Refroidisseurs à huile forcée et à eau forcée pour transformateurs
Forcé-Refroidisseurs d'huile (FOC)
(I) Principe de fonctionnement
Les refroidisseurs d'huile forcés-sont basés sur la logique de base de "circulation forcée + refroidissement par air", rompant ainsi la dépendance du refroidissement par circulation naturelle d'huile à la différence de température. En pilotant activement le flux d’huile pour accélérer la circulation, ils améliorent considérablement l’efficacité de la dissipation thermique. Selon la norme 60076-2:2011 de la Commission électrotechnique internationale (CEI), sa méthode de refroidissement est codée comme OFAF (Oil Forced-Air Forced), ce qui signifie circulation d'huile forcée interne et circulation d'air forcée externe. Pendant le fonctionnement, une pompe submersible dédiée extrait l'huile chaude de la couche supérieure du réservoir, la met sous pression et l'envoie au faisceau de tubes de dissipation thermique du corps du refroidisseur. Simultanément, le ventilateur de refroidissement démarre, forçant l'air à circuler rapidement sur la surface des tubes de dissipation thermique. Grâce à la conduction thermique et à la convection, la chaleur contenue dans l’huile chaude est rapidement transférée à l’air. L'huile de transformateur refroidie a une température plus basse et une densité accrue, refluant vers le fond du réservoir du transformateur à travers le tuyau de raccordement inférieur pour refroidir à nouveau le noyau et les enroulements, formant une boucle complète de dissipation thermique à circulation d'huile forcée qui élimine en permanence la chaleur générée pendant le fonctionnement de l'équipement.
(2) Composition structurelle
Le refroidisseur d'huile forcé se compose principalement du corps du refroidisseur, de la pompe submersible, du ventilateur de refroidissement, du système de tuyauterie d'huile, du boîtier de commande électrique et des composants de protection auxiliaires. Le corps du refroidisseur adopte généralement une structure à tubes-à ailettes, les tubes de dissipation thermique étant constitués de tubes en cuivre ou en aluminium à haute-résistant à la corrosion-conductivité thermique-, avec ailettes externes pour augmenter la zone de dissipation thermique. La pompe submersible, en tant que source d'énergie pour la circulation de l'huile, se caractérise par un rendement élevé, un faible bruit et une résistance à la corrosion de l'huile, garantissant une circulation d'huile stable. Le ventilateur de refroidissement est principalement un ventilateur à flux axial, contrôlé par un capteur de température, démarrant uniquement lorsque la température de l'huile atteint la valeur définie, permettant ainsi un fonctionnement économe en énergie-. Le boîtier de commande électrique est responsable du contrôle global du démarrage et de l'arrêt de la pompe à huile et du ventilateur, et intègre également des fonctions de surveillance de la température et du débit d'huile. Les composants de protection auxiliaires comprennent des indicateurs de débit d'huile et des signaleurs de pression différentielle, qui peuvent émettre des signaux d'alarme en cas de panne de circulation d'huile ou de différences anormales de pression d'huile-eau, garantissant ainsi la sécurité de l'équipement.
(3) Fonctionnalités de base et scénarios d'application
The core advantage of forced oil coolers is their high heat dissipation efficiency. Compared to oil immersed air cooling (ONAF) methods, their heat dissipation efficiency can be increased by more than 30%, which can meet the heat dissipation needs of large transformers under high load operation; The structure is relatively compact and can be directly mounted on the transformer body, with a small footprint and moderate maintenance workload; Strong adaptability, can adjust the heat dissipation capacity by increasing or decreasing the number of running coolers according to changes in transformer load, and achieve matching between load and heat dissipation.
Ses scénarios d'application se concentrent principalement sur les grands transformateurs haute tension-, en particulier les transformateurs de puissance avec des niveaux de tension de 220 kV et plus et une capacité de 120 MVA ou plus, qui sont largement utilisés dans les sous-stations, les centrales électriques, les installations industrielles et d'autres scénarios. Dans des scénarios spéciaux tels que les stations de conversion dos à dos flexibles et droites à canal intermédiaire-, des refroidisseurs d'huile forcés à faible-bruit sont également utilisés pour réduire le bruit de fonctionnement, combinés à des pompes submersibles à faible-bruit, afin de minimiser l'impact du fonctionnement de l'équipement sur l'environnement.
Refroidisseurs d'eau forcés (FWC) pour transformateurs
(1) Principe de fonctionnement
Le refroidisseur d'eau forcé adopte un double mode de refroidissement forcé de « circulation forcée d'huile + refroidissement par eau », et sa méthode de refroidissement standard est codée comme OFWF (Oil Forced Water Forced), ce qui signifie circulation forcée d'huile interne et circulation forcée d'eau externe. La logique de base est d'utiliser la capacité thermique spécifique et la conductivité thermique élevées de l'eau par rapport à l'air, et d'obtenir une dissipation thermique efficace grâce à l'échange thermique huile-eau. Pendant le fonctionnement, la pompe à huile submersible extrait l'huile chaude du réservoir d'huile du transformateur et l'envoie à l'échangeur de chaleur huile-eau (corps refroidisseur). En même temps, la pompe à eau de circulation pompe l'eau de refroidissement (principalement de l'eau de circulation industrielle ou de l'eau de rivière) dans l'autre canal de l'échangeur de chaleur. L'huile chaude et l'eau de refroidissement circulent dans des directions opposées à l'intérieur de l'échangeur de chaleur et, par conduction thermique, la chaleur de l'huile chaude est rapidement transférée à l'eau de refroidissement ; L'huile refroidie du transformateur retourne au réservoir d'huile pour continuer à participer au cycle de refroidissement, tandis que l'eau de refroidissement qui absorbe la chaleur est évacuée du refroidisseur. Après un traitement de refroidissement ultérieur, il peut être recyclé ou directement déchargé, formant un double circuit de refroidissement de « circulation d'huile + circulation d'eau ».
