Обяснение на класовете за охлаждане на трансформатори: ONAN, ONAF и OFAF

Подизпълнител за център за обработка на данни в Джохор ни изпрати миналата година график на натоварването с едно-единствено число: 10 MVA, постоянно. маслен трансформатор беше пристигнал с табелка, на която беше посочено: ONAN 8 000 kVA / ONAF 10 000 kVA — класовете за охлаждане на трансформатора класове за охлаждане на трансформатори които се посочват във всяко комерсиално предложение и които почти никой не чете — и той беше избрал размерите на кабела 11 kV, разпределителното табло и настройките на защитата според втората стойност. При пускането в експлоатация вентилаторите се включиха, натоварването нарасна и алармата за температурата на горната част на маслото се задейства при 96 °C в следобед при външна температура 33 °C.

Нищо не беше повредено. Устройството работеше точно както беше указано в документа с номиналните параметри — но при условия, които никой не беше включил в поръчката. Тази пропаст между кода за охлаждане и реалната инсталация е мястото, където започват повечето спорове относно капацитета на трансформаторите.

Какво всъщност ви казва кодът за класовете за охлаждане на трансформатора

 

Класове за охлаждане на трансформатори са четирибуквен съкратен запис, който описва едновременно две неща: охлаждащата среда, в контакт с намотките, и метода за отвеждане на топлината от тази среда. Първата буква обозначава вътрешната среда (O за минерално масло, K за неминерална течност с температура на възпламеняване над 300 °C, L за синтетичен естер с температура на възпламеняване над 300 °C), втората буква — метода на циркулация (N за естествена, F за принудителна, D за насочена), а последните две букви повтарят същата логика за външната среда — въздух, вода или принудителен въздух.

Така ONAN означава масло — естествено, въздух — естествен: маслото циркулира чрез термичен сифон, а резервоарът и радиаторите отдават топлина на неподвижен въздух, без вентилатори и помпи в системата. ONaf става ONAF, когато вентилатори подават въздух през радиаторната група. OFAF добавя маслени помпи. ODAF насочва потока на маслото към каналите в намотките — това е начинът, по който големите генераторни трансформатори за повишаване на напрежението контролират температурните градиенти в намотките.

Клас за охлаждане	Какво работи	Типичен прираст на мощност	Къде се използва
ONAN	Нищо — само термичен сифон	Базово номинално значение	Разпределителни устройства, селски трансформаторни подстанции, наземни устройства
ONAF (стадия 1)	Една вентилаторна група	+25 % до +33 % над ONAN	Градски трансформаторни подстанции, промишлени предприятия с пикови натоварвания
ONAF (стадия 2)	Втора вентилаторна група	още +15 % до +20 %	Центрове за обработка на данни, стоманолеярни и циментови заводи
OFAF	Вентилатори плюс маслени помпи	+40 % до +60 % над ONAN	Силови трансформатори 40 МВА и по-големи
ODAF	Насочено маслоохлаждане плюс вентилатори	Най-високо за дадена рамка	Генераторни повишаващи трансформатори, уреди за преобразуване за ВТДС

Тези проценти представляват диапазоните, с които работи нашето конструкторско бюро при съставяне на таблицата с номинални стойности. Те не са правило от някакъв стандарт — площта на радиатора, обемът на маслото и изборът на вентилатори се различават при всеки производител, а единственото число, което има значение, е това в гарантирани технически характеристики.

Вторият номинал НЕ Е допълнителна мощност

 

Тук е частта, която повечето покупатели пропускат. Един ONAF трансформатор не просто има по-голяма мощност от същото устройство, работещо в режим ONAN. То има мощност, която съществува само докато е изпълнено определено множество условия, а всяко от тези условия може да се наруши независимо от трансформатора.

Вентилационната група изисква допълнително захранване. На няколко проекта в Северна Америка сме виждали електроснабдителна компания да откаже рейтинга ONAF в проучването на интерконекция, защото захранването на станционните нужди не е резервирано чрез прехвърлящо решение — ако вентилаторите спрат, устройството тихо преминава към 8 MVA, докато защитата все още е настроена за 10 MVA. Трансформаторът не се е променил. Променил се е рейтингът.

Вентилаторите също трябва да бъдат там. Обикновено охладителна банка с мощност 10 МВА включва два до четири осеви вентилатора с мощност около 0,55 кВт всеки, заедно с лагери на двигателите, контактори, термостати и контролна верига, която превключва стъпките според температурата на горното масло. Всеки от тези компоненти изисква поддръжка и има ограничено експлоатационно време; заклещен двигател на вентилатор извежда една стъпка на охлаждане от строя точно по време на пиков товар през лятото. Когато цитираме параметрите на един агрегат, ние включваме философията за управление на стъпките на вентилаторите в същия документ като импеданса, тъй като номиналната мощност е поведение на системата за управление, а не само проектиране на намотките.

