Στον κόσμο της ηλεκτρικής ενέργειας, υπάρχει ένα είδος εξοπλισμού που υπάρχει σε κάθε γωνιά του σταθμού παραγωγής ενέργειας, του υποσταθμού και του αστικού δικτύου διανομής σιωπηλά και πιστά. Δεν είναι τόσο εντυπωσιακός-όπως μια γεννήτρια, ούτε τόσο εντυπωσιακός όσο ένας πύργος μετάδοσης ισχύος. Ωστόσο, κάθε άνοδος και πτώση τάσης και η μετάδοση σε μεγάλες αποστάσεις κάθε κιλοβάτ ηλεκτρικής ενέργειας δεν μπορεί να διαχωριστεί από το στήριγμα του πυρήνα του - αυτός είναι ένας μετασχηματιστής βυθισμένος σε λάδι-. Οι μετασχηματιστές{7}}βυθισμένοι σε λάδι έχουν εξελιχθεί για περισσότερο από έναν αιώνα από τότε που το ορυκτέλαιο εισήχθη για πρώτη φορά στην προστασία μόνωσης από πειραματικούς μετασχηματιστές στις αρχές του 1885 και εξακολουθεί να αντιπροσωπεύει περισσότερο από το 60 τοις εκατό της παγκόσμιας αγοράς μετασχηματιστών ισχύος.π. Τι κάνει αυτό το είδος εξοπλισμού με λάδι ως μόνωση και ψυκτικό μέσο να διατηρεί μια αναντικατάστατη ηγετική θέση στην εμφάνιση νέων προϊόντων, όπως ο μετασχηματιστής ξηρού{12}}τύπου; Για να απαντήσουμε σε αυτό το ερώτημα, πρέπει να ξεκινήσουμε από τη δομική του αρχή, τα πλεονεκτήματα απόδοσης και τα ευρεία σενάρια εφαρμογής για να βρούμε την απάντηση.
Για να κατανοήσουμε το θεμέλιο τουμετασχηματιστής-βυθισμένος σε λάδι, πρώτα απ 'όλα, αναγνωρίζουν τον διπλό πυρήνα ρόλο του λαδιού μετασχηματιστή.Μετασχηματιστές ισχύος-βυθισμένοι σε λάδιχρησιμοποιήστε ορυκτέλαιο ή συνθετικό λάδι ως κύριο μέσο μόνωσης και ψύξης και η ουσία της ιδέας του σχεδιασμού είναι να χρησιμοποιήσετε το ίδιο μέσο για να πραγματοποιήσετε δύο ξεχωριστές λειτουργίες. Αφενός, το λάδι μετασχηματιστή έχει εξαιρετική απόδοση ηλεκτρικής μόνωσης και διηλεκτρική αντοχή πολύ υψηλότερη από τον αέρα, γεγονός που μπορεί να απομονώσει αποτελεσματικά την περιέλιξη υψηλής τάσης από την περιέλιξη χαμηλής τάσης, να αποτρέψει τη διάσπαση του τόξου και να εξασφαλίσει υψηλό επίπεδο τάσης σε περιορισμένο χώρο. Από την άλλη πλευρά, η υψηλή ειδική θερμοχωρητικότητα του λαδιού το καθιστά αποτελεσματικό μέσο απαγωγής θερμότητας. Όταν ο πυρήνας και το τύλιγμα παράγουν θερμότητα λόγω του ρεύματος που διέρχεται, η θερμότητα μεταφέρεται πρώτα στο περιβάλλον λάδι μετασχηματιστή, η πυκνότητα του λαδιού αυξάνεται μετά τη θέρμανση και η θερμότητα μεταφέρεται στο τοίχωμα της δεξαμενής και στο ψυγείο μέσω θερμικής μεταφοράς και στη συνέχεια εκπέμπεται στην εξωτερική ατμόσφαιρα. Λαμβάνοντας ως παράδειγμα έναν τυπικό μετασχηματιστή-βυθισμένου λαδιού S13, η περιοχή απαγωγής θερμότητας της δεξαμενής κυματοειδούς λαδιού έχει σχεδιαστεί με ακρίβεια για να πληροί τις απαιτήσεις ψύξης στις περισσότερες συνθήκες εργασίας χωρίς τη χρήση πρόσθετων ανεμιστήρων.
