في عالم الطاقة الكهربائية، يوجد نوع من المعدات الموجودة في كل ركن من أركان محطة الطاقة والمحطات الفرعية وشبكة التوزيع الحضرية بصمت وإخلاص. إنه ليس ملفتًا للنظر-مثل المولد، ولا شاهقًا مثل برج نقل الطاقة. ومع ذلك، لا يمكن فصل كل ارتفاع وانخفاض في الجهد، وكل نقل لمسافات طويلة-لكل كيلووات من الطاقة الكهربائية عن دعامته الأساسية - هذا محول- مغمور بالزيت. لقد تطورت المحولات المغمورة بالزيت- لأكثر من قرن منذ أن تم إدخال الزيوت المعدنية لأول مرة في حماية العزل بواسطة المحولات التجريبية في أوائل عام 1885 وما زالت تمثل أكثر من 60 بالمائة من سوق محولات الطاقة العالمية. ما الذي يجعل هذا النوع من المعدات التي تستخدم الزيت كوسيلة عازلة وتبريد تحافظ على مكانة رائدة لا يمكن استبدالها في ظهور منتجات جديدة مثل المحولات من النوع الجاف-؟ للإجابة على هذا السؤال، علينا أن نبدأ من مبدأه الهيكلي ومزايا الأداء وسيناريوهات التطبيق الواسعة للعثور على الإجابة.
لفهم أساسزيت-محول مغموربادئ ذي بدء، التعرف على الدور المزدوج الأساسي لزيت المحولات.زيت-محولات الطاقة المغمورةاستخدام الزيوت المعدنية أو الزيوت الاصطناعية كوسيلة رئيسية للعزل والتبريد، وجوهر مفهوم التصميم هو استخدام نفس الوسيلة لتحقيق وظيفتين متميزتين. من ناحية، يتمتع زيت المحولات بأداء عزل كهربائي ممتاز وقوة عازلة أعلى بكثير من الهواء، والتي يمكنها عزل ملفات الجهد العالي بشكل فعال عن ملفات الجهد المنخفض، ومنع انهيار القوس وضمان مستوى الجهد العالي في مساحة محدودة. ومن ناحية أخرى، فإن السعة الحرارية النوعية العالية للزيت تجعله وسيلة فعالة لتبديد الحرارة. عندما يولد القلب والملف حرارة بسبب مرور التيار، يتم نقل الحرارة أولاً إلى زيت المحولات المحيط، وتزداد كثافة الزيت بعد تسخينه، ويتم نقل الحرارة إلى جدار الخزان والمبرد من خلال الحمل الحراري، ثم تنبعث إلى الغلاف الجوي الخارجي. بأخذ المحول القياسي المغمور بالزيت S13- كمثال، فإن منطقة تبديد الحرارة لخزان الزيت المموج تم تصميمها بدقة لتلبية متطلبات التبريد في معظم ظروف العمل دون استخدام مراوح إضافية.
من خلال التركيب الهيكلي، يمكن وصف مجموعة كاملة من المحولات المغمورة بالزيت-بأنها "خمسة أجزاء متسخة". يتكون الجسم الرئيسي لجسم المحول من قلب حديدي مصفح بصفائح فولاذية من السيليكون ذات نفاذية عالية، ولفائف ملفوفة بجهد منخفض وجهد-منخفض وفولتية عالية-مع رقائق نحاس أو موصل نحاسي، ونظام عزل مركب من الورق بالزيت- يتكون من ورق مقوى عازل وورق كابلات وزيت محولات. العلبة عبارة عن خزان محول ملحوم بدقة، يحيط بجسم المحول بالكامل. حول هذا القلب، يتم أيضًا تكوين سلسلة من الملحقات الرئيسية: يتم استخدام خزان الزيت لتعويض تمدد حجم وانكماش الزيت العازل بسبب تغير درجة الحرارة؛ يقوم جهاز التنفس بتصفية الهواء الداخل إلى خزان الزيت من خلال ماص الرطوبة لمنع تسرب الرطوبة؛ يراقب مرحل الغاز سرعة تدفق الزيت في الوقت الفعلي ويرسل إشارة إنذار في حالة حدوث عطل داخلي؛ يقوم صمام تخفيف الضغط بتفريغ الضغط بسرعة عندما يرتفع الضغط الداخلي لخزان الزيت بشكل غير طبيعي لضمان سلامة المعدات؛ يقوم الرادياتير والمبرد بمهمة التبادل الحراري وفقًا لأنماط التبريد المختلفة (التبريد الطبيعي أو تبريد الهواء القسري أو التبريد القسري لدوران الزيت). معًا، تشكل هذه المجموعة من المكونات القابلة للتشغيل البيني حزمة يمكنها العمل بثبات في بيئة خارجية قاسية لفترة طويلة.