След това идва предположението за външната температура. Граничните стойности за повишаване на температурата се отнасят до външна температура, определена за цял ден и за цяла година, а не за отделен следобед. Агрегат, гарантирани при средно повишаване на температурата на намотките от 65 K, е гарантирани за декларирана максимална външна температура; проблемът не е бил дневната температура от 33 °C в Джохор — проблемът е бил, че никой не е задавал въпроса какво се случва при 40 °C, когато вентилаторите работят само в първа стъпка. Това е най-честата грешка, която забелязваме в класове за охлаждане на трансформатори спецификации: четирите букви се копират от техническия документ без околната основа, която ги прави верни.

Повишаване на температурата: числото зад кода

 

Буквите ви казват как топлината напуска уреда. повишаване на температурата указва колко топлина изолацията може да поеме. За уреди с течностно охлаждане двата важни гранични показателя са повишаването на средната температура на намотките и повишаването на температурата в най-горещата точка; те са определени в стандарта IEEE C57.12.00, който можете да прочетете в резюмирана форма на страницата на Асоциацията по стандарти на IEEE за C57.12.00-2021 . При проект с повишаване на средната температура на намотките от 65 K — все още най-често срещаната спецификация в Азия и Близкия изток — съответното допустимо повишаване в най-горещата точка е 80 K, което при референтна околна температура съответства приблизително на 110 °C.

Тази стойност от 110 °C определя продължителността на живота на изолацията. Хартията, старееща при 110 °C, губи здравината си на опън с темп, който намалява оставащия ѝ живот наполовина за всеки 6–8 K над тази точка; затова един агрегат, работещ с температура с 8 K по-висока от проектната, не остарява просто с 8 % по-бързо. Той остарява няколко пъти по-бързо, а нищо в рутинния тестов доклад няма да ви предупреди, докато години по-късно фурановите показатели започнат да нарастват.

 

 

Затова и изпитанието при топлинен режим има по-голямо значение от сертификата. Изпитанието за повишаване на температурата според IEEE C57.12.90 измерва действителните градиенти на температурата на горната част на маслото и на намотките при номинална товарна мощност; то е единственото доказателство, че повърхността на радиатора, обемът на маслото и изборът на вентилатори, посочени в чертежа, действително съответстват на данните от табелката. ONAF трансформатор при този случай изпитанието при топлинен режим има двойно значение, тъй като всяка стъпка на вентилатора представлява отделна работна точка, която трябва да бъде потвърдена, а не изведена чрез изчисления.

Вентилатори, помпи и сметката за поддръжка

 

Стадиите на охлаждане са евтини за специфициране, но скъпи за поддържане. Всеки подвижен елемент, добавен към трансформатора, става обект на планово обслужване, резервен компонент в нячий склад и потенциален режим на отказ, който води до непланово намаляване на мощността, а не до чисто изключване.

Според нашия опит с ONAF трансформатор флота списъкът на най-честите откази е кратък и предсказуем: първо изсъхват лагерите на вентилаторните двигатели, след това намотките на контакторите и термостатът, който управлява втората група охладителни елементи. Насосите в единиците с принудително маслено охлаждане (OFAF) добавят уплътнения на вала и диференциално налягане за блокиране, което може да предизвика ложни изключения при намаляване на нивото на маслото. Нищо от това не е необичайно и всичко може да се избегне още на етапа на специфициране.

Един ключов момент трябва да бъде включен в техническата спецификация: какво прави единицата при отказ на стадий на охлаждане. Ако вторият стадий откаже и товарът не бъде намален, намотката поема разликата. Изключване поради температурата на намотката е безопасен резултат; намотка, която тихо работи при 120 °C цяла сезона, не е.

Околна среда, надморска височина и корпус: където номиналните стойности тихо намаляват

 

Два фактора за намаляване на мощността провалят повече проекти от всички останали: температурата на околната среда и надморската височина. В нашите проектни листове се прилага приблизително намаляване на мощността с 1,0 % до 1,2 % за всеки градус Целзий над номиналната температура на околната среда; това означава, че при пустинен обект с температура 50 °C един агрегат, номинален за 40 °C, губи значима част от номиналната си мощност още преди да бъде свързана каквато и да е товарна мощност. Над 1000 м намалената плътност на въздуха оказва същото влияние върху отвеждането на топлината чрез въздушно охлаждане, а корекцията трябва да бъде включена в изчислението за табелката с номинални данни, а не в бележка под линия.