Από τη δομική σύνθεση, ένα πλήρες σετ μετασχηματιστή-βυθισμένου σε λάδι μπορεί να περιγραφεί ως "πέντε βρώμικα μέρη". Το κύριο σώμα του σώματος του μετασχηματιστή αποτελείται από έναν πυρήνα σιδήρου με ελασματοποίηση φύλλων από χάλυβα πυριτίου με υψηλή διαπερατότητα, μια περιέλιξη χαμηλής-τάσης και υψηλής-τάσης με χάλκινο φύλλο ή χάλκινο αγωγό και ένα σύστημα μόνωσης από σύνθετο χαρτί λαδιού{{4} που αποτελείται από μονωτικό χαρτόνι μετασχηματιστή, λαδοχαρτί και καλωδιακό χαρτί. Το περίβλημα είναι μια συγκολλημένη δεξαμενή μετασχηματιστή ακριβείας, που περικλείει πλήρως το σώμα του μετασχηματιστή. Γύρω από αυτόν τον πυρήνα, διαμορφώνεται επίσης μια σειρά βασικών εξαρτημάτων: ο συντηρητής λαδιού χρησιμοποιείται για να αντισταθμίσει τη διαστολή όγκου και τη συστολή του μονωτικού λαδιού λόγω αλλαγής θερμοκρασίας. ο αναπνευστήρας φιλτράρει τον αέρα που εισέρχεται στον συντηρητή λαδιού μέσω του απορροφητικού υγρασίας για να αποτρέψει την εισχώρηση υγρασίας. το ρελέ αερίου παρακολουθεί την ταχύτητα ροής λαδιού σε πραγματικό χρόνο και στέλνει σήμα συναγερμού σε περίπτωση εσωτερικής βλάβης. η βαλβίδα εκτόνωσης πίεσης εκφορτώνει γρήγορα την πίεση όταν η εσωτερική πίεση της δεξαμενής λαδιού αυξάνεται ασυνήθιστα για να διασφαλιστεί η ασφάλεια του εξοπλισμού. το ψυγείο και το ψυγείο αναλαμβάνουν την εργασία ανταλλαγής θερμότητας σύμφωνα με διαφορετικούς τρόπους ψύξης (φυσική ψύξη, εξαναγκασμένη ψύξη αέρα ή ψύξη αναγκαστικής κυκλοφορίας λαδιού). Μαζί, αυτό το σύνολο διαλειτουργικών εξαρτημάτων αποτελεί ένα πακέτο που μπορεί να λειτουργεί σταθερά σε σκληρό εξωτερικό περιβάλλον για μεγάλο χρονικό διάστημα.
