Системы охлаждения трансформаторов

Система охлаждения трансформатора под ключ

Трансформатор греется всегда, даже на холостом ходу. От 0,5 до 1,5 % проходящей через него мощности превращается в тепло в обмотках и магнитопроводе. Для трансформатора на 40 МВА это около 200 кВт, которые нужно отводить круглосуточно. Если тепло остаётся внутри, изоляция стареет быстрее, и аппарат, рассчитанный на 25 лет и больше, выходит из строя значительно раньше.

Компания «Термоком» проектирует, поставляет и монтирует системы охлаждения трансформаторов для подстанций, промышленных предприятий, солнечных и ветровых станций, дата-центров. Мы работаем с внешним контуром отвода тепла: драйкулерами, адиабатическими охладителями, закрытыми градирнями, теплообменниками масло-вода, насосными модулями и автоматикой.

Ниже объясняем, какие бывают схемы, какое оборудование для них нужно и что понадобится для расчёта.

Зачем нужно охлаждение трансформатора

Ресурс трансформатора зависит от состояния бумажно-масляной изоляции обмоток. Энергетики пользуются шестиградусным правилом: каждые дополнительные 6 °C в наиболее нагретой точке обмотки сокращают срок службы изоляции примерно вдвое. Перегрев на 12 °C означает, что изоляция стареет вчетверо быстрее. Поэтому охлаждение трансформатора напрямую определяет, сколько он прослужит.

Есть и другие последствия перегрева:

• масло окисляется, в нём накапливаются шлам и влага, падает пробивное напряжение;
• срабатывает тепловая защита, и трансформатор приходится разгружать именно в часы наибольшего потребления;
• растёт сопротивление обмоток, а вместе с ним и потери электроэнергии;
• уплотнения твердеют, появляются течи.

Допустимая температура масла зависит от схемы охлаждения:

Это значения из правил технической эксплуатации для номинальной нагрузки. Для конкретного трансформатора действуют требования завода-изготовителя, и они могут быть строже.

Виды систем охлаждения трансформаторов

Схему охлаждения закладывает завод, и она зашифрована в маркировке: ТМ, ТДН, ТДЦ, ТЦ, ТСЗ. Чем больше мощность, тем активнее приходится отводить тепло.

Для самых мощных трансформаторов есть варианты с направленным потоком масла в обмотках: НДЦ и НЦ.

Сухие трансформаторы: охлаждение помещения

Сухие трансформаторы с литой изоляцией ставят в помещениях: цеховых подстанциях, ТП бизнес-центров, дата-центрах. Всё тепло от них остаётся в комнате. Трансформатор на 1000 кВА выделяет 11–13 кВт, и без воздухообмена температура в камере быстро превышает допустимые 40 °C.

Здесь охлаждение трансформаторов сводится к работе с воздухом в помещении. Если есть доступ к наружному воздуху, ставят приточно-вытяжную вентиляцию с фильтрами. Если камера в подвале или в глубине здания, тепло снимает система кондиционирования: прецизионные кондиционеры или фанкойлы.

Масляные трансформаторы с системами М и Д

В системах М и Д охлаждение встроено в конструкцию: радиаторы на баке, а в системе Д ещё и вентиляторы под ними. Дополнительное оборудование требуется редко. Исключение составляют трансформаторы в закрытых камерах и шумозащитных кожухах, где радиаторам не хватает воздуха. Тогда камеру оборудуют принудительной вентиляцией или выносят тепло наружу через промежуточный контур.

Система охлаждения ДЦ

Система охлаждения ДЦ сочетает дутьё с принудительной циркуляцией масла. Она состоит из отдельных охладителей, подключённых к баку маслопроводами. Каждый имеет калорифер из оребрённых труб, два осевых вентилятора, собственный электронасос и фильтр. Насос забирает горячее масло из верхней части бака, прогоняет его через калорифер и возвращает в нижнюю часть, а вентиляторы продувают калорифер воздухом.

Охладители бывают навесные, выносные и групповые. Типовой ДЦ-180 снимает 180 кВт при разнице 35 °C между маслом и воздухом, групповые установки рассчитаны на 540 и 748 кВт. Поэтому трансформатор на 63 МВА и больше обходится несколькими компактными охладителями вместо батареи радиаторов.

За компактность приходится платить зависимостью от электричества: без насосов и вентиляторов трансформатор под нагрузкой работать не может. Правила эксплуатации допускают после остановки охлаждения работу с номинальной нагрузкой около 10 минут. Поэтому система охлаждения ДЦ всегда имеет резервный охладитель, два независимых ввода питания и шкаф автоматического управления.

К нам с системой ДЦ обращаются, когда охладители изношены и текут, когда вентиляторы шумят рядом с жилой застройкой или когда трансформатор переносят в закрытое помещение. В двух последних случаях масловоздушные охладители заменяем теплообменником масло-вода, а тепло сбрасывает драйкулер на крыше или удалённой площадке. Драйкулер рассчитываем на ту же тепловую мощность, которую снимали штатные охладители, а саму переделку согласовываем с заводом-изготовителем трансформатора.

