Enfriadores de aceite y agua forzados para transformadores

 Enfriadores de aceite-forzados (FOC)

(I) Principio de funcionamiento

Los enfriadores de aceite-forzados se basan en la lógica central de "circulación forzada + enfriamiento de aire", rompiendo la dependencia del enfriamiento por circulación natural de aceite de la diferencia de temperatura. Al impulsar activamente el flujo de aceite para acelerar la circulación, mejoran significativamente la eficiencia de disipación de calor. Según la norma 60076-2:2011 de la Comisión Electrotécnica Internacional (IEC), su método de enfriamiento está codificado como OFAF (Oil Forced-Air Forced), es decir, circulación interna forzada de aceite y circulación externa forzada de aire. Durante el funcionamiento, una bomba sumergible exclusiva extrae el aceite caliente de la capa superior del tanque, lo presuriza y lo envía al haz de tubos de disipación de calor del cuerpo del enfriador. Simultáneamente, el ventilador de refrigeración se pone en marcha, lo que obliga al aire a fluir rápidamente sobre la superficie de los tubos de disipación de calor. A través de la conducción y convección del calor, el calor del aceite caliente se transfiere rápidamente al aire. El aceite del transformador enfriado tiene una temperatura más baja y una mayor densidad, fluyendo de regreso al fondo del tanque del transformador a través del tubo de conexión inferior para volver a enfriar el núcleo y los devanados, formando un circuito completo de disipación de calor de circulación forzada de aceite que elimina continuamente el calor generado durante la operación del equipo.

(2) Composición estructural

El enfriador de aceite forzado consta principalmente del cuerpo del enfriador, la bomba sumergible, el ventilador de enfriamiento, el sistema de tuberías de aceite, la caja de control eléctrico y los componentes de protección auxiliar. El cuerpo del refrigerador generalmente adopta una estructura de tubo-aleta, con los tubos de disipación de calor hechos de tubos de cobre o aluminio de alta-conductividad térmica-resistentes a la corrosión-y con aletas externas para aumentar el área de disipación de calor. La bomba sumergible, como fuente de energía para la circulación del aceite, presenta alta eficiencia, bajo nivel de ruido y resistencia a la corrosión del aceite, lo que garantiza una circulación estable del aceite. El ventilador de refrigeración es principalmente un ventilador de flujo axial, controlado por un sensor de temperatura, que arranca solo cuando la temperatura del aceite alcanza el valor establecido, logrando una operación de ahorro de energía-. La caja de control eléctrico es responsable del control general del arranque y parada de la bomba de aceite y del ventilador, y también integra funciones de monitoreo de temperatura y flujo de aceite. Los componentes de protección auxiliar incluyen indicadores de flujo de aceite y señalizadores de presión diferencial, que pueden emitir señales de alarma en caso de falla en la circulación de aceite o diferencias anormales de presión de aceite-agua, lo que garantiza la seguridad del equipo.

(3) Funciones principales y escenarios de aplicación
La principal ventaja de los enfriadores de aceite forzados es su alta eficiencia de disipación de calor. En comparación con los métodos de enfriamiento por aire sumergido en aceite (ONAF), su eficiencia de disipación de calor se puede aumentar en más del 30%, lo que puede satisfacer las necesidades de disipación de calor de transformadores grandes bajo operación de carga alta; La estructura es relativamente compacta y se puede montar directamente en el cuerpo del transformador, ocupando poco espacio y con una carga de trabajo de mantenimiento moderada; Gran adaptabilidad, puede ajustar la capacidad de disipación de calor aumentando o disminuyendo el número de refrigeradores en funcionamiento de acuerdo con los cambios en la carga del transformador, y lograr una correspondencia entre la carga y la disipación de calor.

Sus escenarios de aplicación se centran principalmente en grandes transformadores de alto-voltaje, especialmente transformadores de potencia con niveles de voltaje de 220 kV y superiores y una capacidad de 120 MVA o superior, que se utilizan ampliamente en subestaciones, plantas de energía, plantas industriales y otros escenarios. En escenarios especiales, como estaciones convertidoras de canal medio flexibles de retorno-a-reverso, también se utilizan enfriadores de aceite forzados de bajo-ruido para reducir el ruido de funcionamiento, combinados con bombas sumergibles de bajo-ruido, para minimizar el impacto de la operación del equipo en el entorno.

Enfriadores de agua forzados (FWC) para transformadores
(1) Principio de funcionamiento

El enfriador de agua forzado adopta un modo de enfriamiento forzado dual de "circulación forzada de aceite + enfriamiento por agua", y su método de enfriamiento estándar está codificado como OFWF (Oil Forced Water Forced), lo que significa circulación forzada de aceite interna y circulación forzada de agua externa. La lógica central es utilizar la alta capacidad calorífica específica y la conductividad térmica del agua en comparación con el aire, y lograr una disipación de calor eficiente a través del intercambio de calor aceite-agua. Durante el funcionamiento, la bomba de aceite sumergible extrae el aceite caliente del tanque de aceite del transformador y lo envía al intercambiador de calor de aceite-agua (cuerpo del enfriador). Al mismo tiempo, la bomba de agua circulante bombea agua de refrigeración (principalmente agua circulante industrial o agua de río) al otro canal del intercambiador de calor. El aceite caliente y el agua de refrigeración fluyen en direcciones opuestas dentro del intercambiador de calor y, a través de la conducción térmica, el calor del aceite caliente se transfiere rápidamente al agua de refrigeración; El aceite del transformador enfriado regresa al tanque de aceite para continuar participando en el ciclo de enfriamiento, mientras que el agua de enfriamiento que absorbe el calor se descarga del enfriador. Tras un posterior tratamiento de refrigeración, puede reciclarse o descargarse directamente, formando un doble circuito de refrigeración de "circulación de aceite+circulación de agua".