Ποια είναι η ουσιαστική διαφορά μεταξύ του μετασχηματιστή-βυθισμένου σε λάδι και του μετασχηματιστή ξηρού-τύπου που γίνεται όλο και πιο δημοφιλής τα τελευταία χρόνια μεταξύ πολλών τύπων μετασχηματιστών; Η θεμελιώδης διαφορά έγκειται στη διαφορά μεταξύ μονωτικών και ψυκτικών μέσων: οι μετασχηματιστές ξηρού-τύπου χρησιμοποιούν στερεά μόνωση (π.χ. εποξική ρητίνη) και αέρα ως μέσα ψύξης, ενώ οι μετασχηματιστές βυθισμένου σε λάδι- χρησιμοποιούν υγρό μονωτικό λάδι. Τέτοιες διαφορές στο μέσο οδηγούν άμεσα σε μια ποικιλία διαφορών απόδοσης. Όσον αφορά την ικανότητα απαγωγής θερμότητας, οι μετασχηματιστές βυθισμένου σε λάδι-μπορούν να αντέχουν υψηλότερη πυκνότητα φορτίου και να διατηρούν σταθερή λειτουργία υπό συνθήκες μακροχρόνιας πλήρους{10}}φόρτωσης λόγω της εξαιρετικής θερμικής αγωγιμότητας του μέσου λαδιού, ενώ οι μετασχηματιστές ξηρού-τύπου περιορίζονται από τη θερμική αγωγιμότητα των συστημάτων στερεάς μόνωσης. Όσον αφορά την αντίσταση βραχυκυκλώματος, το μονωτικό μέσο του μετασχηματιστή-βυθισμένου σε λάδι έχει υψηλή αντοχή αντίστασης βραχυκυκλώματος, η οποία μπορεί να αντέξει μεγαλύτερο ρεύμα βραχυκυκλώματος χωρίς ζημιά στη μόνωση, βελτιώνοντας έτσι σημαντικά την ασφάλεια και την αξιοπιστία του συστήματος υπό ακραίες συνθήκες σφάλματος. Σε επίπεδο κόστους, ειδικά στην προδιαγραφή της μεγάλης χωρητικότητας και της υψηλής τάσης, το κόστος κατασκευής του μετασχηματιστή{15}}βυθισμένου λαδιού είναι γενικά χαμηλότερο από αυτό του μετασχηματιστή ξηρού-τύπου με την ίδια χωρητικότητα, γεγονός που τον καθιστά προφανή πλεονεκτήματα στην απόδοση κόστους. Επιπλέον, ο μετασχηματιστής{18}}βυθισμένος σε λάδι έχει χαμηλό επίπεδο θορύβου κατά τη λειτουργία και το μονωτικό λάδι παίζει ρυθμιστικό ρόλο μεταξύ των φύλλων από χάλυβα πυριτίου, κάνοντας τον εξοπλισμό πιο αθόρυβο. Φυσικά, οι μετασχηματιστές βυθισμένοι σε λάδι-δεν είναι τέλειοι - απαιτούν περιοδική δειγματοληψία μονωτικού λαδιού για επιθεώρηση, παρακολούθηση φθοράς λαδιού και έγκαιρη αναπλήρωση ή αντικατάσταση, κινδύνους περιβαλλοντικής ρύπανσης σε περίπτωση διαρροής και υψηλότερα πρότυπα ελέγχου πυρασφάλειας. Εν ολίγοις, ο μετασχηματιστής ξηρού{23}τύπου είναι καλύτερος σε πυρασφάλεια και εύκολη συντήρηση, κατάλληλος για εσωτερικούς χώρους και χώρους με υψηλές απαιτήσεις περιβαλλοντικής προστασίας. Ωστόσο, ο-βυθισμένος μετασχηματιστής λαδιού είναι ανώτερος σε απόδοση απαγωγής θερμότητας, αντίσταση βραχυκυκλώματος, προσαρμοστικότητα μεγάλης χωρητικότητας και ολοκληρωμένη οικονομία, που είναι πιο κατάλληλος για εξωτερική και μακροπρόθεσμη λειτουργία υψηλού φορτίου.
