Grundstruktur des 11-kV-Öltransformators: Eine detaillierte Aufschlüsselung

Die 11kVÖltransformatordient als eines der kritischsten Stromumwandlungsgeräte in Verteilungsstromnetzen. Es wird häufig in städtischen Stromnetzen, Industrieparks, Bergbaustandorten, Wohnanlagen und neuen Energiestationen eingesetzt. Mithilfe von Isolieröl als Kühl- und Dielektrikum wird die Spannung von der 11-kV-Hochspannungsseite auf eine 0,4-kV-Niederspannungsverteilungsspannung herabgesetzt, um eine sichere Stromübertragung und -verteilung zu erreichen. Im Vergleich zu Trockentransformatoren zeichnen sich Öltransformatoren durch eine hohe Überlastfähigkeit, geringere Kapitalkosten, eine hervorragende Wärmeableitungsleistung und einen stabilen Betrieb aus. Um das Funktionsprinzip vollständig zu verstehen, routinemäßige Wartungsarbeiten durchzuführen und mögliche Fehler vorherzusagen, ist es wichtig, sich mit der gesamten inneren und äußeren Struktur des 11-kV-Öltransformators vertraut zu machen. In diesem Artikel werden die Kernkomponenten einzeln aufgeschlüsselt, um Beschaffungsspezialisten, Betriebs- und Wartungsingenieuren sowie Generalunternehmern dabei zu helfen, sich schnell mit der Gerätekonstruktion vertraut zu machen.

Eine komplette 11kVÖlbad-Verteilungstransformatorbesteht aus sieben Hauptmodulen: Kern- und Wicklungsbaugruppe, Öltank und Kühlsystem, Isolierölsystem, Stufenschalter, Buchsenbaugruppe, Schutzkomponenten und Basiszubehör. Alle unter Spannung stehenden Eisenkerne und Wicklungen sind vollständig in Transformatoröl eingetaucht. Transformatorenöl erfüllt zwei Hauptfunktionen. Erstens die elektrische Isolierung: Sie isoliert Wicklungen auf unterschiedlichen Potenzialniveaus sowie die Wicklungen vom Kern und Tankmantel, um Durchschläge und Kurzschlüsse zu verhindern. Zweitens Wärmeableitung: Wärme, die von unter Spannung stehenden Wicklungen und Kernen erzeugt wird, wird an das Ölmedium übertragen. Durch natürliche Konvektion oder Zwangszirkulation des Öls wird Wärme an die Tankwand und die Heizkörper abgegeben und an die Umgebungsluft abgegeben. Die gesamte Einheit verfügt über eine abgedichtete Konstruktion, um das Eindringen von Luft und Feuchtigkeit in das Öl zu reduzieren und so die Verschlechterung der Isolierung zu verlangsamen.

3.1 Eisenkern
Der Eisenkern bildet den Magnetkreis des Transformators und leitet einen magnetischen Wechselfluss, um eine elektromagnetische Induktion zu realisieren. Als Rohmaterial werden üblicherweise kaltgewalzte Siliziumstahlbleche mit hoher Permeabilität verwendet. Jedes Siliziumstahlblech ist mit Isolierlack beschichtet und in einem verschachtelten Muster gestapelt. Das Stapeldesign reduziert Hystereseverluste und Wirbelstromverluste, um die Wärmeerzeugung zu minimieren. Der Kern besteht aus Kernschenkeln und Jochen. Auf den Kernschenkeln sind Wicklungen angebracht, während Joche die oberen und unteren Kernschenkel verbinden und so einen geschlossenen Magnetkreis bilden. Der Eisenkern ist an einem einzigen Punkt geerdet, um schwebendes Potenzial zu vermeiden, das eine Teilentladung auslösen und Isolationsmaterialien beschädigen könnte.
3.2 HV- und LV-Wicklungen
Wicklungen bilden den Stromkreis des Transformators und sind in Hochspannungswicklungen (11 kV) und Niederspannungswicklungen (0,4 kV) unterteilt. Sie sind konzentrisch auf Kernbeinen montiert. Bei den meisten Konstruktionen werden Niederspannungswicklungen auf der Innenschicht und Hochspannungswicklungen auf der Außenschicht platziert.
Niederspannungswicklungen verwenden Leiter mit größerer Querschnittsfläche und weniger Windungen, während Hochspannungswicklungen eine größere Anzahl von Windungen und dünnere Leiter aufweisen. Die Leiter sind mit Isolierpapier umwickelt. Zwischen Windungen und Lagen sind Abstandsblöcke und Ölkanäle angeordnet. Ölkanäle bilden Strömungskanäle für die Zirkulation und Ableitung von Wärme durch Transformatoröl. Nach der Wicklungsherstellung wird eine Vakuumölimprägnierung durchgeführt, um innere Luftblasen zu beseitigen und die Durchschlagsfestigkeit zu erhöhen.
3.3 Isolationssystem
Zu den Isolationskomponenten gehören neben Leiterisolierpapier auch Stützstreifen, Trennstege, Winkelringe und Abstandshalter, die in der Regel aus isolierendem Pressspan hergestellt werden. Diese Teile trennen Hoch- und Niederspannungswicklungen, stützen und fixieren Wicklungsbaugruppen und bilden gleichzeitig Kühlölkanäle. Das Isolationssystem ist die Grundlage für einen sicheren Transformatorbetrieb. Sobald die Isolierung feucht oder beschädigt wird, kann es zu einem Kurzschluss oder Erddurchschlag zwischen den Windungen kommen, was zu schweren Unfällen führen kann.