ما هو الفرق الجوهري بين المحولات المغمورة بالزيت-والنوع الجاف-المحول الذي أصبح أكثر شيوعًا في السنوات الأخيرة بين العديد من أنواع المحولات؟ يكمن الاختلاف الأساسي في الفرق بين وسائط العزل والتبريد: تستخدم المحولات من النوع الجاف - العزل الصلب (مثل راتنجات الإيبوكسي) والهواء كوسيط تبريد، بينما تستخدم المحولات المغمورة بالزيت - زيت العزل السائل. تؤدي مثل هذه الاختلافات في الوسط بشكل مباشر إلى مجموعة متنوعة من الاختلافات في الأداء. فيما يتعلق بقدرة تبديد الحرارة، فإن المحولات المغمورة بالزيت-قادرة على تحمل كثافة حمل أعلى والحفاظ على التشغيل المستقر في ظل ظروف الحمل الكامل-المدى الطويل-بسبب التوصيل الحراري الممتاز لوسط الزيت، في حين أن المحولات من النوع الجاف-محدودة بالتوصيل الحراري للمواد العازلة الصلبة، وبالتالي فإن تأثير تبديد الحرارة محدود نسبيًا، وعادةً ما تكون هناك حاجة إلى أنظمة تبريد إضافية. فيما يتعلق بمقاومة الدائرة القصيرة، يتمتع الوسط العازل للمحول المغمور بالزيت- بقوة مقاومة عالية للدائرة القصيرة، والتي يمكنها تحمل تيار دائرة قصيرة أكبر دون تلف العزل، وبالتالي تحسين سلامة وموثوقية النظام بشكل كبير في ظل ظروف الأعطال الشديدة. على مستوى التكلفة، خاصة في مواصفات السعة الكبيرة والجهد العالي، تكون تكلفة تصنيع المحولات المغمورة بالزيت-أقل بشكل عام من تكلفة المحولات من النوع الجاف-ذات السعة نفسها، مما يجعلها تتمتع بمزايا واضحة في أداء التكلفة. بالإضافة إلى ذلك، يتمتع المحول المغمور بالزيت- بمستوى ضوضاء منخفض أثناء التشغيل، ويلعب الزيت العازل دورًا مؤقتًا بين صفائح فولاذ السيليكون، مما يجعل المعدات أكثر هدوءًا. بالطبع، المحولات المغمورة بالزيت- ليست مثالية - فهي تتطلب أخذ عينات دورية من الزيت العازل للفحص، ومراقبة تدهور الزيت وتجديده أو استبداله في الوقت المناسب، ومخاطر التلوث البيئي في حالة التسرب، ومعايير أعلى للتحكم في السلامة من الحرائق. باختصار، المحول من النوع الجاف-يعد أفضل في السلامة من الحرائق وسهولة الصيانة، ومناسب للأماكن الداخلية والأماكن ذات متطلبات حماية البيئة العالية؛ ومع ذلك، فإن المحول المغمور بالزيت- يتفوق في كفاءة تبديد الحرارة، ومقاومة الدائرة القصيرة، والقدرة على التكيف ذات السعة الكبيرة والاقتصاد الشامل، وهو أكثر ملاءمة للتشغيل في الهواء الطلق -بأحمال عالية على المدى الطويل.