Λόγω αυτών των δομικών και τεχνικών πλεονεκτημάτων, ο ρόλος των μετασχηματιστών-βυθισμένου σε λάδι στα συστήματα ισχύος καλύπτει σχεδόν ολόκληρη την αλυσίδα από τη γενιά στην κατανάλωση. Από την πλευρά της παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας, οι μετασχηματιστές σε σταθμούς παραγωγής ενέργειας εξοικονόμησης νερού, θερμοηλεκτρικούς σταθμούς και πυρηνικούς σταθμούς αυξάνουν την τάση στην έξοδο της γεννήτριας από περίπου 10kV σε εξαιρετικά-στάθμη υψηλής τάσης 200kV, 500kV ή ακόμη και 1000kV, ώστε να επιτυγχάνεται μεγάλη{9}χαμηλή ισχύς{8} μετάδοσης. Σε ένα μεγάλο έργο όπως ο υδροηλεκτρικός σταθμός Three Gorges, η χωρητικότητα ενός μόνο μετασχηματιστή πετρελαίου{12}}500 kV μπορεί να φτάσει τα 334 MVA και αναλαμβάνει το κρίσιμο έργο της μετάδοσης σχεδόν 7 εκατομμυρίων κιλοβάτ ενέργειας στο κέντρο φόρτωσης χιλιάδων χιλιομέτρων μακριά. Στη ζεύξη μετάδοσης ισχύος, ο μετασχηματιστής βυθισμένου λαδιού-που χρησιμοποιείται στη γραμμή εναλλασσόμενου ρεύματος UHV πραγματοποιεί τη δυναμική ρύθμιση της τάσης μέσω του διακόπτη ενεργοποίησης-φόρτωσης-και το εύρος κτυπήματος μπορεί να φτάσει στο συν ή πλην 20%, γεγονός που μπορεί να διατηρήσει τη σταθερότητα της τάσης του τερματικού λήπτη σε πραγματικό χρόνο, ανάλογα με τη ροή ισχύος. Κατά την είσοδο στη στάθμη διανομής, ο εμβαπτισμένος μετασχηματιστής διανομής 10 kV-θα μειώσει την υψηλή τάση στα 400 V επιπλέον-χαμηλή τάση και θα τροφοδοτήσει απευθείας το εργοστάσιο, τα εμπορικά κτίρια και τις κατοικημένες περιοχές. Η νέα γενιά μετασχηματιστή διανομής βυθισμένου λαδιού-που αντιπροσωπεύεται από τον μετασχηματιστή υψηλής απόδοσης-εξοικονόμησης ενέργειας S13 έχει μειωμένη-απώλεια μηδενικού φορτίου κατά περισσότερο από 28% σε σύγκριση με τον παραδοσιακό μετασχηματιστή S9 και την απώλεια φορτίου μειωμένη κατά 15%, γεγονός που μπορεί να μειώσει πολλές εκπομπές άνθρακα κατά την ετήσια λειτουργία. Στον βιομηχανικό τομέα, οι βιομηχανίες υψηλής κατανάλωσης ενέργειας, όπως η χαλυβουργία, η πετροχημική βιομηχανία και τα μεγάλα ορυχεία, βασίζονται επίσης στη σταθερή τροφοδοσία από μετασχηματιστές βυθισμένου πετρελαίου-για τη ρύθμιση της τάσης και του ρεύματος υπό περίπλοκες ηλεκτρικές συνθήκες. Επιπλέον, με τη μεγάλης κλίμακας-κατασκευή νέων ενεργειακών έργων όπως η παραγωγή φωτοβολταϊκής ενέργειας, η παραγωγή αιολικής ενέργειας και ο σταθμός παραγωγής ενέργειας αποθήκευσης ενέργειας, ο εμβαπτιζόμενος μετασχηματιστής πετρελαίου διαδραματίζει επίσης βασικό ρόλο στην ενίσχυση και τη συλλογή, αναβαθμίζοντας τοπικά την αποκεντρωμένη ενέργεια στο μεσαίο{38} επίπεδο τάσης και συγκλίνοντάς την στο ηλεκτρικό δίκτυο.
