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Dans cet article, pour un transformateur 40MVA/110kV, nous explorons la méthode de remise à neuf du transformateur à 50MVA en utilisant de nouvelles technologies et de nouveaux matériaux en fonction de la structure d’isolation actuelle, tout en conservant certaines pièces importées, afin d’atteindre l’objectif de prolonger la durée de vie du transformateur, améliorer la résistance aux courts-circuits et économiser de l’argent.
Parallèlement à la croissance rapide de l’économie moderne, la contradiction entre l’augmentation de la demande de charge et le manque de capacité de transmission et de sous-station d’origine devient de plus en plus importante, et le nouvel équipement est limité par des facteurs tels que le capital, les ressources foncières et la durée de construction. , alors comment remettre à neuf le transformateur usagé, économiser de l’argent tout en prolongeant la durée de vie de l’équipement est devenu un sujet brûlant dans l’industrie de l’énergie.
Dès 2004, certains chercheurs ont proposé que la remise à neuf des transformateurs soit associée à une résistance accrue aux courts-circuits et à la nécessité de prêter attention à l’impact de l’expansion sur les accessoires du groupe. Certains chercheurs ont également modifié un transformateur pour une centrale électrique de 60MVA à 70MVA, tandis que d’autres ont proposé de modifier uniquement l’équipement de refroidissement externe du transformateur pour augmenter la capacité du transformateur.
En ce qui concerne la remise à neuf des transformateurs, l’industrie de l’électricité a effectué de nombreuses recherches, proposé diverses solutions et acquis une expérience pratique.
Cependant, ces mesures ne sont pas normalisées et il n’y a aucune mention de la manière de prolonger la durée de vie du transformateur après la mise à niveau.
Un poste de transformation a acheté un lot de transformateurs de puissance 40MVA/110kV dans les années 1990, en fonctionnement depuis plus de 20 ans et en bon état, mais avec le développement économique rapide de la région, la consommation d’électricité augmente d’année en année, et les transformateurs ont fonctionné sous surcharge pendant plus de temps, de sorte que la durée de vie du transformateur est au point final.
Les transformateurs remis à neuf peuvent être achetés neufs ou anciens transformateurs remis à neuf.
Ces dernières années, le prix des transformateurs a augmenté, à la fois parce que les matériaux et les coûts de main-d’œuvre sont devenus chers et parce que les nouveaux transformateurs sont devenus plus chers en raison des mesures prises pour répondre aux nouvelles exigences de résistance aux courts-circuits du réseau national.
les transformateurs remis à neuf font face à des coûts accrus, de plus, les principaux matériaux des premiers transformateurs anciens sont généralement des matériaux importés, tels que des tôles d’acier au silicium, des bagues, des interrupteurs, etc. Ces pièces sont toujours en bon état après 20 ans de fonctionnement, réutilisez ces pièces importées de différer le renouvellement des équipements de transport et des sous-stations, qui peuvent créer une valeur économique considérable, qui est également devenue un enjeu important pour le réseau.
Il y a 20 ans, le processus de production des transformateurs en Chine était rétrograde et la résistance des matériaux d’isolation était faible, ce qui a conduit à un volume d’anciens transformateurs supérieur à celui des transformateurs de même taille aujourd’hui, et la structure d’isolation des transformateurs de courant est plus importante. raisonnable et la qualité des matériaux et le niveau de fabrication sont meilleurs.
L’ancien transformateur est le modèle SZ-40000/110, structure à double enroulement du transformateur abaisseur, les exigences des transformateurs reconditionnés sont les suivantes.
(1) étendre la capacité à 50MVA (expansion de 25%), la durée de vie du transformateur après la transformation et la nouvelle durée de vie du transformateur de production équivalente.
(2) Considérant que de nombreux matériaux de l’ancien transformateur sont importés et en bon état de fonctionnement, le noyau, les traversées et les interrupteurs d’origine doivent être conservés, tandis que les autres pièces dépendront de conditions spécifiques.
3) la remise à neuf du transformateur doit répondre aux dernières exigences de résistance aux courts-circuits du réseau.
(4) Après avoir pris en compte l’amortissement des déchets de cuivre, le coût de remise à neuf est inférieur à celui du nouvel achat d’un transformateur 50 MVA/110 kV.
