変圧器用強制オイルクーラーおよび強制水クーラー

 強制-オイルクーラー（FOC）

(I) 動作原理

強制オイル クーラーは、「強制循環 + 空冷」というコア ロジックに基づいており、自然オイル循環冷却の温度差への依存を打破します。オイルの流れを積極的に駆動して循環を促進することで、放熱効率を大幅に向上させます。国際電気標準会議 (IEC) 規格 60076-2:2011 によると、その冷却方法は OFAF (Oil Forced-Air Forced) としてコード化されており、内部強制オイル循環と外部強制空気循環を意味します。運転中は専用の水中ポンプでタンク上層から高温の​​油を汲み上げ、加圧してクーラー本体の放熱管束に送ります。同時に冷却ファンが起動し、放熱チューブの表面に空気が急速に流れます。熱伝導と対流により、高温の油の熱はすぐに空気に伝わります。冷却された変圧器油は温度が低くなり、密度が増加し、下部接続パイプを通って変圧器タンクの底に逆流してコアと巻線を再冷却し、機器の動作中に発生する熱を継続的に除去する完全な強制油循環放熱ループを形成します。

(2) 構造構成

強制オイルクーラーは主にクーラー本体、水中ポンプ、冷却ファン、オイル配管システム、電気制御ボックス、補助保護部品で構成されています。冷却器本体は通常、チューブ-フィン構造を採用しており、放熱チューブは耐食性、高熱伝導率の銅またはアルミニウムのチューブで作られており、放熱面積を増やすために外側にフィンが付けられています。-油循環の動力源となる水中ポンプは、高効率、低騒音、耐油腐食性を備え、安定した油循環を実現します。冷却ファンは主に軸流ファンを採用しており、温度センサーにより制御されており、油温が設定値に達した場合のみ作動し、省エネ運転を実現しています。-電気制御ボックスは、オイルポンプとファンの開始と停止の全体的な制御を担当し、温度とオイル流量の監視機能も統合します。補助保護コンポーネントには、オイル流量インジケータと差圧信号装置が含まれており、オイル循環の障害や異常なオイル{10}}水の圧力差が発生した場合に警報信号を発し、機器の安全性を確保します。

(3) コア機能とアプリケーションシナリオ
強制オイルクーラーの主な利点は、その高い放熱効率です。油浸空冷 (ONAF) 方式と比較して、放熱効率を 30% 以上高めることができ、高負荷動作時の大型変圧器の放熱ニーズを満たすことができます。構造は比較的コンパクトで、トランス本体に直接取り付けることができ、設置面積が小さく、メンテナンスの負担も中程度です。適応性が高く、変圧器負荷の変化に応じて稼働クーラーの数を増減して放熱能力を調整し、負荷と放熱のマッチングを実現します。

そのアプリケーション シナリオは主に大型の高圧変圧器、特に電圧レベル 220kV 以上、容量 120MVA 以上の電力変圧器に焦点を当てており、変電所、発電所、産業プラント、その他のシナリオで広く使用されています。{0}ミッドチャネルのフレキシブルストレートバックツーバックコンバータステーションなどの特殊なシナリオでは、低騒音強制オイルクーラーも使用され、低騒音水中ポンプと組み合わせて動作騒音を低減し、周囲環境への機器動作の影響を最小限に抑えます。-

変圧器用強制水冷却器（FWC）
(1) 動作原理

強制水冷クーラーは「強制油循環＋水冷」の二重強制冷却方式を採用しており、標準冷却方式は内部油強制循環、外部水強制循環を意味するOFWF（Oil Forced Water Forced）と表記されています。その中心となるロジックは、空気と比較して水の高い比熱容量と熱伝導率を利用し、油-水の熱交換を通じて効率的な熱放散を達成することです。運転中、水中油ポンプは変圧器油タンクから高温の​​油を汲み上げ、油水熱交換器（冷却器本体）に送ります。同時に、循環水ポンプは冷却水 (主に工業用循環水や河川水) を熱交換器のもう一方の流路に送り込みます。熱交換器内では高温のオイルと冷却水が逆方向に流れ、熱伝導により高温のオイルの熱が速やかに冷却水に伝達されます。冷却された変圧器油は油タンクに戻って冷却サイクルに参加し続けますが、熱を吸収した冷却水は冷却器から排出されます。その後冷却処理を行った後、リサイクルまたは直接排出することができ、「油循環+水循環」の二重冷却回路を形成します。

