Hệ thống làm mát máy biến áp là gì?

Hệ thống làm mát của máy biến áp là bộ phận quan trọng đảm bảo hoạt động an toàn, đáng tin cậy và lâu dài-. Nhiệm vụ chính của nó là tản nhiệt một cách hiệu quả trong quá trình vận hành máy biến áp (tổn thất đồng và tổn thất sắt) ra môi trường xung quanh, từ đó giữ nhiệt độ của các bộ phận của máy biến áp trong giới hạn cho phép và ngăn chặn vật liệu cách nhiệt bị lão hóa nhanh chóng hoặc hư hỏng do quá nhiệt.

1. Tại sao cần phải làm mát?
Trong quá trình vận hành máy biến áp, cuộn dây và lõi máy sinh ra một lượng nhiệt lớn do tổn thất (tổn thất điện trở, tổn thất dòng điện xoáy, v.v.) khiến nhiệt độ tăng cao. Vật liệu cách điện (như dầu và giấy) cực kỳ nhạy cảm với nhiệt độ. Theo "quy tắc 6 độ" hoặc "quy tắc 8 độ" cổ điển, tuổi thọ của vật liệu cách nhiệt giảm gần một nửa khi nhiệt độ tăng thêm 6-8 độ. Vì vậy, làm mát hiệu quả là chìa khóa để kéo dài tuổi thọ của máy biến áp.

2. Phân loại và ký hiệu các phương pháp làm mát
Phương pháp làm mát của máy biến áp thường được biểu thị bằng mã chữ cái, theo tiêu chuẩn quốc tế (ví dụ: IEC 60076), gồm 2-4 chữ cái, biểu thị:

Chất làm mát: Chữ cái đầu tiên biểu thị chất làm mát bên trong tiếp xúc với cuộn dây.
O: Dầu khoáng hoặc chất lỏng cách điện tổng hợp có điểm chớp cháy Nhỏ hơn hoặc bằng 300 độ.
K: Insulating liquid with a flash point >300 độ.
L: Chất lỏng cách điện có điểm chớp cháy không thể đo được (chẳng hạn như một số este tổng hợp).
G: Khí (chẳng hạn như không khí).
W: Nước.

Phương pháp tuần hoàn: Chữ cái thứ hai biểu thị phương pháp tuần hoàn của môi trường làm mát bên trong.
N: Đối lưu tự nhiên (dầu nóng dâng lên, dầu lạnh hạ xuống, do chênh lệch nhiệt độ).
F: Tuần hoàn cưỡng bức (không{0}}định hướng), dầu được tuần hoàn bằng máy bơm.
D: Tuần hoàn cưỡng bức có hướng, trong đó bơm dẫn dầu trực tiếp vào các kênh cụ thể bên trong cuộn dây, mang lại hiệu quả làm mát cao hơn.

Môi trường làm mát bên ngoài: Chữ cái thứ ba biểu thị môi trường làm mát bên ngoài.
Đáp: Không khí.
W: Nước.

Phương pháp tuần hoàn của môi trường làm mát bên ngoài: Chữ cái thứ tư chỉ phương pháp tuần hoàn của môi trường làm mát bên ngoài.
N: Đối lưu tự nhiên (chẳng hạn như sự tuần hoàn tự nhiên của không khí).
F: Tuần hoàn cưỡng bức (chẳng hạn như-không khí cưỡng bức của quạt).

3. Giải thích chi tiết các phương pháp làm mát thông dụng

1. Máy biến áp ngâm dầu-
Đây là phương pháp làm mát phổ biến nhất cho máy biến áp điện. Máy biến áp được đổ đầy dầu máy biến áp, đóng vai trò vừa là môi trường cách điện vừa là môi trường làm mát chính.

ONAN (Dầu tự nhiên Không khí tự nhiên)

• Nguyên tắc: Dựa vào sự đối lưu tự nhiên của dầu. Nhiệt sinh ra từ cuộn dây và lõi làm nóng dầu máy biến áp. Dầu nóng bốc lên đỉnh thùng dầu và tỏa nhiệt vào không khí thông qua bộ tản nhiệt (vây hoặc ống làm mát), trong khi dầu nguội đi xuống đáy thùng, tạo thành vòng tuần hoàn tự nhiên.
• Đặc điểm: Cấu trúc đơn giản, đáng tin cậy,-không có tiếng ồn, không cần bảo trì-.
• Ứng dụng: Máy biến áp phân phối nhỏ (ví dụ: máy biến áp được sử dụng trong khu dân cư hoặc tòa nhà).