Sous le principe de conserver le noyau global du transformateur, la conception de l’enroulement devient très critique. La conception doit non seulement respecter la taille du noyau d’origine, mais également tenir compte de l’augmentation du courant et des pertes causées par l’augmentation de la température de l’enroulement après l’augmentation de la capacité.
Les transformateurs reconditionnés sont conçus pour augmenter la section transversale du fil afin que la densité de courant d’enroulement n’augmente pas d’un facteur de 25%, et pour contrôler l’élévation de température et les pertes afin qu’elles n’augmentent pas de manière significative.
Les transformateurs plus anciens avec des distances d’isolation plus grandes peuvent augmenter l’occupation effective du cuivre dans le même volume de fenêtre. Après l’augmentation du cuivre, la densité électrique de l’enroulement basse tension n’est augmentée que de 12% par rapport à la conception d’origine, et la densité électrique de l’enroulement haute tension est augmentée de 9,7%.
Afin de remplir plus de fils de cuivre à l’intérieur de la même fenêtre, le schéma de rénovation du transformateur réduit l’espacement des enroulements et la distance entre l’enroulement et la culasse par rapport à l’ancien transformateur, et prend également les mesures de renforcement d’isolation nécessaires pour assurer la fiabilité de l’isolation.
(1) Le papier d’emballage en cuivre de l’enroulement haute tension est passé de 4 couches à 5 couches, le rôle de l’emballage est d’éliminer l’accumulation d’impuretés de fibres dans l’huile dans tous les cas et la formation de petits ponts semi-conducteurs et le phénomène de court-circuiter les deux électrodes, ce qui peut augmenter efficacement l’intensité de champ autorisée de l’extrémité d’enroulement.
(2) l’extrémité d’enroulement haute pression augmente une bague d’angle, son rôle est de séparer l’extrémité du grand écart d’huile en un petit écart d’huile, afin d’augmenter la fin de la pression d’huile ; la seconde est d’augmenter la fin de la distance de décharge le long de la surface. L’angle de l’anneau d’angle doit être similaire à la forme de la ligne équipotentielle d’extrémité.
(3) l’extrémité d’enroulement du gâteau de ligne installé en forme de U, ce qui peut augmenter efficacement la première extrémité d’enroulement du gâteau de ligne le long de la surface de la ligne de fuite, augmenter la tension de décharge de l’enroulement à la terre, améliorer la résistance d’isolation du transformateur.
Les conditions de simulation sont de 480 kV pour le choc de foudre appliqué à haute tension et la mise à la terre de l’enroulement basse tension. Les résultats montrent qu’après avoir réduit la distance d’isolation, l’intensité du champ à l’extrémité de l’enroulement haute tension passe de 33,6 kV/mm à 35,3 kV/mm, mais après avoir utilisé les mesures de renforcement de l’isolation ci-dessus, la valeur admissible de l’intensité du champ est 35,5kV/mm, ce qui est un facteur de sécurité supérieur à 1 et répond aux exigences du projet.
Une grande expérience pratique a été acquise dans l’étude de la résistance aux courts-circuits des transformateurs, et le but principal de l’étude est d’assurer l’équilibre structurel du transformateur, de réduire la force électrodynamique pendant le court-circuit et de renforcer le support d’enroulement. . Selon les caractéristiques particulières de cette remise à neuf de transformateur, sur la base de diverses expériences, les mesures spécifiques pour améliorer la résistance aux courts-circuits de ce transformateur sont les suivantes.
(1) Le fil de bobinage adopte un fil semi-rigide avec une limite d’élasticité supérieure à 150 MPa, et le fil est un fil de transposition auto-adhésif pour améliorer la stabilité de l’amplitude.
(2) L’enroulement est assemblé avec un traitement de séchage à pression constante, augmentant le nombre de bandes de contreventement, et la distance de portée entre les bandes de contreventement adjacentes est inférieure à 120 mm.
(3) l’utilisation de la dureté de la plaque de pression supérieure et inférieure, la force de précharge axiale est supérieure à la valeur calculée de la force de court-circuit axiale et laisse une marge suffisante.
