Transformador sumergido en aceite de eficiencia energética secundaria: análisis completo de los transformadores de distribución de ahorro de energía de la serie S20

En el contexto de la promoción de la estrategia nacional de "carbono dual" y la plena implementación del GB 20052-2020 "Límites de eficiencia energética y niveles de eficiencia energética de los transformadores de potencia", los transformadores sumergidos en aceite de eficiencia energética secundaria (normalmente representados por la serie S20) se han convertido en la selección principal para la distribución de energía industrial, la transformación de la red de distribución urbana y nuevos proyectos energéticos. En comparación con el tipo tradicional S11/S13, tiene un rendimiento excepcional en la reducción de la pérdida sin carga y la pérdida de carga, teniendo en cuenta los beneficios de ahorro de energía y el retorno de la inversión.

I. ¿Qué es un transformador sumergido en aceite de eficiencia energética secundaria?

Los transformadores sumergidos en aceite de eficiencia energética secundaria se refieren a transformadores de distribución trifásicos sumergidos en aceite que cumplen con los límites de eficiencia energética secundaria en GB 20052-2020 (y la versión actualizada GB 20052-2024). Los modelos comunes están marcados como serie S20-M (completamente sellado), con capacidades que van desde 30 a 2500 kVA. Los niveles de voltaje suelen ser 6/10/20 kV (lado de alto voltaje) y 0,4 kV (lado de bajo voltaje).

• Eficiencia energética de primer nivel: pérdida más baja (como la aleación amorfa S22/SH21), adecuada para escenarios de carga completa a largo plazo

• Eficiencia energética de nivel 2: en comparación con la eficiencia energética de nivel 3, la pérdida sin carga se reduce aproximadamente entre un 10 % y un 20 % y la pérdida con carga se reduce aproximadamente entre un 5 % y un 15 %; es decir, la serie S20.

• Nivel 3 de eficiencia energética: umbral mínimo de entrada al mercado (como la parte S13), los nuevos proyectos se eliminarán gradualmente

Como equipo eléctrico de alta eficiencia y ahorro de energía, el diseño estructural del transformador secundario sumergido en aceite de eficiencia energética se ha optimizado para cumplir con los requisitos de los nuevos estándares de eficiencia energética. Este tipo de transformador se compone principalmente de componentes centrales como núcleo, devanados y tanques de aceite. Cada componente se complementa en función y juntos aseguran el funcionamiento eficiente del transformador. Como núcleo del circuito magnético del transformador, el núcleo de hierro suele estar hecho de láminas laminadas de acero al silicio con alta permeabilidad magnética. Su forma de sección transversal tiene una influencia importante en los parámetros de rendimiento eléctricos y estructurales del transformador. El devanado es la parte del circuito del transformador. Realiza la función de conversión de voltaje a través de una relación de vueltas razonable. El material y la disposición de los cables afectan directamente la pérdida de carga y la impedancia de cortocircuito del transformador. El tanque de aceite no solo proporciona soporte mecánico al transformador, sino que también logra funciones de disipación de calor y aislamiento a través del flujo circulante de aceite aislante interno, asegurando así la estabilidad y confiabilidad del transformador en operación a largo plazo.

II. Principio de funcionamiento

El principio de funcionamiento del transformador sumergido en aceite de dos etapas y de bajo consumo se basa en la ley de la inducción electromagnética, y la conversión entre el voltaje de entrada y el voltaje de salida se logra mediante la acción de un campo magnético alterno. Cuando el devanado primario está conectado a la fuente de alimentación de CA, la corriente alterna generada en el devanado excitará un flujo magnético alterno en el núcleo, induciendo así una fuerza electromotriz inducida en el devanado secundario. Este proceso de inducción electromagnética permite que el transformador ajuste de manera flexible el nivel de voltaje sin cambiar la cantidad total de energía eléctrica, satisfaciendo así las necesidades de diferentes escenarios de aplicación.

En los transformadores sumergidos en aceite, el papel del aceite aislante es crucial. Por un lado, el aceite aislante, como excelente medio aislante, puede aislar eficazmente la parte de alto voltaje entre el devanado y el núcleo, evitando fallas del equipo debido a fallas eléctricas; por otro lado, el aceite aislante elimina el calor generado durante el funcionamiento del transformador mediante convección natural o circulación forzada, asegurando que el equipo mantenga un rango de aumento de temperatura razonable bajo carga nominal. Este eficiente mecanismo de disipación de calor no solo extiende la vida útil del transformador, sino que también garantiza su funcionamiento estable en condiciones de carga elevada. Por lo tanto, el transformador sumergido en aceite de eficiencia energética secundaria logra el objetivo de alta eficiencia y ahorro de energía a través de un diseño científico y razonable, aprovechando al máximo el principio de inducción electromagnética y las características del aceite aislante.

III. Características de rendimiento

1.Rendimiento de disipación de calor

Los transformadores sumergidos en aceite presentan ventajas significativas en el rendimiento de disipación de calor debido a su exclusivo mecanismo de disipación de calor. Durante la operación, el aceite del transformador absorbe el calor generado por los devanados y el núcleo mediante convección natural o circulación forzada y lo transfiere a la superficie del tanque de aceite para la disipación del calor. Este método eficiente de disipación de calor no solo puede controlar eficazmente el aumento de temperatura dentro del transformador, sino también extender la vida útil del equipo. Las investigaciones muestran que la eficiencia de disipación de calor de los transformadores sumergidos en aceite es aproximadamente un 20% mayor que la de los transformadores de tipo seco, lo que se debe principalmente a la alta capacidad calorífica y la alta conductividad térmica del aceite aislante.

