Raffreddatori forzati ad olio e acqua forzata per trasformatori

 Raffreddatori dell'olio forzati-(FOC)

(I) Principio di funzionamento

I raffreddatori dell'olio-forzati si basano sulla logica fondamentale della "circolazione forzata + raffreddamento ad aria", interrompendo la dipendenza del raffreddamento a circolazione naturale dell'olio dalla differenza di temperatura. Guidando attivamente il flusso dell'olio per accelerare la circolazione, migliorano significativamente l'efficienza di dissipazione del calore. Secondo lo standard 60076-2:2011 della Commissione Elettrotecnica Internazionale (IEC), il suo metodo di raffreddamento è codificato come OFAF (Oil Forced-Air Forced), che significa circolazione forzata interna dell'olio e circolazione forzata esterna dell'aria. Durante il funzionamento, un'apposita pompa sommersa estrae l'olio caldo dallo strato superiore del serbatoio, lo pressurizza e lo invia al fascio tubiero di dissipazione del calore del corpo refrigerante. Contemporaneamente si avvia la ventola di raffreddamento, costringendo l'aria a fluire rapidamente sulla superficie dei tubi di dissipazione del calore. Attraverso la conduzione e la convezione del calore, il calore dell'olio caldo viene rapidamente trasferito all'aria. L'olio del trasformatore raffreddato ha una temperatura inferiore e una densità maggiore, rifluendo verso il fondo del serbatoio del trasformatore attraverso il tubo di collegamento inferiore per raffreddare nuovamente il nucleo e gli avvolgimenti, formando un circuito completo di dissipazione del calore a circolazione forzata dell'olio che rimuove continuamente il calore generato durante il funzionamento dell'apparecchiatura.

(2) Composizione strutturale

Il radiatore dell'olio forzato è costituito principalmente dal corpo del radiatore, dalla pompa sommergibile, dalla ventola di raffreddamento, dal sistema di tubazioni dell'olio, dalla scatola di controllo elettrica e dai componenti di protezione ausiliaria. Il corpo del refrigeratore adotta in genere una struttura a tubo-alettata, con i tubi di dissipazione del calore realizzati in rame o alluminio-resistente alla corrosione e ad alta-conducibilità termica-in rame o alluminio, alettati esternamente per aumentare l'area di dissipazione del calore. La pompa sommersa, come fonte di energia per la circolazione dell'olio, presenta alta efficienza, bassa rumorosità e resistenza alla corrosione dell'olio, garantendo una circolazione dell'olio stabile. La ventola di raffreddamento è principalmente una ventola a flusso assiale, controllata da un sensore di temperatura, che si avvia solo quando la temperatura dell'olio raggiunge il valore impostato, ottenendo un funzionamento a risparmio energetico. La scatola di controllo elettrica è responsabile del controllo generale della pompa dell'olio e dell'avvio e arresto della ventola e integra anche funzioni di monitoraggio della temperatura e del flusso dell'olio. I componenti di protezione ausiliaria includono indicatori di flusso dell'olio e segnalatori di pressione differenziale, che possono emettere segnali di allarme in caso di guasto della circolazione dell'olio o differenze anomale di pressione dell'olio-acqua, garantendo la sicurezza delle apparecchiature.

(3) Funzionalità principali e scenari applicativi
Il vantaggio principale dei radiatori dell’olio forzato è la loro elevata efficienza di dissipazione del calore. Rispetto ai metodi di raffreddamento ad aria immersa in olio (ONAF), la loro efficienza di dissipazione del calore può essere aumentata di oltre il 30%, in grado di soddisfare le esigenze di dissipazione del calore di grandi trasformatori in condizioni di carico elevato; La struttura è relativamente compatta e può essere montata direttamente sul corpo del trasformatore, con un ingombro ridotto e un moderato carico di lavoro di manutenzione; Forte adattabilità, può regolare la capacità di dissipazione del calore aumentando o diminuendo il numero di dispositivi di raffreddamento in funzione in base ai cambiamenti nel carico del trasformatore e ottenendo la corrispondenza tra carico e dissipazione del calore.