4.1 Öltank
Der Öltank ist ein geschweißter Stahlbehälter zur Aufnahme von Transformatoröl und zur Aufnahme der Kern- und Wicklungsbaugruppe. Es fungiert auch als mechanische Stützstruktur zum Tragen von Heizkörpern, Durchführungen, Ausdehnungsgefäßen und anderen externen Armaturen. Öltanks werden in Flachtanks und Welltanks eingeteilt. Welltanks sind auf elastische Wellwände angewiesen, um die durch thermische Ausdehnung und Kontraktion verursachte Ölvolumenänderung auszugleichen, und bei kleinen Verteilungstransformatoren kann auf Ausdehnungsgefäße verzichtet werden. Bei Einheiten mit größerem Fassungsvermögen kommen Flachtanks mit passenden Ausdehnungsgefäßen zum Einsatz. Am Boden des Tanks ist ein Ölablassventil angebracht, um bei Wartungsarbeiten Ölproben zu entnehmen und abzulassen. Für eine zuverlässige Erdung während des Betriebs sind Erdungsbolzen an der Tankseite angebracht, um die Sicherheit des Personals zu gewährleisten.
4.2 Konservator (Ölausgleichsbehälter)
Das Ausdehnungsgefäß wird oben auf dem Öltank montiert und über ein Verbindungsrohr mit dem Tankkörper verbunden. Transformatoröl dehnt sich aus, wenn die Temperatur steigt, und zieht sich zusammen, wenn die Temperatur sinkt. Das Ausdehnungsgefäß gleicht solche Volumenschwankungen aus, stellt sicher, dass der Tank immer vollständig mit Öl gefüllt ist und verhindert, dass der Kern und die Wicklungen der Luft ausgesetzt werden. Am Ausdehnungsgefäß ist eine Entlüftungsöffnung angebracht, die mit farbveränderndem Kieselgel gefüllt ist, um Feuchtigkeit aus der Umgebungsluft zu absorbieren und zu verhindern, dass feuchte Luft in das Transformatoröl gelangt. An der Seite des Ausdehnungsgefäßes ist eine Ölstandsanzeige angebracht, um den Ölstand für Routineinspektionen visuell anzuzeigen.
4.3 Kühlkomponenten
Gängige Kühlmodi für 11 kVÖltransformatorenDazu gehören ONAN (Oil Natural Air Natural) und ONAF (Oil Natural Air Forced). Kleine Verteiltransformatoren leiten die Wärme auf natürliche Weise über Tankwände oder Wellplatten ab. Modelle mit größerer Kapazität sind mit Plattenheizkörpern ausgestattet. Die Heizkörper sind über Rohrleitungen mit dem Tank verbunden. Heißes Öl strömt zur Kühlung nach oben in die Kühler, und gekühltes Öl kehrt zum Boden des Tanks zurück, um eine natürliche Konvektionszirkulation herzustellen. Mit Kühlventilatoren ausgestattete Geräte können bei starker Belastung Gebläse aktivieren, um die Wärmeableitung zu verbessern und die Kurzzeitüberlastfähigkeit zu verbessern.
4.4 HV- und LV-Buchsen
Durchführungen sind isolierende Bauteile, die unter Spannung stehende Wicklungen aus dem Öltank herausführen. Ein Ende ist mit den internen Wicklungen verbunden, während das andere Ende der Atmosphäre für den externen Kabel- oder Sammelschienenanschluss ausgesetzt ist. . 11kV-Hochspannungsdurchführungen sind in der Regel Porzellan- oder Verbunddurchführungen. Die Niederspannungsseite arbeitet mit niedrigerer Spannung und verwendet im Allgemeinen Porzellan- oder Harzbuchsen. Durch die Durchführung verläuft ein leitfähiger Stab und die äußere Isolierhülle hält der Erdspannung stand. Buchsen gehören zu den störungsanfälligsten Bauteilen. Oberflächenverunreinigungen, Risse oder eindringende Feuchtigkeit können zu Funkenentladungen führen.
4.5 Tap-Changer
Der Stufenschalter passt die Windungszahl der Hochspannungswicklungen an und ändert das Transformatorverhältnis, um Schwankungen der Netzspannung auszugleichen. Es kann in Stufenschalter ohne Schaltkreis und Laststufenschalter kategorisiert werden. Die meisten 11-kV-Verteilungstransformatoren sind mit Stufenschaltern ausgestattet, die nur dann betrieben werden dürfen, wenn der Transformator vollständig stromlos ist. Der Stufenschalter wird auf der Tankoberseite montiert und über einen externen Bediengriff eingestellt. Der übliche Tap-Bereich beträgt ±2×2,5 %. Wartungstechniker passen die Stufenpositionen entsprechend der tatsächlichen Spannung vor Ort an, um eine stabile Niederspannungs-Ausgangsspannung innerhalb des Nennbereichs zu gewährleisten.

