Wat is een volledig gesloten distributietransformator

In moderne distributienetwerken, of het nu in woonwijken, commerciële centra of industrieparken is, zie je een soort stroomapparatuur met een ronde vorm en zonder traditioneel 'groot oliekussen': volledig afgedichte distributietransformatoren. Met zijn unieke gesloten structuur en onderhoudsvrije eigenschappen vervangt hij geleidelijk de traditionele open olie-ondergedompelde transformator en wordt hij de mainstream keuze voor upgrades van het elektriciteitsnet in de stad en op het platteland.

I. Wat is een volledig gesloten distributietransformator?

Een volledig afgedichte distributietransformator is een in olie ondergedompelde vermogenstransformator met een volledig gelaste en afgedichte olietank. Het grootste uiterlijke verschil tussen deze transformatoren en traditionele transformatoren is dat de olieconservator (oliekussen) en vochtabsorber (gasmasker) zijn geëlimineerd. Het deksel en de rand van de doos hebben meestal een gelaste of permanent afgedichte structuur om de interne transformatorolie volledig te isoleren van de atmosfeer van de externe omgeving.

Het compenseert automatisch de uitzetting en inkrimping van het olievolume veroorzaakt door veranderingen in de belasting en temperatuurstijgingen en -dalingen door de elastische uitzetting en inkrimping van de gegolfde olietankwand of expansieradiator, waardoor het binnendringen van lucht en vocht volledig wordt geblokkeerd terwijl de interne druk stabiel blijft.

II. Technische kernprincipes

1. Afdichtingsstructuur

• Brandstoftankafdichting

Het afdichten van olietanks van een volledig afgedichte distributietransformator is een van de kerntechnologieën, die voornamelijk wordt bereikt door het gebruik van hoogwaardige afdichtingsmaterialen en geavanceerde afdichtingsprocessen. Als het belangrijkste dragende onderdeel van de transformator hebben de afdichtingsprestaties van de olietank rechtstreeks invloed op de beschermingsmogelijkheden van de apparatuur en de operationele betrouwbaarheid op de lange termijn. Normaal gesproken wordt de brandstoftank afgedicht met rubberen pakkingen of metalen pakkingen in combinatie met zeer sterke bouten om ervoor te zorgen dat de binnenkant van de brandstoftank volledig geïsoleerd is van de buitenomgeving. Deze afdichtingsmethode kan niet alleen effectief voorkomen dat vocht, stof en andere corrosieve media de binnenkant van de tank binnendringen, maar verlicht ook tot op zekere hoogte de impact van interne drukveranderingen veroorzaakt door de stijging van de temperatuur van de transformatorolie op de tankstructuur. Bovendien is de keuze van afdichtingsmaterialen van cruciaal belang en moeten de oliebestendigheid, hoge temperatuurbestendigheid en anti-verouderingseigenschappen uitgebreid in overweging worden genomen. Nitrilrubber wordt bijvoorbeeld veel gebruikt in de olietankafdichting van volledig afgedichte distributietransformatoren vanwege de uitstekende oliebestendigheid en mechanische sterkte. Onderzoek toont aan dat een redelijk tankafdichtingsontwerp het beschermingsniveau van de transformator aanzienlijk kan verbeteren en het uitvalpercentage als gevolg van externe omgevingsfactoren kan verminderen.