وبسبب هذه المزايا الهيكلية والفنية، فإن دور المحولات المغمورة بالزيت-في أنظمة الطاقة يغطي السلسلة بأكملها تقريبًا من التوليد إلى الاستهلاك. من ناحية توليد الطاقة، تعمل المحولات-المعززة في محطات توليد الطاقة التي تحافظ على المياه ومحطات الطاقة الحرارية ومحطات الطاقة النووية على زيادة الجهد عند مخرج المولد من حوالي 10 كيلو فولت إلى مستوى الجهد العالي جدًا- الذي يبلغ 200 كيلو فولت أو 500 كيلو فولت أو حتى 1000 كيلو فولت، وذلك لتحقيق نقل الطاقة لمسافات طويلة-وخسارة- منخفضة للطاقة. في مشروع كبير مثل محطة Three Gorges Hydropower، يمكن أن تصل قدرة محول واحد مغمور بالزيت بقدرة 500 كيلو فولت{12}}إلى 334 ميجا فولت أمبير، ويتولى المهمة الحاسمة المتمثلة في نقل ما يقرب من 7 ملايين كيلووات من الطاقة إلى مركز التحميل على بعد آلاف الكيلومترات. في وصلة نقل الطاقة، يحقق المحول المغمور بالزيت- المستخدم في خط التيار المتردد UHV تعديل الجهد الديناميكي من خلال مبدل -صنبور التحميل-، ويمكن أن يصل نطاق النقر إلى زائد أو ناقص 20%، مما يمكنه الحفاظ على استقرار جهد محطة الاستقبال في الوقت الفعلي وفقًا لتقلبات الحمل في شبكة الطاقة. عند الدخول إلى مستوى التوزيع، سيعمل محول التوزيع المغمور بالزيت بقدرة 10 كيلو فولت- على تقليل الجهد العالي إلى 400 فولت إضافي-جهد منخفض ويزود المصنع والمباني التجارية والمناطق السكنية مباشرة. الجيل الجديد من محولات التوزيع المغمورة بالزيت- الممثلة بمحول S13 عالي الكفاءة لتوفير الطاقة-يتميز بفقدان الحمل بنسبة تزيد عن 28% مقارنةً بمحول S9 التقليدي، كما تم تقليل فقدان الحمل بنسبة 15%، مما يمكن أن يقلل الكثير من انبعاثات الكربون في التشغيل السنوي. في المجال الصناعي، تعتمد الصناعات ذات الاستهلاك العالي للطاقة مثل صهر الفولاذ وصناعة البتروكيماويات والمناجم الكبيرة أيضًا على إمدادات الطاقة المستقرة من المحولات المغمورة بالزيت- لتنظيم الجهد والتيار في ظل ظروف كهربائية معقدة. بالإضافة إلى ذلك، مع الإنشاءات-الواسعة النطاق لمشاريع الطاقة الجديدة مثل توليد الطاقة الكهروضوئية وتوليد طاقة الرياح ومحطة توليد الطاقة لتخزين الطاقة، يلعب المحول المغمور بالزيت- أيضًا دورًا رئيسيًا في تعزيز وتجميع الطاقة اللامركزية وترقيتها محليًا إلى مستوى الجهد-المتوسط ودمجها في شبكة الكهرباء.
بالطبع، لا يمكن فصل أي معدات عن دعم صيانة معين، كما أن التشغيل الموثوق به على المدى الطويل للمحولات المغمورة بالزيت-يحتاج أيضًا إلى إنشاء نظام صيانة قياسي. أثناء الدوريات اليومية، يجب على العامل المناوب التحقق مما إذا كان هناك أثر تسرب للزيت على ختم العلبة، وما إذا كانت إشارة مقياس مستوى الزيت ضمن النطاق المعقول من 1/4 إلى 3/4 من مؤشر الزيت، وتسجيل درجة حرارة الزيت العليا - ويجب ألا تتجاوز 85 درجة أثناء التشغيل العادي، ويجب التحكم فيها في حدود 95 درجة في ظل ظروف التحميل القصوى. تعد إدارة جودة الزيت جوهر أعمال الصيانة: يجب إجراء أخذ العينات لاختبار تحمل الجهد واختبار عامل فقدان العزل الكهربائي واختبار قيمة الحمض كل عام. إذا انخفض جهد الانهيار بشكل كبير أو تجاوز المحتوى الهيدروكربوني الإجمالي المعيار، فيجب تصفية الزيت أو استبداله بزيت جديد. عند إعادة تعبئة الزيت العازل، أضف منتجات بنفس العلامة التجارية والجودة مثل المعدات الأصلية، واترك فقاعات الهواء لعدة ساعات بعد إعادة تعبئة الزيت، وإلا فإن فقاعات الهواء المتبقية ستقلل بشكل كبير من قوة العزل. بالإضافة إلى ذلك، يجب إجراء اختبار مقاومة العزل كل نصف عام، ويجب إجراء التحليل الكروماتوغرافي للغاز المذاب في الزيت كل عام للحكم على ما إذا كان هناك تفريغ جزئي أو خطأ في التسخين الزائد، ويجب إجراء إصلاح شامل للقلب المعلق واستبدال الأجزاء القديمة كل خمس إلى عشر سنوات، وهي الممارسة القياسية لضمان وصول المعدات إلى العمر التصميمي (عادة من ثلاث إلى أربع سنوات).