4) Adoptez du papier isolant haute densité perforé dans le tampon, améliorez le module élastique du tampon, afin d’améliorer la stabilité axiale du transformateur. Après avoir pris les mesures ci-dessus, les résultats du calcul de la force de court-circuit du transformateur modifié sont présentés dans le tableau 2, et toutes les forces sont garanties avec une marge suffisante.
Another important problem caused by the expansion is the temperature rise. A 25% increase in winding current results in a significant increase in load losses, and the resulting temperature rise is a key issue in transformer refurbishment.
After calculation, the maximum load loss of the transformer increased from 172.5kW before the transformation to 241.6kW. If no countermeasures are taken, the oil temperature and winding temperature will increase significantly, which is not conducive to prolonging the service life of the transformer.
Therefore, in addition to optimizing the internal cooling oil channels of the windings, it was necessary to add fans in the lower part of the transformer and change the cooling method of the transformer from ONAN to ONAF by installing three fans with an air volume of 480 m3/min at the bottom of the winding.
In order to completely solve the temperature rise problem and to ensure that the life of the refurbished transformers is more than 20 years, the retrofit solution uses high temperature insulating liquid natural ester insulating oil as the transformer insulation cooling medium, while the copper winding wrapping paper uses thermally modified paper, and the internal insulation system of the transformer must use high temperature insulation material of the liquid-immersed transformer specified semi-mixed insulation system. system, temperature rise allowable limits are in accordance with the semi-mixed insulation system requirements. The benefits of using natural ester insulating oil are.
(1) Natural ester insulating oil is extracted from plant seeds, which has a high natural degradation rate and reduces CO2 emission during the production and use process, responding to the call for green environment protection.
(2) The ignition point of natural ester insulating oil is higher than 300℃, which effectively reduces the probability of transformer fire and simplifies the fire-fighting measures in substations.
(3) The saturated water content of natural ester insulating oil is higher, which plays a role in drying the internal insulating materials during the operation of transformers and helps to extend the life of transformers.
(4) Natural ester insulating oil transformers have better overload capacity. Where the allowable temperature rise is selected in accordance with GB1094.14 standard for semi-mixed insulation system.
With the semi-mixed insulation system and natural ester insulating oil, the oil temperature and hot spot temperature rise of the winding have a considerable margin according to the permitted value of the standard, and the life of the transformer can be ensured to be comparable to the life of a newly purchased transformer.
En raison de l’expansion de 25 %, les pertes de charge des transformateurs ont augmenté d’environ 40 %, les pertes à vide sont restées les mêmes et le poids des transformateurs a augmenté de 0,9 t.
Les transformateurs sont encore en bon état avec des composants importés. Étant donné que certaines parties du transformateur sont encore en bon état, le coût de la modernisation représente environ 68,8 % de celui de l’achat d’un nouveau transformateur. Les avantages du transformateur modifié sont les suivants.
1) La qualité est garantie en continuant à utiliser les pièces importées du noyau, de l’interrupteur et de la douille du transformateur d’origine.
2) Système d’isolation modifié à semi-mixte avec huile isolante d’ester naturel, durée de vie plus longue et capacité de surcharge plus élevée.
3) Le transformateur a une résistance aux courts-circuits suffisante.
4) Le prix de la transformation est plus économique que l’achat d’un nouveau transformateur neuf.
Dans cet article, j’ai augmenté la capacité d’un transformateur de 110 kV, qui fonctionne depuis plus de 20 ans, de 40 MVA à 50 MVA.
Les conclusions suivantes peuvent être tirées du calcul et de la vérification du programme de modernisation.
Après maintien de l’âme, le renforcement de l’isolation du bobinage permet de réduire d’autant la distance d’isolation afin d’augmenter au maximum les conducteurs en cuivre dans l’espace limité ; des mesures sont prises pour améliorer la résistance aux courts-circuits.
Le système d’isolation semi-hybride, l’utilisation d’huile isolante d’ester naturel, l’augmentation externe des ventilateurs. échauffement du transformateur remis à neuf conformément aux exigences de la norme, la durée de vie peut être comparable avec le nouveau transformateur.
Le coût de remise à neuf d’un transformateur représente environ 70 % du coût d’un nouveau transformateur, ce qui a une valeur économique et sociale très élevée. Après vérification et calcul, l’extension du transformateur 40MVA à 50MVA est tout à fait réalisable.
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