動作中は、油圧が水圧よりも高いことを確認する必要があることに注意してください。熱交換チューブが破裂して変圧器油に水が浸入すると、絶縁損傷を引き起こし、大事故を引き起こします。したがって、このシステムにはシール性能に対する要求が非常に高くなります。

(2) 構造構成 強制水冷却器の構造は強制油冷却器に比べて複雑であり、主に冷却器本体、水中油ポンプ、循環水ポンプ、油水配管系、電気制御箱、安全保護装置などで構成されています。冷却器本体（油-水熱交換器）は、1 つの油室と 2 つの水室で構成されています。オイルチャンバーには冷却チューブが密に詰め込まれており、その中を冷却水が流れます。外側のオイルチャンバーはバッフルによっていくつかのチャネルに分割されており、高温のオイルが冷却チューブの表面を曲がりくねって流れるようになり、熱交換効率が向上します。水室を上下2室に分け、さらに下側の水室を2つの空洞に分けることで冷却水を双方向に流すことができ、放熱性をさらに高めています。油水配管システムには、油と水の流量を調整し、不純物を濾過し、パイプの詰まりを防ぐためのバルブ、フィルタ、その他のコンポーネントが装備されています。安全保護装置には、油流量計や差圧信号に加え、水位監視や水圧監視などの部品が組み込まれており、水循環システムの稼働状況をリアルタイムに監視し、漏水や水不足などのトラブルを迅速に検知します。

(3) コア機能とアプリケーションシナリオ

強制水冷器の最大の利点は、放熱効率が非常に高いことです。同じ冷却能力の場合、強制オイル クーラーよりも体積がはるかに小さく、軽量で、より低い騒音で動作する (ファンの騒音がない) ため、屋内への設置が容易になり、騒音とスペース要件が厳しいシナリオに適しています。同時に、放熱効果が周囲温度の影響を受けにくく、高温環境下でも安定した放熱性能を維持できるため、高負荷、高温条件下で動作する変圧器に適しています。-

その制限は主に、システムの複雑さ、冷却水の品質と供給の安定性に対する高い要件、水循環システムの定期的なメンテナンス、冷却水の補充、不凍液の添加、熱交換器の洗浄の必要性にあります。また、水冷システムの寿命は比較的短いため、変圧器と同じ寿命（通常は物理的寿命は 40 年）を達成することが難しく、その後のメンテナンス費用と機器の交換頻度が増加します。{0}

応用シナリオは主に、水力発電所の建物の主変圧器など、水資源が豊富で排水が容易な地域に集中しています。また、地下変電所、都市中心部の変電所、データセンターなど、スペースが限られており、騒音要件が厳しい場所でも使用できます。また、超大容量変圧器の冷却にも使用して、極度の負荷下での放熱ニーズを満たすことができます。-

変圧器の中核冷却装置として、独自の構造と性能を備えた強制オイルクーラーと強制水クーラーは、さまざまな用途シナリオに適応し、変圧器の安全で安定した動作を保証します。強制オイルクーラーは、構造が簡単で、メンテナンスが容易で、適応性が高いため、大型変圧器の冷却の主流の選択肢となっています。強制水冷装置は、放熱効率が高く、騒音が低く、コンパクトであるため、特殊なシナリオではかけがえのない役割を果たします。

電力システムの継続的な開発に伴い、クーラー技術は引き続き最適化され、将来的にはインテリジェンス、効率、省エネが中心的な開発方向になるでしょう。実用化にあたっては、変圧器の動作要件や設置環境などに基づいた保守の科学的な選択と標準化、冷却システムの放熱効率の最大限の活用、変圧器の寿命延長、電力系統の安全・効率・安定運転の確保、送電・供給の確実なサポートが必要となります。