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

Abstract

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. Про- анализированы 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 %. Transformers belong to the main equipment of power plants, raising, lowering and distribution substations, as well as various types of converter devices. In the process of operating oil transformers, damage or defects can occur, the timely detection of which enables taking measures to prevent their furtherance and to keep the equipment intact. Severe consequences are caused by damage to the windings and main insulation of the transformers as it might bring about malfunctions in the cooling system. Existing cooling devices are not always efficient. We have developed a complementary cooling system for power transformers with thermoelectric converters. The operating principle of the device is based on the following: at night, when the ambient temperature is the lowest, water ice is produced the melting of which keeps the transformer oil cold in the hottest daytime. Two operating states of the developed device are described. We also herein present a mathematical description of the water cooling process. We have analyzed the results of studies consisting in evaluating the alteration in the heat flow drawn by vertical ground-coupled heat exchangers. The results of the research show it is possible to use the system for thermoelectric module- and VGHE-enabled liquid cooling of power oil transformers that will allow to draw up to 50% of heat at peak thermal loads, whereas the transformer power is expected to increase by 25–40% depending on the specifications.