ONAF (Dầu tự nhiên không khí cưỡng bức)

• Nguyên tắc: Một quạt được thêm vào bộ tản nhiệt của máy biến áp ONAN. Khi tải máy biến áp tăng và nhiệt độ tăng, bộ điều khiển nhiệt độ sẽ tự động khởi động quạt, buộc luồng không khí phải tăng tốc độ làm mát của bộ tản nhiệt.
• Đặc điểm: Khả năng làm mát được nâng cao đáng kể với quạt có thể khởi động và dừng tự động dựa trên tải/nhiệt độ,-tiết kiệm năng lượng.
• Ứng dụng: Máy biến áp công suất vừa và lớn, được sử dụng rộng rãi.

OFAF/ODAF (Không quân cưỡng bức dùng dầu / Không quân cưỡng bức dùng dầu)

• Nguyên tắc: Ngoài việc bổ sung thêm quạt, còn có thêm bơm dầu. Máy bơm buộc dầu biến thế lưu thông nhanh hơn qua bộ tản nhiệt. Công nghệ ODAF (có hướng) còn tiến xa hơn nữa bằng cách dẫn dầu chính xác đến các kênh mao dẫn bên trong cuộn dây, cải thiện đáng kể hiệu quả làm mát tại các điểm nóng nhất (bên trong cuộn dây).
• Đặc điểm: Khả năng làm mát cực mạnh, cấu tạo tương đối phức tạp.
• Ứng dụng: Máy biến áp siêu cao áp cỡ lớn, máy biến áp chính trong các nhà máy điện công suất lớn.

OFWF/ODWF (Cưỡng bức dầu)

• Nguyên tắc: Sử dụng bộ trao đổi nhiệt từ dầu-sang{1}}nước (bộ làm mát) thay vì bộ tản nhiệt làm mát bằng không khí-. Dầu biến áp nóng được bơm vào bộ làm mát, nơi nhiệt được truyền sang dòng nước làm mát đang chảy. Dầu được làm mát sau đó quay trở lại máy biến áp.
• Đặc điểm: Hiệu suất làm mát rất cao, không bị ảnh hưởng bởi nhiệt độ môi trường. Tuy nhiên, nó đòi hỏi một hệ thống tuần hoàn nước đáng tin cậy (máy bơm, đường ống, van, v.v.), có chi phí và yêu cầu bảo trì cao, đồng thời tiềm ẩn nguy cơ dầu-trộn lẫn và rò rỉ nước.
• Ứng dụng: Máy biến áp cực lớn-được đặt ở những khu vực có nhiều nước (chẳng hạn như nhà máy thủy điện) hoặc những khu vực có hạn chế về không gian ngăn cản việc làm mát không khí (chẳng hạn như trạm biến áp ngầm).

2. Máy biến áp loại-khô
Máy biến áp loại khô sử dụng không khí (hoặc chất cách điện rắn như nhựa epoxy) làm môi trường làm mát bên trong và phương pháp làm mát của chúng tương đối đơn giản.
AN (Làm mát không khí tự nhiên)

• Nguyên tắc: Dựa vào sự đối lưu tự nhiên của không khí và làm mát bằng bức xạ từ vỏ máy biến áp.
• Ứng dụng: Máy biến áp loại-khô có công suất-nhỏ.

AF (Làm mát không khí cưỡng bức)

• Nguyên tắc: Lắp quạt bên dưới hoặc xung quanh thân máy biến áp để đẩy không khí mát đi qua các đường dẫn giữa các cuộn dây, mang nhiệt đi.
• Tính năng: Thường được trang bị điều khiển thông minh; quạt tự động khởi động khi tốc độ tải cao, cho phép công suất đầu ra của máy biến áp tăng 40%-50%.
• Ứng dụng: Máy biến áp loại khô có công suất trung bình đến lớn-khô{1}}, thường được sử dụng trong các trạm biến áp trong nhà, tòa nhà, tàu điện ngầm và những nơi khác có yêu cầu an toàn cháy nổ cao.

Hệ thống làm mát máy biến áp là một phần quan trọng trong thiết kế của nó, ảnh hưởng trực tiếp đến công suất đầu ra, hiệu suất vận hành và tuổi thọ sử dụng của máy biến áp. Việc lựa chọn phương pháp làm mát thích hợp là kết quả của việc cân bằng giữa chi phí, độ tin cậy, độ phức tạp của việc bảo trì và môi trường lắp đặt.