• Afdichten van verbindingsdelen

Naast de afdichting van de olietank spelen ook de afdichtingsmaatregelen van elk verbindingsdeel van de transformator een beslissende rol in de algehele afdichtingsprestatie. De verbindingscomponenten van een volledig afgedichte distributietransformator omvatten voornamelijk bussen, kraanwisselaars, koelapparaten, enz. Deze componenten kunnen afdichtingsfouten veroorzaken als gevolg van trillingen, temperatuurveranderingen en andere factoren tijdens bedrijf. Om deze reden wordt meestal een meerlaagse afdichtingsstructuur in combinatie met zeer sterke bevestigingsmiddelen gebruikt om de afdichtingsbetrouwbaarheid van het verbindingsdeel te garanderen. Zo wordt bij de verbinding tussen de behuizing en de olietank vaak gebruik gemaakt van een "O"-vormige afdichtring en een metalen flens om de afdichtende werking te vergroten. Voor bewegende delen zoals kraanwisselaars is een dynamisch afdichtingsontwerp vereist om zich aan te passen aan hun kleine verplaatsing tijdens bedrijf. Bovendien moet het afdichtingsmateriaal van de verbindingsdelen een goede elasticiteit en corrosiebestendigheid hebben om bestand te zijn tegen de complexe werkomgeving. Studies hebben aangetoond dat een wetenschappelijk en redelijk afdichtingsontwerp van verbindingsonderdelen niet alleen de algehele afdichtingsprestaties van de transformator kan verbeteren, maar ook de kans op veelvoorkomende fouten zoals olielekkage effectief kan verminderen.

2. Isolatiesysteem

• Isolatiemateriaalkeuze

Het isolatiesysteem van een volledig afgedichte distributietransformator is de belangrijkste garantie voor zijn elektrische prestaties, en de selectie van isolatiematerialen heeft rechtstreeks invloed op de isolatieprestaties en operationele betrouwbaarheid. In praktische toepassingen omvatten veelgebruikte isolatiematerialen voornamelijk met minerale olie geïmpregneerd papier, epoxyhars en polyesterfilm. Elk van deze materialen heeft zijn eigen kenmerken en is geschikt voor verschillende werkscenario’s. Met minerale olie geïmpregneerd papier wordt bijvoorbeeld veel gebruikt in het isolatiesysteem van traditionele distributietransformatoren vanwege de goede isolatie-eigenschappen en thermische stabiliteit; terwijl epoxyhars een belangrijke rol speelt in droge transformatoren vanwege zijn uitstekende mechanische sterkte en chemische corrosieweerstand. Voor volledig afgedichte distributietransformatoren moet bij de selectie van isolatiematerialen rekening worden gehouden met de bijzonderheden van de werkomgeving, zoals vochtigheid, temperatuurveranderingsbereik en belastingsomstandigheden. Naarmate de eisen op het gebied van milieubescherming steeds strenger worden, zijn bovendien nieuwe milieuvriendelijke isolatiematerialen zoals halogeenvrij en rookarm halogeenvrij geleidelijk een onderzoekshotspot geworden. Uit onderzoek blijkt dat een rationele keuze van isolatiematerialen niet alleen de isolatieprestaties van de transformator kan verbeteren, maar ook de levensduur ervan kan verlengen en de onderhoudskosten kan verlagen.

• Ontwerp van isolatiestructuur

Het ontwerp van de isolatiestructuur is een belangrijk onderdeel van het isolatiesysteem van de volledig gesloten distributietransformator. De redelijke lay-out en het wetenschappelijke ontwerp houden rechtstreeks verband met de elektrische prestaties en operationele veiligheid van de transformator. In praktische toepassingen neemt de isolatiestructuur meestal een gelaagd ontwerp aan om een ​​efficiënte isolatie tussen componenten met verschillende potenties te bereiken. Er worden bijvoorbeeld meerdere lagen isolatiepapier tussen de wikkelingen en de kern geplaatst om de elektrische isolatiesterkte te vergroten; Tegelijkertijd worden isolerende scheidingswanden gebruikt om de hoogspanningswikkelingen en laagspanningswikkelingen te scheiden om het optreden van gedeeltelijke ontlading te voorkomen. Bovendien moet bij het ontwerp van de isolatiestructuur ook volledig rekening worden gehouden met de thermische spanning en mechanische spanning waarmee de transformator tijdens bedrijf te maken kan krijgen, om de stabiliteit ervan onder complexe werkomstandigheden te garanderen. Onderzoek toont aan dat het optimaliseren van het ontwerp van de isolatiestructuur niet alleen de isolatieprestaties van de transformator kan verbeteren, maar ook het uitvalpercentage veroorzaakt door isolatiefouten effectief kan verminderen. Vooral in gebieden op grote hoogte moet het ontwerp van de isolatiestructuur, omdat de ijle lucht leidt tot een afname van de elektrische sterkte, specifiek worden aangepast om te voldoen aan de bedrijfsvereisten in speciale omgevingen.