Buchholz-Relais: Wird an der Rohrleitung zwischen Tank und Ausdehnungsgefäß installiert und ist das primäre Schutzgerät fürÖltransformatoren. Interne Fehler verursachen Auswirkungen auf den Gas- oder Ölfluss. Das Buchholzrelais löst Alarmsignale oder Auslösebefehle aus. Der Schutz vor leichten Gasen reagiert auf kleinere interne Fehler, bei denen Gas entsteht, während der Schutz vor schweren Gasen auf schwere Kurzschlüsse reagiert.
Überdruckventil: Auf der Tankabdeckung montiert. Plötzlicher interner Kurzschluss erzeugt in kurzer Zeit große Gasmengen und erhöht den Tankdruck stark. Das Überdruckventil öffnet sich schnell, um den Druck abzulassen und eine Verformung oder Explosion des Tanks zu verhindern.
Thermometer: Einschließlich Öloberflächenthermometer und Wicklungsthermometer zur Überwachung der oberen Öltemperatur und der Wicklungstemperatur. Der Übertemperaturalarm wird aktiviert, wenn die Messwerte die Schwellenwerte überschreiten.
Ölprobenahmeventil: Wird für die regelmäßige Ölprobenahme zur Durchführung von Gaschromatographie-, dielektrischen Verlust- und Feuchtigkeitstests sowie zur Bewertung des Alterungszustands von Isolieröl verwendet.

Jede Strukturkomponente des 11kVÖltransformatorerfüllt seine ihm zugewiesene Funktion. Der Magnetkreis, der Stromkreis, das Isolationssystem, das Kühlsystem und das Schutzsystem arbeiten zusammen, um eine stabile Stromumwandlung zu gewährleisten. Kern und Wicklungen vervollständigen die Umwandlung elektromagnetischer Energie; Transformatoröl sorgt sowohl für Isolierung als auch für Wärmeableitung; Öltank und Ausdehnungsgefäß sorgen für eine abgedichtete Ölumgebung; Buchsen für den Export von elektrischer Energie; Stufenschalter stabilisiert die Ausgangsspannung; Verschiedene Schutzgeräte überwachen den Gerätestatus in Echtzeit und reagieren schnell, wenn Fehler auftreten.
Die Vertrautheit mit der Transformatorstruktur ermöglicht es Beschaffungs- und Wartungsteams, die Produktqualität während der Ausschreibungs- und Auswahlphase zu bewerten, potenzielle Mängel bei Routineinspektionen zu identifizieren, optimierte Wartungspläne zu formulieren, die Lebensdauer von Transformatoren zu verlängern und das Risiko von Stromausfällen in Verteilungsnetzen zu reduzieren.