Φυσικά, οποιοσδήποτε εξοπλισμός δεν μπορεί να διαχωριστεί από ορισμένη υποστήριξη συντήρησης και η μακροπρόθεσμη αξιόπιστη λειτουργία του μετασχηματιστή με βυθισμένο λάδι-θα πρέπει επίσης να δημιουργήσει ένα τυπικό σύστημα συντήρησης. Κατά τη διάρκεια της καθημερινής περιπολίας, ο εφημερεύς ελέγχει εάν υπάρχει ίχνος διαρροής λαδιού στη τσιμούχα του περιβλήματος, εάν η ένδειξη του μετρητή στάθμης λαδιού βρίσκεται εντός της λογικής περιοχής από 1/4 έως 3/4 του δείκτη λαδιού και καταγράφει την ανώτερη θερμοκρασία λαδιού - δεν πρέπει να υπερβαίνει τους 85 βαθμούς κατά τη διάρκεια κανονικής λειτουργίας και ελέγχεται εντός 95 μοιρών υπό ακραίες συνθήκες φορτίου. Η διαχείριση της ποιότητας του λαδιού είναι ο πυρήνας των εργασιών συντήρησης: η δειγματοληψία πρέπει να διεξάγεται για δοκιμή τάσης αντοχής, δοκιμή συντελεστή διηλεκτρικής απώλειας και δοκιμή τιμής οξέος κάθε χρόνο. Εάν η τάση διάσπασης πέσει σημαντικά ή η συνολική περιεκτικότητα σε υδρογονάνθρακες υπερβαίνει το πρότυπο, το λάδι φιλτράρεται ή αντικαθίσταται με νέο λάδι. Κατά την αναπλήρωση μονωτικού λαδιού, προσθέστε προϊόντα με την ίδια μάρκα και ποιότητα με τον αρχικό εξοπλισμό και αφήστε τις φυσαλίδες αέρα για αρκετές ώρες μετά την αναπλήρωση λαδιού, διαφορετικά οι υπολειπόμενες φυσαλίδες αέρα θα μειώσουν σημαντικά την αντοχή μόνωσης. Επιπλέον, η δοκιμή αντίστασης μόνωσης θα πραγματοποιείται κάθε μισό χρόνο, η χρωματογραφική ανάλυση του διαλυμένου αερίου σε πετρέλαιο θα πραγματοποιείται κάθε χρόνο για να κριθεί εάν υπάρχει μερική εκφόρτιση ή σφάλμα υπερθέρμανσης και η γενική επισκευή του αιωρούμενου πυρήνα και η αντικατάσταση εξαρτημάτων γήρανσης θα πραγματοποιείται κάθε πέντε έως δέκα χρόνια.
Η εξέλιξη της τεχνολογίας δεν έχει σταματήσει ποτέ στον τομέα των μετασχηματιστών βυθισμένων-πετρελαίου. Τα τελευταία χρόνια, η βιομηχανία έχει κάνει πολλές καινοτομίες στην εξοικονόμηση ενέργειας και την προστασία του περιβάλλοντος. Η νέα τεχνολογία υλικών που αντιπροσωπεύεται από πυρήνα άμορφου κράματος σιδήρου μειώνει την απώλεια χωρίς φορτίο του μετασχηματιστή κατά περίπου 60% σε σύγκριση με τα παραδοσιακά προϊόντα πυρήνα από φύλλο σιδήρου από χάλυβα πυριτίου και χρησιμοποιείται όλο και περισσότερο στον μετασχηματισμό του αγροτικού δικτύου ηλεκτρικής ενέργειας και στην αναβάθμιση της αστικής διανομής ηλεκτρικής ενέργειας στην Κίνα. Όσον αφορά τα μέσα μόνωσης, ορισμένοι κατασκευαστές έχουν αναπτύξει νέους φιλικούς προς το περιβάλλον μετασχηματιστές εμβαπτισμένου λαδιού-που χρησιμοποιούν φυτικό λάδι (όπως μονωτικό υγρό φυσικού εστέρα) για να αντικαταστήσουν το παραδοσιακό ορυκτέλαιο. Πάνω από το 98% αυτών των φυτικών ελαίων προέρχονται από ανανεώσιμες πρώτες ύλες και ο ρυθμός βιοαποδόμησης σε 21 ημέρες υπερβαίνει το 98%. Ακόμη και σε περίπτωση ατυχημάτων λόγω διαρροής, δεν έχουν σχεδόν καθόλου ρύπανση στο έδαφος και στα υδάτινα σώματα. Εν τω