I suoi scenari applicativi si concentrano principalmente su grandi trasformatori ad alta-tensione, in particolare trasformatori di potenza con livelli di tensione di 220 kV e superiori e una capacità di 120 MVA o superiore, ampiamente utilizzati in sottostazioni, centrali elettriche, impianti industriali e altri scenari. In scenari speciali come le stazioni di conversione flessibili di tipo back-to{5}}back a canale medio, vengono utilizzati anche raffreddatori dell'olio forzato a basso-rumore per ridurre il rumore di funzionamento, combinati con pompe sommergibili a basso-rumore, per ridurre al minimo l'impatto del funzionamento delle apparecchiature sull'ambiente circostante.

Raffreddatori ad acqua forzata (FWC) per trasformatori
(1) Principio di funzionamento

Il raffreddatore ad acqua forzata adotta una doppia modalità di raffreddamento forzato di "circolazione forzata dell'olio+raffreddamento ad acqua" e il suo metodo di raffreddamento standard è codificato come OFWF (Oil Forced Water Forced), che significa circolazione forzata dell'olio interno e circolazione forzata dell'acqua esterna. La logica fondamentale è quella di utilizzare l'elevata capacità termica specifica e la conduttività termica dell'acqua rispetto all'aria e ottenere un'efficiente dissipazione del calore attraverso lo scambio di calore olio-acqua. Durante il funzionamento, la pompa dell'olio sommergibile estrae l'olio caldo dal serbatoio dell'olio del trasformatore e lo invia allo scambiatore di calore olio-acqua (corpo più freddo). Allo stesso tempo, la pompa di circolazione dell'acqua pompa l'acqua di raffreddamento (per lo più acqua di circolazione industriale o acqua di fiume) nell'altro canale dello scambiatore di calore. L'olio caldo e l'acqua di raffreddamento scorrono in direzioni opposte all'interno dello scambiatore di calore e, attraverso la conduzione termica, il calore nell'olio caldo viene rapidamente trasferito all'acqua di raffreddamento; L'olio del trasformatore raffreddato ritorna al serbatoio dell'olio per continuare a partecipare al ciclo di raffreddamento, mentre l'acqua di raffreddamento che assorbe il calore viene scaricata dal refrigeratore. Dopo il successivo trattamento di raffreddamento, può essere riciclato o scaricato direttamente, formando un doppio circuito di raffreddamento di “circolazione olio+circolazione acqua”.

Vale la pena notare che durante il funzionamento è necessario assicurarsi che la pressione dell'olio sia superiore alla pressione dell'acqua. Se il tubo dello scambiatore di calore si rompe e l'acqua penetra nell'olio del trasformatore, ciò causerà danni all'isolamento e causerà incidenti catastrofici. Pertanto, questo sistema ha requisiti estremamente elevati per le prestazioni di tenuta.

(2) Composizione strutturale La struttura di un raffreddatore ad acqua forzata è più complessa di quella di un raffreddatore a olio forzato, essendo costituita principalmente dal corpo del refrigeratore, dalla pompa dell'olio sommergibile, dalla pompa di circolazione dell'acqua, dal sistema di tubazioni dell'olio-dell'acqua, dal quadro di controllo elettrico e dai dispositivi di protezione di sicurezza. Il corpo del radiatore (scambiatore di calore olio-acqua) comprende una camera dell'olio e due camere dell'acqua. La camera dell'olio è riempita di tubi di raffreddamento fitti, attraverso i quali scorre l'acqua di raffreddamento. La camera dell'olio esterna è divisa in diversi canali da deflettori, garantendo che l'olio caldo scorra tortuosamente attraverso la superficie dei tubi di raffreddamento, migliorando l'efficienza dello scambio termico. La camera dell'acqua è divisa in camere superiore e inferiore, con la camera dell'acqua inferiore ulteriormente divisa in due cavità, consentendo all'acqua di raffreddamento di fluire in modo bidirezionale, migliorando ulteriormente la dissipazione del calore. Il sistema di tubazioni dell'olio-dell'acqua è dotato di valvole, filtri e altri componenti per regolare la portata dell'olio e dell'acqua, filtrare le impurità e prevenire il blocco dei tubi. Oltre agli indicatori del flusso dell'olio e ai segnali di pressione differenziale, i dispositivi di protezione di sicurezza includono componenti di monitoraggio del livello dell'acqua e della pressione dell'acqua per monitorare lo stato operativo del sistema di circolazione dell'acqua in tempo reale e rilevare tempestivamente perdite, carenza d'acqua e altri problemi.

