Máy làm mát bằng dầu và nước cưỡng bức cho máy biến áp
Bộ làm mát dầu cưỡng bức-(FOC)
(I) Nguyên tắc làm việc
Bộ làm mát dầu-cưỡng bức dựa trên logic cốt lõi của "tuần hoàn cưỡng bức + làm mát không khí", phá vỡ sự phụ thuộc của việc làm mát tuần hoàn dầu tự nhiên vào chênh lệch nhiệt độ. Bằng cách chủ động điều khiển dòng dầu để tăng tốc độ lưu thông, chúng cải thiện đáng kể hiệu quả tản nhiệt. Theo tiêu chuẩn 60076{6}}2:2011 của Ủy ban Kỹ thuật Điện Quốc tế (IEC), phương pháp làm mát của nó được mã hóa là OFAF (Dầu cưỡng bức{11}}Không khí), nghĩa là tuần hoàn dầu cưỡng bức bên trong và tuần hoàn không khí cưỡng bức bên ngoài. Trong quá trình vận hành, máy bơm chìm chuyên dụng sẽ hút dầu nóng từ lớp trên của bình, tạo áp suất và đưa đến bó ống tản nhiệt của thân máy làm mát. Đồng thời, quạt tản nhiệt khởi động, buộc không khí phải di chuyển nhanh trên bề mặt các ống tản nhiệt. Thông qua dẫn nhiệt và đối lưu, nhiệt trong dầu nóng nhanh chóng được truyền vào không khí. Dầu máy biến áp được làm mát có nhiệt độ thấp hơn và mật độ tăng lên, chảy ngược về đáy thùng máy biến áp qua ống nối phía dưới để làm mát lại lõi và cuộn dây, tạo thành một vòng tản nhiệt tuần hoàn dầu cưỡng bức hoàn chỉnh, liên tục loại bỏ nhiệt sinh ra trong quá trình vận hành thiết bị.
(2) Thành phần cấu trúc
Bộ làm mát dầu cưỡng bức chủ yếu bao gồm thân làm mát, bơm chìm, quạt làm mát, hệ thống đường ống dẫn dầu, hộp điều khiển điện và các bộ phận bảo vệ phụ trợ. Thân bộ làm mát thường sử dụng cấu trúc vây-ống, với các ống tản nhiệt được làm bằng ống đồng hoặc nhôm-chống ăn mòn,-độ dẫn nhiệt{4}}cao, được vây bên ngoài để tăng diện tích tản nhiệt. Bơm chìm, là nguồn năng lượng để tuần hoàn dầu, có hiệu suất cao, độ ồn thấp và khả năng chống ăn mòn dầu, đảm bảo tuần hoàn dầu ổn định. Quạt làm mát chủ yếu là quạt hướng trục, được điều khiển bằng cảm biến nhiệt độ, chỉ khởi động khi nhiệt độ dầu đạt đến giá trị cài đặt, đạt được khả năng vận hành tiết kiệm năng lượng. Hộp điều khiển điện có nhiệm vụ điều khiển tổng thể hoạt động khởi động và dừng của bơm dầu và quạt, đồng thời tích hợp các chức năng giám sát nhiệt độ và lưu lượng dầu. Các thành phần bảo vệ phụ trợ bao gồm chỉ báo lưu lượng dầu và tín hiệu chênh lệch áp suất, có thể đưa ra tín hiệu cảnh báo trong trường hợp tuần hoàn dầu không hoạt động hoặc chênh lệch áp suất nước{10}dầu bất thường, đảm bảo an toàn cho thiết bị.
(3) Các tính năng cốt lõi và kịch bản ứng dụng
Ưu điểm cốt lõi của bộ làm mát dầu cưỡng bức là hiệu quả tản nhiệt cao. So với các phương pháp làm mát bằng không khí ngâm trong dầu (ONAF), hiệu suất tản nhiệt của chúng có thể tăng hơn 30%, có thể đáp ứng nhu cầu tản nhiệt của máy biến áp lớn khi vận hành ở mức tải cao; Cấu trúc tương đối nhỏ gọn và có thể được gắn trực tiếp trên thân máy biến áp, chiếm diện tích nhỏ và khối lượng công việc bảo trì vừa phải; Khả năng thích ứng mạnh mẽ, có thể điều chỉnh công suất tản nhiệt bằng cách tăng hoặc giảm số lượng bộ làm mát đang chạy theo sự thay đổi của tải máy biến áp và đạt được sự phù hợp giữa tải và tản nhiệt.