Il convient de noter que pendant le fonctionnement, il est nécessaire de s'assurer que la pression de l'huile est supérieure à la pression de l'eau. Si le tube d'échange thermique se rompt et que de l'eau pénètre dans l'huile du transformateur, cela endommagera l'isolation et déclenchera des accidents catastrophiques. Par conséquent, ce système a des exigences extrêmement élevées en matière de performances d’étanchéité.
(2) Composition structurelle La structure d'un refroidisseur d'eau forcé est plus complexe que celle d'un refroidisseur d'huile forcé, composée principalement du corps du refroidisseur, de la pompe à huile submersible, de la pompe à eau de circulation, du système de tuyauterie d'huile-eau, du boîtier de commande électrique et des dispositifs de protection de sécurité. Le corps du refroidisseur (échangeur de chaleur huile-eau) comprend une chambre à huile et deux chambres à eau. La chambre à huile est remplie de tubes de refroidissement densément remplis, à travers lesquels circule de l'eau de refroidissement. La chambre d'huile externe est divisée en plusieurs canaux par des déflecteurs, garantissant que l'huile chaude s'écoule de manière tortueuse sur la surface des tubes de refroidissement, améliorant ainsi l'efficacité de l'échange thermique. La chambre à eau est divisée en chambres supérieure et inférieure, la chambre à eau inférieure étant elle-même divisée en deux cavités, permettant à l'eau de refroidissement de s'écouler de manière bidirectionnelle, améliorant ainsi la dissipation thermique. Le système de canalisations d'huile-eau est équipé de vannes, de filtres et d'autres composants pour réguler les débits d'huile et d'eau, filtrer les impuretés et éviter le blocage des canalisations. En plus des indicateurs de débit d'huile et des signaux de pression différentielle, les dispositifs de protection de sécurité comprennent des composants de surveillance du niveau d'eau et de la pression de l'eau pour surveiller l'état de fonctionnement du système de circulation d'eau en temps réel et détecter rapidement les fuites, les pénuries d'eau et d'autres problèmes.
(3) Fonctionnalités de base et scénarios d'application
Le plus grand avantage des refroidisseurs d’eau forcés est leur efficacité de dissipation thermique extrêmement élevée. Pour la même capacité de refroidissement, leur volume est beaucoup plus petit que les refroidisseurs d'huile forcés, ils sont plus légers et fonctionnent avec moins de bruit (pas de bruit de ventilateur), ce qui facilite l'installation en intérieur et les rend adaptés à des scénarios avec des exigences strictes en matière de bruit et d'espace. Simultanément, leur effet de dissipation thermique est moins affecté par la température ambiante, maintenant des performances de dissipation thermique stables dans des environnements à haute -température, ce qui les rend adaptés aux transformateurs fonctionnant dans des conditions de charge et de température élevées.
Leurs limites résident principalement dans la complexité élevée du système, les exigences élevées en matière de qualité de l'eau de refroidissement et de stabilité de l'approvisionnement, la nécessité d'un entretien régulier du système de circulation d'eau, le réapprovisionnement en eau de refroidissement, l'ajout d'antigel et le nettoyage des échangeurs de chaleur ; et la durée de vie relativement courte des systèmes-refroidis à l'eau, ce qui rend difficile l'obtention de la même durée de vie que le transformateur (généralement 40 ans de durée de vie physique), ce qui augmente les coûts de maintenance ultérieurs et la fréquence de remplacement des équipements.
Les scénarios d'application sont principalement concentrés dans les zones dotées de ressources en eau abondantes et d'un drainage facile, telles que les transformateurs principaux dans les bâtiments des centrales hydroélectriques ; et dans des endroits avec un espace limité et des exigences strictes en matière de bruit, tels que les sous-stations souterraines, les sous-stations situées dans les zones urbaines centrales et les centres de données. Ils peuvent également être utilisés pour refroidir des transformateurs de très grande capacité- afin de répondre aux besoins de dissipation thermique sous des charges extrêmes.
En tant qu'équipement de refroidissement de base des transformateurs, les refroidisseurs d'huile forcés et les refroidisseurs d'eau forcés, avec leurs structures et performances uniques, sont adaptés à différents scénarios d'application et fournissent conjointement des garanties pour le fonctionnement sûr et stable des transformateurs. Les refroidisseurs d'huile forcés sont devenus le choix de refroidissement principal pour les grands transformateurs en raison de leur structure simple, de leur maintenance pratique et de leur forte adaptabilité ; Les refroidisseurs d'eau forcés jouent un rôle irremplaçable dans des scénarios particuliers en raison de leur grande efficacité en matière de dissipation thermique, de leur faible bruit et de leur compacité.
Avec le développement continu du système électrique, la technologie du refroidissement continuera d'être optimisée et l'intelligence, l'efficacité et les économies d'énergie deviendront les principales orientations du développement à l'avenir. Dans les applications pratiques, il est nécessaire de sélectionner et de normaliser scientifiquement la maintenance en fonction de facteurs tels que les exigences de fonctionnement et l'environnement d'installation des transformateurs, d'utiliser pleinement l'efficacité de dissipation thermique des systèmes de refroidissement, de prolonger la durée de vie des transformateurs, d'assurer le fonctionnement sûr, efficace et stable des systèmes électriques et de fournir un support solide pour le transport et la fourniture d'énergie.