Vale la pena señalar que durante el funcionamiento, es necesario asegurarse de que la presión del aceite sea mayor que la presión del agua. Si el tubo de intercambio de calor se rompe y el agua ingresa al aceite del transformador, causará daños en el aislamiento y provocará accidentes catastróficos. Por lo tanto, este sistema tiene requisitos extremadamente altos en cuanto a rendimiento de sellado.

(2) Composición estructural La estructura de un enfriador de agua forzado es más compleja que la de un enfriador de aceite forzado y consta principalmente del cuerpo del enfriador, la bomba de aceite sumergible, la bomba de circulación de agua, el sistema de tuberías de agua-aceite, la caja de control eléctrico y los dispositivos de protección de seguridad. El cuerpo del enfriador (intercambiador de calor de aceite-agua) comprende una cámara de aceite y dos cámaras de agua. La cámara de aceite está llena de tubos de refrigeración densamente empaquetados, a través de los cuales fluye agua de refrigeración. La cámara de aceite exterior está dividida en varios canales mediante deflectores, lo que garantiza que el aceite caliente fluya tortuosamente por la superficie de los tubos de enfriamiento, mejorando la eficiencia del intercambio de calor. La cámara de agua está dividida en cámaras superior e inferior, y la cámara de agua inferior está dividida en dos cavidades, lo que permite que el agua de refrigeración fluya bidireccionalmente, mejorando aún más la disipación de calor. El sistema de tuberías de aceite-agua está equipado con válvulas, filtros y otros componentes para regular los caudales de aceite y agua, filtrar impurezas y evitar la obstrucción de las tuberías. Además de los indicadores de flujo de aceite y las señales de presión diferencial, los dispositivos de protección de seguridad incluyen componentes de monitoreo del nivel de agua y de la presión del agua para monitorear el estado operativo del sistema de circulación de agua en tiempo real y detectar rápidamente fugas, escasez de agua y otros problemas.

(3) Funciones principales y escenarios de aplicación

La mayor ventaja de los enfriadores de agua forzados es su extremadamente alta eficiencia de disipación de calor. Para la misma capacidad de refrigeración, su volumen es mucho menor que el de los enfriadores de aceite forzados, son más ligeros y funcionan con menor ruido (sin ruido del ventilador), lo que facilita la instalación en interiores y los hace adecuados para escenarios con requisitos estrictos de ruido y espacio. Al mismo tiempo, su efecto de disipación de calor se ve menos afectado por la temperatura ambiente, lo que mantiene un rendimiento estable de disipación de calor en ambientes de alta-temperatura, lo que los hace adecuados para transformadores que operan bajo condiciones de alta carga y alta temperatura.

Sus limitaciones radican principalmente en la alta complejidad del sistema, los altos requisitos de calidad del agua de refrigeración y estabilidad del suministro, la necesidad de un mantenimiento regular del sistema de circulación de agua, reposición de agua de refrigeración, adición de anticongelante y limpieza de los intercambiadores de calor; y la vida útil relativamente corta de los sistemas-enfriados por agua, lo que dificulta lograr la misma vida útil que el transformador (normalmente 40 años de vida física), lo que aumenta los costos de mantenimiento posteriores y la frecuencia de reemplazo de equipos.

Los escenarios de aplicación se concentran principalmente en áreas con abundantes recursos hídricos y fácil drenaje, como transformadores principales en edificios de centrales hidroeléctricas; y en lugares con espacio limitado y requisitos estrictos de ruido, como subestaciones subterráneas, subestaciones en áreas centrales urbanas y centros de datos. También se pueden utilizar para enfriar transformadores de capacidad ultra-grande para satisfacer las necesidades de disipación de calor bajo cargas extremas.

Como equipo de enfriamiento central de los transformadores, los enfriadores forzados de aceite y los enfriadores forzados de agua, con sus estructuras y rendimiento únicos, se adaptan a diferentes escenarios de aplicación y en conjunto brindan garantías para el funcionamiento seguro y estable de los transformadores. Los enfriadores de aceite forzados se han convertido en la opción de enfriamiento principal para transformadores grandes debido a su estructura simple, mantenimiento conveniente y gran adaptabilidad; Los enfriadores de agua forzados desempeñan un papel insustituible en escenarios especiales debido a su alta eficiencia en la disipación de calor, bajo nivel de ruido y compacidad.

Con el desarrollo continuo del sistema de energía, la tecnología de refrigeración seguirá optimizándose y la inteligencia, la eficiencia y la conservación de energía se convertirán en la dirección central del desarrollo en el futuro. En aplicaciones prácticas, es necesario seleccionar y estandarizar científicamente el mantenimiento en función de factores como los requisitos operativos y el entorno de instalación de los transformadores, utilizar plenamente la eficiencia de disipación de calor de los sistemas de enfriamiento, extender la vida útil de los transformadores, garantizar la operación segura, eficiente y estable de los sistemas de energía y brindar un soporte sólido para la transmisión y el suministro de energía.