Các kịch bản ứng dụng của nó chủ yếu tập trung vào các máy biến áp-điện áp cao lớn, đặc biệt là các máy biến áp điện có cấp điện áp từ 220kV trở lên và công suất từ 120MVA trở lên, được sử dụng rộng rãi trong các trạm biến áp, nhà máy điện, nhà máy công nghiệp và các kịch bản khác. Trong các trường hợp đặc biệt, chẳng hạn như các trạm chuyển đổi ngược-sang{5}}trở lại linh hoạt kênh giữa, bộ làm mát dầu cưỡng bức có độ ồn-thấp cũng được sử dụng để giảm tiếng ồn khi vận hành, kết hợp với máy bơm chìm có độ ồn-thấp, nhằm giảm thiểu tác động của việc vận hành thiết bị đến môi trường xung quanh.
Máy làm mát nước cưỡng bức (FWC) cho máy biến áp
(1) Nguyên tắc làm việc
Bộ làm mát nước cưỡng bức áp dụng chế độ làm mát cưỡng bức kép "tuần hoàn dầu cưỡng bức + làm mát nước" và phương pháp làm mát tiêu chuẩn của nó được mã hóa là OFWF (Cưỡng bức cưỡng bức dầu), có nghĩa là tuần hoàn cưỡng bức dầu bên trong và tuần hoàn cưỡng bức nước bên ngoài. Logic cốt lõi là tận dụng công suất nhiệt riêng và độ dẫn nhiệt cao của nước so với không khí, đồng thời đạt được khả năng tản nhiệt hiệu quả thông qua trao đổi nhiệt nước-dầu. Trong quá trình vận hành, bơm dầu chìm sẽ chiết dầu nóng từ thùng dầu máy biến áp và gửi đến bộ trao đổi nhiệt nước-dầu (thân làm mát). Đồng thời, bơm nước tuần hoàn bơm nước làm mát (chủ yếu là nước tuần hoàn công nghiệp hoặc nước sông) vào kênh còn lại của bộ trao đổi nhiệt. Dầu nóng và nước làm mát chảy ngược chiều nhau bên trong bộ trao đổi nhiệt và thông qua dẫn nhiệt, nhiệt trong dầu nóng nhanh chóng được truyền sang nước làm mát; Dầu máy biến áp đã được làm mát chảy ngược trở lại thùng dầu để tiếp tục tham gia vào chu trình làm mát, đồng thời nước làm mát hấp thụ nhiệt được thải ra từ bộ làm mát. Sau khi xử lý làm mát tiếp theo, nó có thể được tái chế hoặc thải trực tiếp, tạo thành mạch làm mát kép "tuần hoàn dầu + tuần hoàn nước".
Điều đáng chú ý là trong quá trình vận hành cần đảm bảo áp suất dầu cao hơn áp suất nước. Nếu ống trao đổi nhiệt bị vỡ và nước lọt vào dầu máy biến áp sẽ gây hư hỏng lớp cách điện và gây ra tai nạn thảm khốc. Vì vậy, hệ thống này có yêu cầu cực kỳ cao về hiệu suất bịt kín.
(2) Thành phần cấu trúc Cấu trúc của bộ làm mát nước cưỡng bức phức tạp hơn so với bộ làm mát dầu cưỡng bức, chủ yếu bao gồm thân bộ làm mát, bơm dầu chìm, bơm nước tuần hoàn, hệ thống đường ống nước-dầu, hộp điều khiển điện và các thiết bị bảo vệ an toàn. Thân bộ làm mát (bộ trao đổi nhiệt nước-dầu) bao gồm một khoang dầu và hai khoang nước. Buồng dầu chứa đầy các ống làm mát được đóng gói dày đặc, qua đó nước làm mát chảy qua. Buồng dầu bên ngoài được chia thành nhiều kênh bằng vách ngăn, đảm bảo dầu nóng chảy quanh co trên bề mặt ống làm mát, nâng cao hiệu quả trao đổi nhiệt. Khoang nước được chia thành khoang trên và khoang dưới, khoang nước phía dưới được chia thành hai khoang, cho phép nước làm mát chảy hai chiều, tăng cường khả năng tản nhiệt hơn nữa. Hệ thống đường ống dẫn nước-dầu được trang bị van, bộ lọc và các bộ phận khác để điều chỉnh tốc độ dòng dầu và nước, lọc tạp chất và ngăn ngừa tắc nghẽn đường ống. Ngoài đèn báo lưu lượng dầu và tín hiệu chênh lệch áp suất, các thiết bị bảo vệ an toàn còn bao gồm các bộ phận giám sát mực nước và áp suất nước để theo dõi trạng thái vận hành của hệ thống tuần hoàn nước theo thời gian thực và phát hiện kịp thời các rò rỉ, thiếu nước và các sự cố khác.