μεταξύ, το φυτικό λάδι έχει σημείο ανάφλεξης έως και 360 βαθμούς Κελσίου, γεγονός που μειώνει σημαντικά τον κίνδυνο πυρκαγιάς, ειδικά σε ευαίσθητες περιοχές όπως γραφικά σημεία και πηγές νερού με αυστηρές περιβαλλοντικές απαιτήσεις. Όσον αφορά την ευφυΐα, ορισμένοι νέοι μετασχηματιστές{15}}βυθισμένοι σε λάδι έχουν εξοπλιστεί με ελεγκτή θερμοκρασίας επιφάνειας λαδιού και ελεγκτή θερμοκρασίας περιέλιξης, που υποστηρίζει την έξοδο αναλογικού σήματος για απομακρυσμένη παρακολούθηση της θερμοκρασίας λαδιού και της κατάστασης φορτίου. Προστατευτικές συσκευές όπως το ρελέ αερίου και η βαλβίδα εκτόνωσης πίεσης μπορούν επίσης να συνδεθούν στο έξυπνο τερματικό σύστημα του δικτύου διανομής, συνειδητοποιώντας τον γρήγορο εντοπισμό σφαλμάτων και την αυτόματη έγκαιρη προειδοποίηση. Από παγκόσμια σκοπιά, το μέγεθος της αγοράς των μετασχηματιστών βυθισμένου πετρελαίου{18}}έχει ξεπεράσει τα 31,5 δισεκατομμύρια δολάρια έως το 2024 και αναμένεται να φτάσει σχεδόν τα 5,6 δισεκατομμύρια δολάρια έως το 2033, με τον σύνθετο ετήσιο ρυθμό ανάπτυξης να διατηρείται στο 6:7 τοις εκατό. Αυτή η ισχυρή αναπτυξιακή τάση αντανακλά βαθιά την παγκόσμια αύξηση της ζήτησης ενέργειας, την επιταχυνόμενη αστικοποίηση και τη συνεχιζόμενη ζήτηση εξοπλισμού από την κατασκευή νέων ενεργειακών συστημάτων.
Εξετάζοντας το παραδοσιακό προϊόν μετασχηματιστή{0}}βυθισμένου σε λάδι από την οπτική γωνία του προσωπικού εξωτερικού εμπορίου των επιχειρήσεων κατασκευής μετασχηματιστών, μπορεί να φανεί ότι όχι μόνο φέρει την ανάπτυξη συσσώρευσης τεχνολογίας ισχύος για περισσότερο από έναν αιώνα, αλλά επίσης εκπέμπει συνεχώς νέα ζωτικότητα υπό την ώθηση νέων υλικών, νέων διαδικασιών και ευφυΐας. Κατά την επικοινωνία της επιλογής μοντέλου με πελάτες στο εξωτερικό, η υποβολή αυτών των ερωτήσεων μπορεί να βοηθήσει τους υπεύθυνους λήψης αποφάσεων να διευκρινίσουν εάν το σενάριο παροχής ρεύματος είναι κυρίως εξωτερικό και υπόκειται σε υπερβολική ζέστη ή υγρασία; Υπάρχει κάποια μακροπρόθεσμη-συνθήκη πλήρους-φόρτωσης ή ακόμη και σύντομης-χρόνιας υπερφόρτωσης στην καμπύλη φορτίου; Εάν οι μακροπρόθεσμες-πόροι λειτουργίας και συντήρησης του έργου είναι επαρκείς και εάν είναι διαθέσιμες οι προϋποθέσεις για τακτική επιθεώρηση και συντήρηση της ποιότητας του λαδιού; Εάν η απάντηση στις παραπάνω ερωτήσεις τείνει να είναι θετική, ένας μετασχηματιστής-βυθισμένος σε λάδι μπορεί να είναι η πιο οικονομική-απάντηση. Μπορεί να μην είναι τόσο "καθαρός και{9}}φιλικός προς το περιβάλλον" όσο ο μετασχηματιστής ξηρού{10}}τύπου, αλλά με εξαιρετική απαγωγή θερμότητας και αποδεδειγμένη αξιοπιστία, έχει λάβει συντριπτική θέση στο σύστημα ισχύος. Για τους διαχειριστές δικτύου, τους βιομηχανικούς χρήστες και τους επενδυτές νέας ενέργειας σε όλο τον κόσμο, η επιλογή των μετασχηματιστών βυθισμένου πετρελαίου είναι ουσιαστικά ένας αιώνας-αποδεδειγμένη, οικονομικά-λύση ισχύος{14}}.