Корпусът е третият фактор. Агрегат, монтиран на основа и поставен в корпус, устойчив на повреди според IEEE C57.12.28, не „диша“ същия въздух като трансформатор за открито разпределително устройство, а агрегат, инсталиран до стена или в оградено пространство с ограничено движение на въздух, ще работи при по-висока температура от тази, предвидена при изпитанията в изпитателната камера. Добавете към това топлинния приход от слънчевата радиация върху тъмен корпус в региона на Залива и разликата вече не е само теоретична.

Звукът следва същата логика в обратна посока. Вентилаторите добавят приблизително 5 до 8 dB(A), така че агрегат с деклариран шум от 58 dB(A) при режим ONAN става машина с шум 64 dB(A) през нощта, когато работи вторият етап. Ако на обекта има шумово споразумение, стойността за ONAF е тази, която съседите ще чуят.

Какво да се впише в техническия паспорт

 

Когато нашите инженери преглеждат спецификация за завод за маслени трансформатори в Китай кандидатски списък, най-бързо се затварят документите, които писмено отговарят на тези точки:

• Клас на охлаждане и брой етапи , посочени като последователност (ONAN / ONAF1 / ONAF2), а не като единична маркировка.

• Мощност при всеки етап , заедно с температурата на околния въздух, която всяка стойност предполага.

• Корекция за надморска височина и температура на околния въздух , приложена и показана, а не оставена на завода да я определи.

• Философия на управлението на вентилатора : температури за активиране, забавяния по етапи и поведение при отказ на етап.

• Вспомогателно захранване : напрежение, фаза и дали е резервиран от постояннотоковата част на станцията или чрез схема за превключване.

• Ниво на шум на всеки етап , в dB(A) на посоченото разстояние за измерване.

• Фигури за загуби при референтна температура, която за разпределителните уреди в САЩ също трябва да отговаря на таблиците за ефективност в 10 CFR Part 431 Subpart K , правилото на Министерството на енергетиката на САЩ за разпределителни трансформатори, което определя минималната ефективност, която съответстващият уред трябва да постигне.

Спецификация, която отговаря на всички седем изисквания на две страници и предотвратява спора по време на пускането в експлоатация относно коя табелка е била правилна.

Как оценяваме и тестваме продукта и какво препоръчваме

 

Покупателите, които проверяват един завод за маслени трансформатори в Китай обикновено започват с класа на намотката и завършват с охлаждането, което е погрешен ред. Етапът на охлаждане е там, където всъщност се намира декларираната мощност. Нашият завод в Цзянсу извършва термичен тест върху всеки персонализирано оценен трансформатор с течностно потопяване, а сертификатът за оценка, който се доставя заедно с трансформатора, съдържа измерените градиенти на температурата на горната част на маслото и на намотките, а не само гарантирани стойности. Това има значение, когато консултант трябва да защити проучване за претоварване или заявка за свързване: числата са подкрепени с реални тестове.

Произвеждаме както маслен трансформатор серии, така и сухи трансформатори на площ от 120 000 м² с 37 патента в портфолиото ни и от 2023 г. работим като партньор в съвместно предприятие с Eaton — това се отразява предимно в дисциплината при документацията, а не в маркетинговия език. Файловете за UL, CSA и IEC, чертежите и термичните данни се предоставят като един пакет.

Един практически съвет: поискайте последователността на етапите на охлаждане в изпитателния протокол, а не само името на табелката — техникът, който включва уреда, чете протокола, а не табелката.

Уредът от Джохор в крайна сметка работеше нормално. Пренаредихме вентилаторите така, че втората група да се включи с 6 К по-рано, а собственикът премести 1,2 МВА от некритични натоварвания към втори трансформатор — по-евтиното решение спрямо замяна и възможно единствено защото таблицата с номиналните стойности ни показа какво всъщност може да прави уредът.

Класове за охлаждане на трансформатори са най-евтиното решение за капацитет в целия пакет и най-лесното за грешка, тъй като втората номинална стойност винаги изглежда като допълнителен резерв, докато температурата на околната среда, захранващото напрежение и лагерът на вентилатора не се противопоставят на това твърдение. Ако в момента определяте параметрите на течностно потопен уред, изпратете ни профила на натоварването, температурата на околната среда на обекта и надморската височина чрез ryan-transformers.com — нашите инженери ще ви предоставят стъпаловидна номинална стойност и изпитателните данни, които я подкрепят.

За автора: Написано от инженерния екип на Ryan Electric, производител на трансформатори, сертифициран според стандарти UL/CSA, със седалище в провинция Цзянсу, Китай, и партньор по съвместно предприятие с Eaton от 2023 г., доставящ маслени, сухи и монтирани на платформа трансформатори за проекти в дата центрове, енергийни и индустриални проекти в Северна Америка, Югоизточна Азия и Близкия изток.