, das Wärme aufnimmt, aus dem Kühler abgeführt wird. Nach der anschließenden Kühlbehandlung kann es recycelt oder direkt entsorgt werden, wodurch ein doppelter Kühlkreislauf aus „Ölzirkulation + Wasserzirkulation“ entsteht.

Es ist zu beachten, dass während des Betriebs darauf geachtet werden muss, dass der Öldruck höher ist als der Wasserdruck. Wenn das Wärmetauscherrohr reißt und Wasser in das Transformatoröl eindringt, führt dies zu Isolationsschäden und katastrophalen Unfällen. Daher stellt dieses System extrem hohe Anforderungen an die Dichtungsleistung.

(2) Struktureller Aufbau Der Aufbau eines Zwangswasserkühlers ist komplexer als der eines Zwangsölkühlers und besteht hauptsächlich aus dem Kühlerkörper, einer Tauchölpumpe, einer Umwälzwasserpumpe, einem Ölwasserleitungssystem, einem elektrischen Schaltkasten und Sicherheitsschutzvorrichtungen. Der Kühlerkörper (Öl-{3}}Wasser-Wärmetauscher) besteht aus einer Ölkammer und zwei Wasserkammern. Die Ölkammer ist mit dicht gepackten Kühlrohren gefüllt, durch die Kühlwasser fließt. Die äußere Ölkammer ist durch Leitbleche in mehrere Kanäle unterteilt, die dafür sorgen, dass heißes Öl gewunden über die Oberfläche der Kühlrohre fließt und so die Effizienz des Wärmeaustauschs verbessert. Die Wasserkammer ist in eine obere und eine untere Kammer unterteilt, wobei die untere Wasserkammer weiter in zwei Hohlräume unterteilt ist, wodurch das Kühlwasser in beide Richtungen fließen kann, was die Wärmeableitung weiter verbessert. Das Öl-{8}}Wasserleitungssystem ist mit Ventilen, Filtern und anderen Komponenten ausgestattet, um die Öl- und Wasserdurchflussraten zu regulieren, Verunreinigungen zu filtern und Rohrverstopfungen zu verhindern. Neben Öldurchflussanzeigen und Differenzdrucksignalen umfassen die Sicherheitsschutzgeräte Komponenten zur Überwachung des Wasserstands und des Wasserdrucks, um den Betriebszustand des Wasserzirkulationssystems in Echtzeit zu überwachen und Lecks, Wassermangel und andere Probleme umgehend zu erkennen.

(3) Kernfunktionen und Anwendungsszenarien

Der größte Vorteil von Zwangswasserkühlern ist ihre extrem hohe Wärmeableitungseffizienz. Bei gleicher Kühlleistung ist ihr Volumen viel kleiner als bei Zwangsölkühlern, sie sind leichter und arbeiten geräuschärmer (kein Lüftergeräusch), was die Installation in Innenräumen erleichtert und sie für Szenarien mit strengen Geräusch- und Platzanforderungen geeignet macht. Gleichzeitig wird ihre Wärmeableitungswirkung weniger von der Umgebungstemperatur beeinflusst, wodurch eine stabile Wärmeableitungsleistung in Umgebungen mit hohen-Temperaturen aufrechterhalten wird, wodurch sie für Transformatoren geeignet sind, die unter Hochlast- und Hochtemperaturbedingungen betrieben werden.

Ihre Einschränkungen liegen vor allem in der hohen Systemkomplexität, den hohen Anforderungen an die Kühlwasserqualität und Versorgungsstabilität, der Notwendigkeit einer regelmäßigen Wartung des Wasserkreislaufsystems, der Nachfüllung von Kühlwasser, der Zugabe von Frostschutzmitteln und der Reinigung von Wärmetauschern; und die relativ kurze Lebensdauer wassergekühlter Systeme, die es schwierig macht, die gleiche Lebensdauer wie der Transformator zu erreichen (normalerweise 40 Jahre physische Lebensdauer), was spätere Wartungskosten und die Häufigkeit des Geräteaustauschs erhöht.

Anwendungsszenarien konzentrieren sich hauptsächlich auf Gebiete mit reichlichen Wasserressourcen und einfacher Entwässerung, wie z. B. Haupttransformatoren in Wasserkraftwerksgebäuden; und an Orten mit begrenztem Platzangebot und strengen Lärmschutzanforderungen, wie etwa unterirdischen Umspannwerken, Umspannwerken in städtischen Kerngebieten und Rechenzentren. Sie können auch zur Kühlung von Transformatoren mit extrem großer Kapazität verwendet werden, um den Wärmeableitungsbedarf unter extremen Belastungen zu decken.

Als zentrale Kühlausrüstung von Transformatoren sind Zwangsölkühler und Zwangswasserkühler mit ihrer einzigartigen Struktur und Leistung an unterschiedliche Anwendungsszenarien angepasst und bieten gemeinsam Garantien für den sicheren und stabilen Betrieb von Transformatoren. Zwangsölkühler sind aufgrund ihrer einfachen Struktur, bequemen Wartung und starken Anpassungsfähigkeit zur gängigen Kühllösung für große Transformatoren geworden. Aufgrund ihrer hohen Effizienz bei der Wärmeableitung, ihres geringen Geräuschpegels und ihrer Kompaktheit spielen Zwangswasserkühler in speziellen Szenarien eine unersetzliche Rolle.

Mit der kontinuierlichen Weiterentwicklung des Energiesystems wird die Kühlertechnologie weiter optimiert und Intelligenz, Effizienz und Energieeinsparung werden in Zukunft zur zentralen Entwicklungsrichtung. In praktischen Anwendungen ist es notwendig, die Wartung auf der Grundlage von Faktoren wie den Betriebsanforderungen und der Installationsumgebung von Transformatoren wissenschaftlich auszuwählen und zu standardisieren, die Wärmeableitungseffizienz von Kühlsystemen voll auszunutzen, die Lebensdauer von Transformatoren zu verlängern, den sicheren, effizienten und stabilen Betrieb von Stromsystemen zu gewährleisten und eine solide Unterstützung für die Stromübertragung und -versorgung bereitzustellen.