3. Warmteafvoermechanisme

• Natuurlijke warmteafvoer

Het warmteafvoermechanisme van een volledig gesloten distributietransformator is een belangrijke garantie voor de normale werking ervan. De natuurlijke warmteafvoermethode wordt veel gebruikt in kleine en middelgrote transformatoren vanwege de eenvoudige en betrouwbare eigenschappen. Natuurlijke warmteafvoer is voornamelijk afhankelijk van thermische straling en convectie op het oppervlak van de transformatortank om de binnen gegenereerde warmte over te dragen aan de omgeving. Wanneer de transformator in werking is, wordt de door de wikkelingen en de ijzeren kern gegenereerde warmte eerst door warmtegeleiding naar de binnenwand van de olietank overgebracht en vervolgens via thermische straling en luchtconvectie op het oppervlak van de olietank naar de omgeving afgevoerd. Om de natuurlijke warmtedissipatie-efficiëntie te verbeteren, worden gewoonlijk koellichamen of gegolfde structuren op het oppervlak van de brandstoftank aangebracht om het warmtedissipatiegebied te vergroten en het convectie-warmteoverdrachtseffect te versterken. Bovendien moet bij het ontwerp van het koellichaam uitgebreid rekening worden gehouden met factoren zoals de thermische geleidbaarheid, de vormcoëfficiënt en de lay-out van het materiaal om optimale warmteafvoerprestaties te bereiken. Onderzoek toont aan dat een redelijk ontwerp voor natuurlijke warmteafvoer niet alleen de veilige werking van de transformator onder nominale belasting kan garanderen, maar ook de levensduur ervan effectief kan verlengen.

• Geforceerde koeling (indien aanwezig)

Voor volledig afgedichte distributietransformatoren die met een grote capaciteit of hoge belasting werken, kan natuurlijke warmtedissipatie alleen mogelijk niet aan de warmtedissipatiebehoeften voldoen. In dit geval moeten geforceerde warmtedissipatiemethoden worden geïntroduceerd om de warmtedissipatiemogelijkheden te verbeteren. Geforceerde warmteafvoer wordt meestal bereikt door hulpapparatuur zoals ventilatoren en oliepompen, en de geforceerde circulatie van koelmedia (zoals lucht of transformatorolie) wordt gebruikt om de overdracht en afvoer van warmte te versnellen. In sommige toepassingsscenario's met hoge belasting kunnen luchtgekoelde radiatoren bijvoorbeeld worden gebruikt om de luchtstroom door ventilatoren te stimuleren, waardoor de efficiëntie van de warmteafvoer aanzienlijk wordt verbeterd. Bij extra grote transformatoren worden vaak koelsystemen met geforceerde oliecirculatie gebruikt om hete olie via een oliepomp naar een externe koeler te transporteren om te koelen en vervolgens terug te stromen naar de transformator. Het voordeel van de geforceerde koelingsmethode is het sterke warmteafvoervermogen en de snelle reactiesnelheid, maar het heeft ook de nadelen van een hoog energieverbruik en ingewikkeld onderhoud. Daarom moet in praktische toepassingen een redelijke selectie worden gemaakt op basis van de capaciteit, de bedrijfsomgeving en de belastingskarakteristieken van de transformator om een ​​evenwicht te bereiken tussen warmteafvoerprestaties en zuinigheid.