Además, se ha optimizado aún más el diseño de disipación de calor del transformador secundario sumergido en aceite de eficiencia energética. Por ejemplo, la capacidad de disipación de calor se mejora significativamente aumentando la superficie del tanque de combustible, instalando disipadores de calor o adoptando un sistema de refrigeración por aire forzado. Especialmente en condiciones de funcionamiento de carga alta, estas medidas de optimización garantizan que la temperatura interna del transformador siempre se mantenga dentro de un rango razonable, evitando así el riesgo de degradación del rendimiento o fallo debido al sobrecalentamiento. Por lo tanto, las ventajas de los transformadores sumergidos en aceite de eficiencia energética secundaria en el rendimiento de disipación de calor han sentado una base sólida para su amplia aplicación en los campos industrial y de la construcción.

2. Estructura del tanque de combustible corrugado completamente sellada

Adopta un tanque de aceite corrugado completamente sellado (sin conservador de aceite ni conservador de aceite interno). La lámina corrugada se expande y contrae automáticamente a medida que cambia la temperatura del aceite para compensar el volumen de aceite y aislar la entrada de aire y humedad, lo que reduce el envejecimiento del aceite aislante. Básicamente no requiere mantenimiento y tiene una vida útil de hasta 30 años.

3. Alta confiabilidad y seguridad

• Impedancia de cortocircuito: 4% (≤630kVA) / 4,5%~6% (gran capacidad)

• Resistencia a cortocircuitos mejorada: soporte de devanado y estructuras de placa de unión mejorados para soportar una fuerza eléctrica de cortocircuito de nivel 31,5 kA.

• Válvula de alivio de presión estándar, interfaz de relé de gas, termómetro de señal

• Nivel de protección IP44 (tipo exterior), el ruido suele ser ≤50 dB(A), adecuado para zonas residenciales/edificios comerciales

IV. Parámetros técnicos típicos (extracto de la serie S20 10kV)

Nota: Los valores específicos son ligeramente diferentes debido al proceso del fabricante y están sujetos al informe de prueba de tipo.

V. Principales escenarios de aplicación

• Empresas industriales/parques industriales: operación continua, alta tasa de carga (>30%), ciclo de recuperación de ahorro de energía corto

• Complejo comercial/edificio de oficinas: bajo nivel de ruido, completamente sellado y libre de mantenimiento, adecuado para sótano o transformador de caja al aire libre

• Renovación de la red eléctrica urbana/áreas residenciales antiguas: reemplazar los transformadores S7/S9/S11 de altas pérdidas para reducir las pérdidas en las líneas de la red de distribución

• Nuevas instalaciones de soporte energético: impulso fotovoltaico distribuido y acceso al sistema de almacenamiento de energía (algunos diseños antiarmónicos personalizables están disponibles)

• Transformación de la red eléctrica rural/área de Taiwán: efecto obvio en la reducción de las pérdidas sin carga y la mejora de la calidad del suministro de energía

VI. Sugerencias de selección

• Se prefiere S20 (eficiencia energética Nivel 2): ​​nuevos proyectos, operación a largo plazo (>10 h/d), distribución de energía industrial/comercial.

• S13 (Eficiencia energética Nivel 3): solo recomendado para consumo de energía temporal a corto plazo o escenarios de presupuesto de costo extremadamente bajo.

• Se prohíben nuevas instalaciones de S11 e inferiores: ya no cumplen con los requisitos nacionales de acceso a eficiencia energética

• Si el proyecto cuenta con fondos suficientes, operación anual >8000h y alta tasa de carga, se puede evaluar la eficiencia energética de primer nivel S22 o aleación amorfa SH15.

VII. Conclusión

Como equipo importante en los sistemas eléctricos modernos, los transformadores sumergidos en aceite de eficiencia energética secundaria se han utilizado ampliamente en muchos campos debido a sus importantes características de ahorro de energía y su rendimiento operativo confiable. Este artículo proporciona un análisis en profundidad de sus características técnicas, incluida la estructura y el principio de funcionamiento, las ventajas de eficiencia energética y las características de rendimiento, revelando su excelente desempeño en pérdida sin carga y optimización de pérdida de carga, así como las tecnologías clave para lograr una mejora de la eficiencia energética a través de nuevos materiales centrales y un diseño optimizado de devanado. En términos de aplicación, el transformador ha demostrado buena aplicabilidad en el suministro de energía de alta potencia en el campo industrial, adaptación a entornos industriales especiales, suministro de energía en edificios de gran altura y complejos comerciales en el campo de la construcción y otros escenarios como el transporte y la extracción de energía.

Sin embargo, los transformadores sumergidos en aceite de eficiencia energética secundaria aún enfrentan ciertos desafíos en términos de adaptabilidad ambiental, costos de mantenimiento y actualizaciones tecnológicas. En respuesta a estos problemas, este artículo propone un diseño optimizado y medidas de protección para mejorar la adaptabilidad ambiental, la tecnología de monitoreo de condiciones y estrategias de optimización de la gestión del mantenimiento para reducir los costos de mantenimiento, así como la inversión en I + D y los métodos de respuesta de actualización estándar para mantenerse al día con el desarrollo tecnológico. En el futuro, se espera que este transformador busque estándares más altos de eficiencia energética a través de una profunda integración con redes inteligentes y la aplicación de nuevos materiales y tecnologías, desempeñando así un papel más crítico en el sistema eléctrico y promoviendo el desarrollo sostenible de la industria energética.