Системи охолодження трансформаторів

Система охолодження трансформатора під ключ

Трансформатор гріється завжди, навіть на холостому ході. Від 0,5 до 1,5 % потужності, що проходить через нього, перетворюється на тепло в обмотках і магнітопроводі. Для трансформатора на 40 МВА це близько 200 кВт, які треба відводити цілодобово. Якщо тепло лишається всередині, ізоляція старіє швидше, і апарат, розрахований на 25 років і більше, виходить з ладу значно раніше.

Компанія «Термоком» проєктує, постачає і монтує системи охолодження трансформаторів для підстанцій, промислових підприємств, сонячних і вітрових станцій, дата-центрів. Ми працюємо із зовнішнім контуром відведення тепла: драйкулерами, адіабатичними охолоджувачами, закритими градирнями, теплообмінниками масло-вода, насосними модулями та автоматикою.

Нижче пояснюємо, які бувають схеми, яке обладнання під них потрібне і що знадобиться для розрахунку.

Навіщо потрібне охолодження трансформатора

Ресурс трансформатора залежить від стану паперово-масляної ізоляції обмоток. Енергетики користуються шестиградусним правилом: кожні додаткові 6 °C у найгарячішій точці обмотки скорочують строк служби ізоляції приблизно вдвічі. Перегрів на 12 °C означає, що ізоляція старіє вчетверо швидше.

Є й інші наслідки перегріву:

• масло окислюється, у ньому накопичуються шлам і волога, падає пробивна напруга;
• спрацьовує тепловий захист, і трансформатор доводиться розвантажувати саме в години найбільшого споживання;
• зростає опір обмоток, а з ним і втрати електроенергії;
• ущільнення твердіють, з’являються течі.

Допустима температура масла залежить від схеми охолодження:

Це значення з правил технічної експлуатації для номінального навантаження. Для конкретного трансформатора діють вимоги заводу-виробника, і вони можуть бути жорсткішими.

Види систем охолодження трансформаторів

Схему охолодження закладає завод, і вона зашифрована в маркуванні: ТМ, ТДН, ТДЦ, ТЦ, ТСЗ. Чим більша потужність, тим активніше доводиться відводити тепло.

Для найпотужніших трансформаторів є варіанти з направленим потоком масла в обмотках: НДЦ і НЦ.

Сухі трансформатори: охолодження приміщення

Сухі трансформатори з литою ізоляцією ставлять у приміщеннях: цехових підстанціях, ТП бізнес-центрів, дата-центрах. Усе тепло від них лишається в кімнаті. Трансформатор на 1000 кВА виділяє 11–13 кВт, і без повітрообміну температура в камері швидко перевищує допустимі 40 °C.

Тут охолодження трансформаторів зводиться до роботи з повітрям у приміщенні. Якщо є доступ до зовнішнього повітря, ставлять припливно-витяжну вентиляцію з фільтрами. Якщо камера в підвалі або в глибині будівлі, тепло знімає система кондиціонування: прецизійні кондиціонери або фанкойли.

Масляні трансформатори із системами М і Д

У системах М і Д охолодження вбудоване в конструкцію: радіатори на баку, а в системі Д ще й вентилятори під ними. Додаткове обладнання потрібне рідко. Виняток становлять трансформатори в закритих камерах і шумозахисних кожухах, де радіаторам бракує повітря. Тоді камеру обладнують примусовою вентиляцією або виносять тепло назовні через проміжний контур.

Система охолодження ДЦ

Система охолодження ДЦ поєднує дуття з примусовою циркуляцією масла. Вона складається з окремих охолоджувачів, підключених до бака маслопроводами. Кожен має калорифер з оребрених труб, два осьові вентилятори, власний електронасос і фільтр. Насос забирає гаряче масло з верхньої частини бака, проганяє його через калорифер і повертає в нижню частину, а вентилятори продувають калорифер повітрям.

Охолоджувачі бувають навісні, виносні та групові. Типовий ДЦ-180 знімає 180 кВт за різниці 35 °C між маслом і повітрям, групові установки розраховані на 540 і 748 кВт. Тому трансформатор на 63 МВА і більше обходиться кількома компактними охолоджувачами замість батареї радіаторів.

За компактність доводиться платити залежністю від електрики: без насосів і вентиляторів трансформатор під навантаженням працювати не може. Правила експлуатації дозволяють після зупинки охолодження працювати з номінальним навантаженням близько 10 хвилин. Тому система охолодження ДЦ завжди має резервний охолоджувач, два незалежні вводи живлення і шафу автоматичного керування.

До нас із системою ДЦ звертаються, коли охолоджувачі зношені й течуть, коли вентилятори шумлять поруч із житловою забудовою або коли трансформатор переносять у закрите приміщення. У двох останніх випадках масляно-повітряні охолоджувачі замінюємо теплообмінником масло-вода, а тепло скидає драйкулер на даху чи віддаленому майданчику. Драйкулер рахуємо на ту саму теплову потужність, яку знімали штатні охолоджувачі, а саму переробку погоджуємо із заводом-виробником трансформатора.