Масляно-водяное охлаждение (система Ц)

В системе Ц масло охлаждает вода. Она забирает тепло намного лучше воздуха, поэтому теплообменник занимает мало места и почти не шумит. Такую схему применяют на ГЭС и ТЭС, в подземных и встроенных подстанциях, для печных и преобразовательных трансформаторов в металлургии.

Раньше воду брали из реки или из оборотного цикла с открытой градирней. Такая вода приносит накипь и ил, а пробитая трубка означает воду в масле. Сегодня ставят замкнутый контур с водогликолевой смесью, которую охлаждает драйкулер или закрытая градирня. Теплоноситель остаётся чистым и зимой не замерзает. Давление масла держат выше давления воды, поэтому при неплотности масло попадёт в воду, а влага в бак не зайдёт.

Как подобрать оборудование для охлаждения трансформаторов

Система охлаждения трансформатора с внешним контуром собирается из нескольких узлов. Это наружный охладитель, теплообменник масло-вода, насосный модуль и автоматика. Выбор охладителя зависит от климата, площади площадки и нужной температуры теплоносителя.

Драйкулеры

Драйкулер охлаждает теплоноситель наружным воздухом: жидкость идёт по трубкам, вентиляторы продувают оребрение. Воду он не расходует, химической обработки не требует, а обслуживание сводится к мойке теплообменника и проверке вентиляторов.

Для трансформаторов он подходит и по температурному режиму. Масло имеет 60–70 °C, поэтому даже при +35 °C на улице разницы температур хватает. Ограничение одно: теплоноситель не станет холоднее воздуха. Обычно он выходит на 5–10 °C теплее, и расчёт ведут на самый жаркий день в регионе.

Адиабатические охладители и закрытые градирни

Если сухого охлаждения летом мало, есть два варианта. Адиабатический охладитель в жару увлажняет воздух перед теплообменником и снижает его температуру на несколько градусов, а остальное время года работает как обычный драйкулер. Закрытая градирня орошает змеевик водой и охлаждает теплоноситель до температуры на 3–4 °C выше температуры мокрого термометра. С единицы площади она снимает больше всего тепла, но требует подпитки и водоподготовки для контура орошения. Зимой градирни Baltimore переходят в сухой режим.

Теплообменники масло-вода

Теплообменник разделяет масляный и водяной контуры. Для трансформаторного масла чаще берут кожухотрубные аппараты: они выдерживают вязкую среду и перепады давления и служат 15–25 лет. Разборные пластинчатые компактнее, для масла их комплектуют уплотнениями NBR. На ответственных объектах советуем исполнение с двойной стенкой и датчиком протечки.

Гидромодули и автоматика

Насосную часть собираем как гидромодуль заводской готовности: рабочий и резервный насосы, расширительный бак, фильтры, арматура, щит управления. Автоматика регулирует обороты вентиляторов и трёхходовой клапан по температуре масла, чтобы зимой его не переохладить. Аварийные сигналы она передаёт в диспетчерскую систему объекта.

Какие данные нужны для расчёта

Чтобы подобрать систему, достаточно паспорта трансформатора и нескольких сведений о площадке:

• тип и мощность трансформатора, существующая схема охлаждения;
• потери холостого хода и короткого замыкания из паспорта (их сумма даёт тепловую нагрузку);
• режим работы: ровная нагрузка или суточные пики, допустимые перегрузки;
• место установки: на улице, в камере, под землёй;
• где можно поставить наружный блок и какая длина трасс до него;
• ограничения по шуму, наличие технической воды;
• требования к резервированию.

Если паспорта нет, инженер выезжает на объект и снимает фактические температуры и нагрузки.

Из чего складывается цена системы охлаждения трансформатора

Главный фактор цены: тепловая нагрузка в киловаттах. Дальше на бюджет влияют:

• схема: промежуточный контур с теплообменником стоит дороже прямого подключения;
• тип наружного блока: драйкулер дешевле в эксплуатации, закрытая градирня компактнее;
• резервирование: второй насос, запасная секция охлаждения, второй ввод питания;
• малошумные вентиляторы с плавной регулировкой оборотов;
• длина трасс и объём гликоля;
• автоматика и интеграция с диспетчерской системой.

Точную сумму называем после теплового расчёта. Сравнивать её стоит с ценой самого трансформатора и простоя: новый мощный трансформатор изготавливают месяцами.

Выбор схемы зависит от типа трансформатора, места установки и климата. Для сухих трансформаторов вопрос закрывает вентиляция или кондиционирование помещения. Для масляных с системами ДЦ и Ц решением становится внешний контур с драйкулером, а в жарких регионах с адиабатическим охладителем или закрытой градирней. Системы охлаждения трансформаторов мы рассчитываем под конкретный паспорт и площадку, без типовых комплектов «на глаз».

Отправьте паспорт трансформатора и план площадки, и инженер «Термоком» сделает тепловой расчёт и предложит комплектацию с ценами.