(3) Các tính năng cốt lõi và kịch bản ứng dụng
Ưu điểm lớn nhất của tản nhiệt nước cưỡng bức là hiệu quả tản nhiệt cực cao. Với cùng công suất làm mát, thể tích của chúng nhỏ hơn nhiều so với bộ làm mát dầu cưỡng bức, nhẹ hơn và hoạt động với độ ồn thấp hơn (không có tiếng ồn của quạt), tạo điều kiện thuận lợi cho việc lắp đặt trong nhà và khiến chúng phù hợp với các tình huống có yêu cầu khắt khe về tiếng ồn và không gian. Đồng thời, tác dụng tản nhiệt của chúng ít bị ảnh hưởng bởi nhiệt độ môi trường, duy trì hiệu suất tản nhiệt ổn định trong môi trường-nhiệt độ cao, khiến chúng phù hợp với các máy biến áp hoạt động trong điều kiện tải cao và nhiệt độ cao.
Hạn chế của chúng chủ yếu nằm ở độ phức tạp của hệ thống cao, yêu cầu cao về chất lượng nước làm mát và độ ổn định của nguồn cung cấp, nhu cầu bảo trì thường xuyên hệ thống tuần hoàn nước, bổ sung nước làm mát, bổ sung chất chống đông và làm sạch bộ trao đổi nhiệt; và tuổi thọ tương đối ngắn của hệ thống làm mát bằng nước-, khiến khó đạt được tuổi thọ tương tự như máy biến áp (thường là 40 năm tuổi thọ vật lý), làm tăng chi phí bảo trì sau này và tần suất thay thế thiết bị.
Các kịch bản ứng dụng chủ yếu tập trung ở những khu vực có nguồn nước dồi dào và dễ thoát nước, như máy biến áp chính trong các tòa nhà nhà máy thủy điện; và ở những nơi có không gian hạn chế và yêu cầu nghiêm ngặt về tiếng ồn, chẳng hạn như trạm biến áp ngầm, trạm biến áp trong khu vực lõi đô thị và trung tâm dữ liệu. Chúng cũng có thể được sử dụng để làm mát các máy biến áp công suất cực lớn nhằm đáp ứng nhu cầu tản nhiệt khi chịu tải cực lớn.
Là thiết bị làm mát lõi của máy biến áp, bộ làm mát dầu cưỡng bức và bộ làm mát nước cưỡng bức, với cấu trúc và hiệu suất độc đáo, được điều chỉnh cho phù hợp với các tình huống ứng dụng khác nhau và cùng nhau đảm bảo cho hoạt động an toàn và ổn định của máy biến áp. Bộ làm mát dầu cưỡng bức đã trở thành lựa chọn làm mát chủ đạo cho các máy biến áp lớn do cấu trúc đơn giản, bảo trì thuận tiện và khả năng thích ứng mạnh mẽ; Máy làm mát nước cưỡng bức đóng một vai trò không thể thay thế trong các tình huống đặc biệt do hiệu quả tản nhiệt cao, độ ồn thấp và nhỏ gọn.
Với sự phát triển không ngừng của hệ thống điện, công nghệ làm mát sẽ tiếp tục được tối ưu hóa, trí tuệ, hiệu quả và tiết kiệm năng lượng sẽ trở thành hướng phát triển cốt lõi trong tương lai. Trong các ứng dụng thực tế, cần lựa chọn và tiêu chuẩn hóa một cách khoa học việc bảo trì dựa trên các yếu tố như yêu cầu vận hành và môi trường lắp đặt máy biến áp, tận dụng triệt để hiệu quả tản nhiệt của hệ thống làm mát, kéo dài tuổi thọ của máy biến áp, đảm bảo hệ thống điện vận hành an toàn, hiệu quả và ổn định, đồng thời hỗ trợ vững chắc cho việc truyền tải và cung cấp điện.