Масляно-водяне охолодження (система Ц)

У системі Ц масло охолоджує вода. Вона забирає тепло набагато краще за повітря, тому теплообмінник займає мало місця і майже не шумить. Таку схему застосовують на ГЕС і ТЕС, у підземних і вбудованих підстанціях, для пічних і перетворювальних трансформаторів у металургії.

Раніше воду брали з річки або з оборотного циклу з відкритою градирнею. Така вода приносить накип і мул, а пробита трубка означає воду в маслі. Сьогодні ставлять замкнений контур із водно-гліколевою сумішшю, яку охолоджує драйкулер або закрита градирня. Теплоносій лишається чистим і взимку не замерзає. Тиск масла тримають вищим за тиск води, тож у разі нещільності масло потрапить у воду, а волога в бак не зайде.

Як підібрати обладнання для охолодження трансформаторів

Система охолодження трансформатора із зовнішнім контуром збирається з кількох вузлів. Це зовнішній охолоджувач, теплообмінник масло-вода, насосний модуль і автоматика. Вибір охолоджувача залежить від клімату, площі майданчика і потрібної температури теплоносія.

Драйкулери

Драйкулер охолоджує теплоносій зовнішнім повітрям: рідина йде трубками, вентилятори продувають оребрення. Води він не витрачає, хімічної обробки не потребує, а обслуговування зводиться до миття теплообмінника і перевірки вентиляторів.

Для трансформаторів він підходить ще й за температурним режимом. Масло має 60–70 °C, тому навіть за +35 °C надворі різниці температур вистачає. Обмеження одне: теплоносій не стане холоднішим за повітря. Зазвичай він виходить на 5–10 °C теплішим, і розрахунок ведуть на найспекотніший день у регіоні.

Адіабатичні охолоджувачі та закриті градирні

Якщо сухого охолодження влітку замало, є два варіанти. Адіабатичний охолоджувач у спеку зволожує повітря перед теплообмінником і знижує його температуру на кілька градусів, а решту року працює як звичайний драйкулер. Закрита градирня зрошує змійовик водою і охолоджує теплоносій до температури, що на 3–4 °C вища за температуру мокрого термометра. З одиниці площі вона знімає найбільше тепла, але потребує підживлення і водопідготовки для контуру зрошення. Узимку градирні Baltimore переходять у сухий режим.

Теплообмінники масло-вода

Теплообмінник розділяє масляний і водяний контури. Для трансформаторного масла (оливи) частіше беруть кожухотрубні апарати: вони витримують в’язке середовище і перепади тиску та служать 15–25 років. Розбірні пластинчасті компактніші, для масла їх комплектують ущільненнями NBR. На відповідальних об’єктах радимо виконання з подвійною стінкою і датчиком протікання.

Гідромодулі та автоматика

Насосну частину збираємо як гідромодуль заводської готовності: робочий і резервний насоси, розширювальний бак, фільтри, арматура, щит керування. Автоматика регулює оберти вентиляторів і триходовий клапан за температурою масла, щоб узимку його не переохолодити. Аварійні сигнали вона передає в диспетчерську систему об’єкта.

Які дані потрібні для розрахунку

Щоб підібрати систему, вистачить паспорта трансформатора і кількох відомостей про майданчик:

• тип і потужність трансформатора, наявна схема охолодження;
• втрати холостого ходу і короткого замикання з паспорта (їхня сума дає теплове навантаження);
• режим роботи: рівне навантаження чи добові піки, допустимі перевантаження;
• місце встановлення: надворі, у камері, під землею;
• де можна поставити зовнішній блок і яка довжина трас до нього;
• обмеження щодо шуму, наявність технічної води;
• вимоги до резервування.

Якщо паспорта немає, інженер виїжджає на об’єкт і знімає фактичні температури та навантаження.

З чого складається ціна системи охолодження

Головний чинник ціни: теплове навантаження в кіловатах. Далі на бюджет впливають:

• схема: проміжний контур з теплообмінником коштує більше за пряме підключення;
• тип зовнішнього блоку: драйкулер дешевший в експлуатації, закрита градирня компактніша;
• резервування: другий насос, запасна секція охолодження, другий ввід живлення;
• малошумні вентилятори з плавним регулюванням обертів;
• довжина трас і об’єм гліколю;
• автоматика та інтеграція з диспетчерською системою.

Точну суму називаємо після теплового розрахунку. Порівнювати її варто з ціною самого трансформатора і простою: новий потужний трансформатор виготовляють місяцями.

Вибір схеми залежить від типу трансформатора, місця встановлення і клімату. Для сухих трансформаторів питання закриває вентиляція або кондиціонування приміщення. Для масляних із системами ДЦ і Ц рішенням стає зовнішній контур із драйкулером, а в спекотних регіонах з адіабатичним охолоджувачем чи закритою градирнею. Системи охолодження трансформаторів ми рахуємо під конкретний паспорт і майданчик, без типових комплектів «на око».

Надішліть паспорт трансформатора і план майданчика, і інженер «Термоком» зробить тепловий розрахунок та запропонує комплектацію з цінами.