III. Kernvoordelen vergeleken met traditionele transformatoren

• Aanzienlijk langere levensduur: Omdat zuurstof en vocht niet kunnen binnendringen, wordt de verouderingssnelheid van isolatieolie met meer dan 50% verminderd, wordt de afbraak van papieren isolatiematerialen vertraagd en kan de ontwerplevensduur 20 tot 30 jaar bedragen.
• Werkelijk onderhoudsvrij: tijdens gebruik zijn er geen regelmatige kerninspecties nodig, hoeft u het droogmiddel van het ademhalingsapparaat niet te vervangen, hoeft u geen olie bij te vullen of olie te filteren, zijn alleen externe inspecties vereist en worden de bedienings- en onderhoudskosten met meer dan 60% verlaagd. Het is vooral geschikt voor installatie op plaatsen met lastig transport of onbeheerde situaties.
• Hoge betrouwbaarheid en aanpassingsvermogen aan de omgeving: het beschermingsniveau kan IP67 bereiken en is bestand tegen stof, zoutnevel, vochtigheid en corrosieve kustomgevingen, en kan zelfs werken als het gedurende korte tijd in water wordt ondergedompeld. Tegelijkertijd neemt het, omdat er geen olieconservator is, een kleiner oppervlak in beslag en heeft het een hogere mechanische sterkte tegen kortsluiting.
• Veiligheid en milieubescherming: de olie is geïsoleerd van de lucht, waardoor het risico op slib- en brandgevaar door olie-oxidatie wordt verminderd en ook wordt voorkomen dat olie de externe omgeving vervuilt.

IV. Beperkingen en opmerkingen

• De initiële kosten zijn iets hoger: de productielijn voor gegolfde olietanks en de technologie voor elastische platen zijn complex en de kosten zijn ongeveer 15% tot 20% hoger dan die van gewone transformatoren met dezelfde capaciteit, maar het is vaak kosteneffectiever in termen van totale levenscycluskosten (TCO).
• Onderhoud is moeilijk: zodra laslekkage optreedt, is het moeilijk om deze net zo gemakkelijk vast te draaien als een boutverbinding ter plaatse, en moet deze meestal voor reparatie naar de fabriek worden teruggestuurd; en sommige modellen hebben geen externe transparante oliepeilmeter, dus er is een sondestaaf nodig om het oliepeil te detecteren, en de monitoring is niet zo intuïtief als traditionele.
• Inspectiepunten vóór gebruik: Zorg ervoor dat u vóór installatie en gebruik de vaste transportdrukplaat (afdichtingspen) op het overdrukventiel verwijdert, anders kan de druk niet worden vrijgegeven als de interne druk abnormaal is, waardoor de tank kan vervormen.

V. Belangrijkste toepassingsscenario's

Volledig afgedichte distributietransformatoren worden veel gebruikt in:

• Stedelijk en residentieel distributienetwerk: woonwijken, commerciële complexen, ondergrondse stroomverdeelruimtes (hoge vochtbestendigheidseisen);
• Gebieden met een ruwe omgeving: kustgebieden met zoutnevel, chemische industrieparken, mijnen, gebieden op grote hoogte en met een hoge luchtvochtigheid;
• Nieuwe energie en buitenwijken: fotovoltaïsche/windmolenparken, transformatie van het elektriciteitsnet op het platteland, distributietransformatoren in bergachtige gebieden (waar onderhoud lastig is);
• Box-type substation: Als ingebouwde kerneenheid bespaart het ruimte en verbetert het de algehele afdichting.

Met de popularisering van S20, SH15 en andere amorfe legeringen en hoogefficiënte siliciumstaalplaatproducten, worden volledig afgedichte distributietransformatoren een stabielere en zorgeloze "onzichtbare bewaker" in het distributienetwerk, aangedreven door de dubbele drang van energiebesparing en verbruiksreductie ("dual carbon" achtergrond) en intelligente bediening en onderhoud.