Использование дополнительного охлаждения масляных трансформаторов при совместной работе термоэлектрических преобразователей и грунтовых теплообменников

Андрей Владимирович Дмитриев, Оксана Сергеевна Дмитриева, Ильнур Наилович Мадышев

Аннотация


Трансформаторы входят в состав основного оборудования электростанций, повышающих, понижающих и распределительных подстанций, различного вида преобразовательных устройств. В процессе эксплуатации масляных трансформаторов могут возникнуть повреждения или дефекты, своевременное выявление которых позволит принять меры по предупреждению их развития и сохранению работоспособности оборудования. К тяжелым последствиям приводят повреждения обмоток и главной изоляции трансформаторов из-за нарушений в работе системы охлаждения. Существующие охлаждающие устройства не всегда являются эффективными. Разработана дополнительная система охлаждения силового трансформатора с термоэлектрическими преобразователями. Принцип их работы основан на том, что в ночное время при минимальной температуре окружающего воздуха в емкости накапливается холод за счет образования на развитой поверхности ребер термоэлектрических преобразователей слоя водяного льда, таяние которого используется в самый жаркий период времени суток для дополнительного охлаждения трансформаторного масла в системе охлаждения трансформатора. Описаны два режима работы разработанного устройства. Представлено математическое описание процесса охлаждения воды. Проанализированы результаты исследований по оценке изменения теплового потока, отводимого с помощью вертикальных грунтовых теплообменников, от разных параметров. Результаты исследований показали возможность использования предлагаемой системы жидкостного охлаждения силовых масляных трансформаторов с помощью термоэлектрических модулей и ВГТО. Система позволит дополнительно в моменты пиковых тепловых нагрузок отводить до 50 % тепла. Повышение мощности трансформатора в зависимости от его рабочих характеристик составит 25–40 %.


Ключевые слова


трансформатор; теплообменник; охлаждение; термоэлектрический преобразователь; тепловой поток

Полный текст:

PDF

Литература


Kish L. Nagrev i okhlazhdenie transformatorov [Heating and Cooling of Transformers]. Moscow, En-ergiya Publ., 1980. 180 p.

Gotter G. Nagrevanie i okhlazhdenie elektricheskikh mashin [Heating and Cooling of Electrical Ma-chines]. Moscow, Leningrad, Gosenergoizdat Publ., 1961. 264 p.

Vakhnina V.V., Kuznetsov V.N., Shapovalov V.A., Kretov D.A. [Thermal Load of the Power Trans-former Tank with Deep Saturation of the Magnetic System]. Vektor nauki TGU [Vector of Science of TSU], 2011, no. 4, pp. 74–79. (in Russ.)

Picher P., Boudreau J.F., Manga A., Rajotte C., Tardif C., Bizier G., Di Gaetano N., Garon D., Girard B., Hamel J.F., Proulx S. Use of Health Index and Reliability Data for Transformer Condition Assessment and Fleet Ranking. 45th CIGRE Session, Paris (France), 2014, report A2_101.

Golunov A.M., Seshchenko N.S. Okhlazhdayushchie ustroystva maslyanykh transformatorov [Cooling Devices of Oil Transformers]. Moscow, Energiya Publ., 1976. 214 p.

Yun S.-Y., Park C.-H., Song I.-K. [Development of Overload Evaluation System for Distribution Transformers Using Load Monitoring Data]. International Journal of Electrical Power & Energy Systems, 2013, vol. 44, iss. 1, pp. 60–69. DOI: 10.1016/j.ijepes.2012.07.006

Zhang X., Wang Z., Liu Q., Jarman P., Negro M. [Numerical Investigation of Oil Flow and Tempera-ture Distributions for ON Transformer Windings]. Applied Thermal Engineering, 2018, vol. 130, pp. 1–9. DOI: 10.1016/j.applthermaleng.2017.10.092

Sushkov V.V., Zyabkin A.A. [Modeling Thermal Processes and Diagnosis of Power Transformers in Oil-Field Power Supply Systems]. Promyshlennaya energetika [Industrial Energy], 2013, no. 2, pp. 39–42. (in Russ.)

Wiszniewski A., Solak K., Rebizant W., Schiel L. [Calculation of the Lowest Currents Caused by Turn-to-Turn Short-Circuits in Power Transformers]. International Journal of Electrical Power & Energy Sys-tems, 2018, vol. 95, pp. 301–306. DOI: 10.1016/j.ijepes.2017.08.028

Yang Z., Fu P., Jiang J., Liu X., Huang Y., Liu Q., Liu D. [Analysis of Anti-short Circuit Strength on Windings for ITER-PPEN Power Transformer]. Fusion Engineering and Design, 2017, vol. 121, pp. 319–324. DOI: 10.1016/j.fusengdes.2017.05.033

Bulat L.P. [Thermoelectric Cooling: State and Prospects]. Kholodil'naya tekhnika [Refrigeration En-gineering], 2004, no. 8, pp. 2–7. (in Russ.)

Dmitriev A.V., Dmitrieva O.S., Madyshev I.N. Prospects for the Use of Additional Cooling System for the Oil-Immersed Transformers with Thermoelectric Transducers. MATEC Web of Conferences, 2017, vol. 95,

p. 15008. DOI: 10.1051/matecconf/20179515008

Sajid M., Hassan I., Rahman A. An Overview of Cooling of Thermoelectric Devices. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 2017, vol. 78, pp. 15–22. DOI: 10.1016/j.rser.2017.04.098

Weerasinghe R., Hughes T. Numerical and Experimental Investigation of Thermoelectric Cooling in Down-Hole Measuring Tools; a Case Study. Case Studies in Thermal Engineering, 2017, vol. 10, pp. 44–53. DOI: 10.1016/j.csite.2017.02.002

Dmitriev A.V., Dmitrieva O.S., Madyshev I.N., Nikolaev A.N. Termoelektricheskoe ustroystvo dlya okhlazhdeniya zhidkosti [Thermoelectric Device for Liquid Cooling]. Patent RF, no. 169927, 2017.

Filatov S.O., Volodin V.I. [Operation of Ground-Coupled Heat Exchangers]. Trudy BGTU. Khimiya i tekhnologiya neorganicheskikh veshchestv [Proceedings of BSTU. Chemistry and Technology of Inorganic Substances], 2011, no. 3, pp. 179–184. (in Russ.)

Pavlov K.F., Romankov P.G., Noskov A.A. Primery i zadachi po kursu protsessov i apparatov khimicheskoy tekhnologii [Cases and Problems for Courses in Chemistry Technology Processes and Ma-chines]. Moscow, Al'yanS Publ., 2013. 576 p.

Lee M., Kim H.J., Kim D.-K. [Nusselt Number Correlation for Natural Convection from Ver-tical Cylinders with Triangular Fins]. Applied Thermal Engineering, 2016, vol. 93, pp. 1238–1247. DOI: 10.1016/j.applthermaleng.2015.10.105

Kreith F., Boehm R.F. et. al. Heat and Mass Transfer. Boca Raton, CRC Press LLC, 1999. 288 p.

Mikhailov G.M., Mikhailov V.G., Kondakova L.A., Reva L.S. [Finding the Factor of Convective Heat Transfer in a Pipe for Transient Flow at High Grashof Numbers]. Theoretical Foundations of Chemical Engi-neering, 2007, vol. 41, no. 4, pp 414–416. DOI: 10.1134/S0040579507040124




DOI: http://dx.doi.org/10.14529/power180108

Ссылки

  • На текущий момент ссылки отсутствуют.