(3) Funzionalità principali e scenari applicativi

Il più grande vantaggio dei raffreddatori ad acqua forzata è la loro efficienza estremamente elevata di dissipazione del calore. A parità di capacità di raffreddamento, il loro volume è molto più piccolo dei raffreddatori ad olio forzato, sono più leggeri e funzionano con un rumore più basso (nessun rumore della ventola), facilitando l'installazione interna e rendendoli adatti a scenari con severi requisiti di rumore e spazio. Allo stesso tempo, il loro effetto di dissipazione del calore è meno influenzato dalla temperatura ambiente, mantenendo prestazioni di dissipazione del calore stabili in ambienti ad alta-temperatura, rendendoli adatti per trasformatori che operano in condizioni di carico elevato e alta temperatura.

I loro limiti risiedono principalmente nell'elevata complessità del sistema, negli elevati requisiti di qualità dell'acqua di raffreddamento e stabilità di fornitura, nella necessità di una manutenzione regolare del sistema di circolazione dell'acqua, nel rifornimento dell'acqua di raffreddamento, nell'aggiunta di antigelo e nella pulizia degli scambiatori di calore; e la durata relativamente breve dei sistemi-raffreddati ad acqua, che rende difficile raggiungere la stessa durata del trasformatore (in genere 40 anni di vita fisica), aumentando i costi di manutenzione successivi e la frequenza di sostituzione delle apparecchiature.

Gli scenari applicativi sono concentrati principalmente in aree con abbondanti risorse idriche e facile drenaggio, come i trasformatori principali negli edifici delle centrali idroelettriche; e in luoghi con spazio limitato e severi requisiti di rumore, come sottostazioni sotterranee, sottostazioni nelle aree centrali urbane e data center. Possono essere utilizzati anche per il raffreddamento di trasformatori di capacità ultra-grande per soddisfare le esigenze di dissipazione del calore in condizioni di carichi estremi.

Essendo le apparecchiature di raffreddamento principali dei trasformatori, i raffreddatori ad olio forzato e i raffreddatori ad acqua forzata, con le loro strutture e prestazioni uniche, sono adattati a diversi scenari applicativi e forniscono congiuntamente garanzie per il funzionamento sicuro e stabile dei trasformatori. I radiatori dell'olio forzato sono diventati la scelta di raffreddamento principale per i trasformatori di grandi dimensioni grazie alla loro struttura semplice, alla manutenzione conveniente e alla forte adattabilità; I raffreddatori ad acqua forzata svolgono un ruolo insostituibile in scenari speciali grazie alla loro elevata efficienza nella dissipazione del calore, bassa rumorosità e compattezza.

Con il continuo sviluppo del sistema energetico, la tecnologia dei raffreddatori continuerà a essere ottimizzata e l’intelligenza, l’efficienza e il risparmio energetico diventeranno la direzione principale dello sviluppo in futuro. Nelle applicazioni pratiche, è necessario selezionare e standardizzare scientificamente la manutenzione in base a fattori quali i requisiti operativi e l'ambiente di installazione dei trasformatori, sfruttare appieno l'efficienza di dissipazione del calore dei sistemi di raffreddamento, prolungare la durata dei trasformatori, garantire il funzionamento sicuro, efficiente e stabile dei sistemi di alimentazione e fornire un solido supporto per la trasmissione e la fornitura di potenza.