لم يتوقف التطور التكنولوجي أبدًا في مجال -المحولات المغمورة بالزيت. في السنوات الأخيرة، حققت الصناعة العديد من الاختراقات في الحفاظ على الطاقة وحماية البيئة. تعمل تكنولوجيا المواد الجديدة المتمثلة في سبائك الحديد غير المتبلورة على تقليل فقدان الحمل للمحولات بنسبة 60% تقريبًا بنسبة 60% مقارنة بمنتجات قلب الحديد التقليدية المصنوعة من صفائح الفولاذ المصنوعة من السيليكون، ويتم استخدامها على نطاق واسع بشكل متزايد في تحويل شبكة الطاقة الريفية وتحسين توزيع الطاقة في المناطق الحضرية في الصين. فيما يتعلق بوسائط العزل، قامت بعض الشركات المصنعة بتطوير محولات زيتية مغمورة جديدة-صديقة للبيئة تستخدم الزيوت النباتية (مثل سائل عازل الإستر الطبيعي) لتحل محل الزيوت المعدنية التقليدية. وأكثر من 98% من هذه الزيوت النباتية مشتقة من مواد خام متجددة، كما أن معدل التحلل الحيوي خلال 21 يومًا يتجاوز 98%. وحتى في حالة وقوع حوادث التسرب، فإنها تكاد لا تسبب أي تلوث للتربة والمسطحات المائية. في نفس الوقت، الزيت النباتي لديه نقطة إشعال تصل إلى 360 درجة مئوية، مما يقلل بشكل كبير من خطر الحريق، ينطبق بشكل خاص على المناطق الحساسة مثل المواقع ذات المناظر الخلابة ومصادر المياه ذات المتطلبات البيئية الصارمة. ومن الناحية الذكية، تم تجهيز بعض المحولات الجديدة المغمورة بالزيت- بوحدة تحكم في درجة حرارة سطح الزيت ووحدة تحكم في درجة حرارة الملفات، مما يدعم إخراج الإشارة التناظرية للمراقبة عن بعد لدرجة حرارة الزيت وحالة الحمل. يمكن أيضًا توصيل أجهزة الحماية مثل مرحل الغاز وصمام تخفيف الضغط بنظام محطة شبكة التوزيع الذكي، مما يحقق موقع الخطأ السريع والإنذار المبكر التلقائي. من منظور عالمي، تجاوز حجم سوق المحولات المغمورة بالزيت-31.5 مليار دولار بحلول عام 2024، ومن المتوقع أن يصل إلى ما يقرب من 5.6 مليار دولار بحلول عام 2033، مع الحفاظ على معدل النمو السنوي المركب بنسبة 6:7 في المائة. يعكس اتجاه النمو القوي هذا بشكل عميق نمو الطلب العالمي على الطاقة، والتوسع الحضري المتسارع، واستمرار الطلب على المعدات من بناء أنظمة الطاقة الجديدة.
عند النظر إلى المنتج التقليدي للمحولات المغمورة بالزيت- من وجهة نظر موظفي التجارة الخارجية في مؤسسات تصنيع المحولات، يمكن ملاحظة أنها لا تحمل فقط تراكم تطوير تكنولوجيا الطاقة لأكثر من قرن من الزمان، ولكنها تبعث أيضًا حيوية جديدة باستمرار تحت قيادة المواد الجديدة والعمليات الجديدة والذكاء. عند التواصل مع العملاء في الخارج بشأن اختيار الطراز، فإن طرح هذه الأسئلة قد يساعد صناع القرار على توضيح ما إذا كان سيناريو مصدر الطاقة خارجيًا في المقام الأول ويخضع للحرارة أو الرطوبة الشديدة؟ هل هناك أي حالة حمل -كاملة-طويلة الأمد أو حتى قصيرة-حالة التحميل الزائد في منحنى الحمل؟ ما إذا كانت موارد التشغيل والصيانة طويلة المدى-بالمشروع كافية، وما إذا كانت الظروف اللازمة لفحص وصيانة جودة الزيت بشكل منتظم متاحة؟ إذا كانت الإجابة على الأسئلة أعلاه هي نعم، فقد يكون المحول المغمور بالزيت-الإجابة الأكثر فعالية من حيث التكلفة-. قد لا يكون "نظيفًا وصديقًا للبيئة-صديقًا للبيئة" مثل المحولات من النوع الجاف-، ولكن بفضل تبديد الحرارة الممتاز والموثوقية المثبتة، فقد احتل مكانًا ساحقًا في نظام الطاقة. بالنسبة إلى مشغلي الشبكات والمستخدمين الصناعيين ومستثمري الطاقة الجدد في جميع أنحاء العالم، فإن اختيار المحولات المغمورة بالزيت-يعد في الأساس حلاً للطاقة-مثبت فعاليته من حيث التكلفة-قرن من الزمان.
