Распределительный трансформатор с 3D-обмоткой на сердечнике, 10 кВ, типов S13/S20/S22-MRL

Выбор между методами охлаждения ONAN (естественная циркуляция масла и естественное воздушное охлаждение) и ONAF (естественная циркуляция масла и принудительное воздушное охлаждение) для масляных трансформаторов с трехмерной обмоткой Kete в основном зависит от соответствия между требованиями к теплоотводу трансформатора и фактическими условиями теплоотвода. В частности, это можно всесторонне оценить по следующим 5 ключевым параметрам:

①Номинальная мощность трансформатора и тепловыделение за счет потерь

Это самая основная предпосылка. Тепло, выделяемое трансформатором, в основном обусловлено потерями в меди (потери под нагрузкой) и потерями в железе (потери в холостом состоянии). Чем больше мощность, тем выше потери и тем больше потребность в отводе тепла:

·Трансформаторы малой мощности (с низкими потерями):

При небольшой номинальной мощности (например, ≤500 кВА для класса 10 кВ, ≤1000 кВА для класса 35 кВ) количество тепла, выделяемого в результате потерь, незначительно. Тепло может отводиться за счёт естественной конвекции трансформаторного масла (горячее масло поднимается, холодное опускается) и естественной конвекции между корпусом/радиатором и воздухом, без необходимости использования дополнительного охлаждающего оборудования. Поэтому предпочтительным является вариант ONAN.

·Трансформаторы средней и большой мощности (с высокими потерями):

Когда мощность превышает указанный выше диапазон (например, ≥800 кВА для класса 10 кВ, ≥1600 кВА для класса 35 кВ), потери значительно возрастают, и скорость естественного отвода тепла не может компенсировать выделяемое тепло. Это может привести к превышению температуры масла предельных значений, установленных национальными стандартами (обычно максимальный нагрев масла ≤55 К или 60 К). В таких случаях необходимо использовать вентиляторы для принудительной циркуляции воздуха и ускорения отвода тепла, поэтому выбирается система ONAF.

②Рабочие нагрузочные характеристики

Фактическая степень загрузки и режим работы трансформатора напрямую влияют на требования к теплоотводу:

·Низкая интенсивность нагрузки или прерывистый режим работы:

Если трансформатор в течение длительного времени работает при небольшой нагрузке (коэффициент загрузки < 50%) или включается только во время кратковременных пиковых нагрузок (например, распределительные трансформаторы в сельской местности), то даже при слегка завышенной мощности фактическое тепловыделение будет низким. Естественная теплоотдача ONAN способна удовлетворить потребности, и нет необходимости тратить энергию на вентиляторы. Таким образом, выбор падает на ONAN.

·Высокая скорость нагрузки или непрерывная работа при полной нагрузке:

В случае трансформаторов, установленных в промышленных парках, распределительных сетях городских центров и на другом оборудовании, которое длительное время работает при полной нагрузке или подвержено значительным колебаниям нагрузки (требующим выдерживать кратковременные перегрузки), тепловыделение остается высоким. Система ONAN не способна удовлетворить требованиям по отводу тепла, поэтому необходимо принудительное воздушное охлаждение ONAF с помощью вентиляторов. Даже во время перегрузки вентиляторы могут повысить теплоотводную способность (обычно обеспечивая кратковременную перегрузку в диапазоне 10%–20%). Поэтому выбирается система ONAF.

③Условия установки и условия теплоотвода

Факторы окружающей среды напрямую влияют на эффективность естественного отвода тепла, поэтому методы охлаждения необходимо подбирать с учетом конкретных условий:

·Хорошо проветриваемые помещения и помещения с низкой температурой:

Если трансформатор установлен на открытой площадке под открытым небом, в высокогорных районах (с низкой плотностью воздуха, но хорошей вентиляцией) или в холодных регионах, эффективность отвода тепла за счет естественной конвекции будет высокой. Даже если мощность близка к критическому значению, можно отдать предпочтение системе ONAN.

·Плохо проветриваемые помещения и условия с высокой температурой:

При установке в закрытых распределительных помещениях, подвалах, тропических регионах или в промышленных условиях с сильным загрязнением пылью или маслом естественное отведение тепла затрудняется. Даже при незначительно меньшей мощности температура масла может чрезмерно повышаться из-за неблагоприятных условий отвода тепла. В таких случаях необходимо перейти на систему ONAF, чтобы компенсировать неблагоприятные условия окружающей среды за счет принудительной циркуляции воздуха с помощью вентиляторов.

④Стоимость и требования к техническому обслуживанию

Между этими двумя методами охлаждения существуют значительные различия в первоначальных затратах и затратах на эксплуатацию и техническое обслуживание:

·Преимущества ONAN:

В нем отсутствуют вентиляторы и схемы управления, что обеспечивает более простую конструкцию. Первоначальная стоимость приобретения невысока (5%-10% ниже, чем у ONAF той же мощности), а также отсутствует необходимость в техническом обслуживании двигателя, благодаря чему затраты на долгосрочную эксплуатацию и техническое обслуживание практически равны нулю. Он подходит для сценариев, где важна экономия и ресурсы на техническое обслуживание ограничены (например, сельские электросети, малые потребительские трансформаторы).

·Недостатки и необходимость создания ONAF:

Это требует дополнительной настройки вентиляторов, термостатов и цепей питания, что приводит к более высоким первоначальным затратам. Двигатели вентиляторов нуждаются в регулярном осмотре (очистка от пыли, смазка подшипников), что сопряжено с определенной нагрузкой на техническое обслуживание и потреблением энергии (мощность вентиляторов обычно составляет от десятков до сотен ватт). Однако для трансформаторов средней и большой мощности или трансформаторов с недостаточными условиями теплоотвода эти затраты необходимо понести для обеспечения безопасной эксплуатации. Таким образом, система ONAF является “необходимым выбором”, а не “выбором с приоритетом на снижение затрат”.”