Réservoir d'huile de transformateur : structure, exigences et considérations de conception

Lorsque les gens parlent d'un transformateur immergé dans l'huile, ils se concentrent généralement sur le noyau, les enroulements, l'isolation ou le système de refroidissement. Leréservoir d'huile de transformateurne reçoit pas toujours la même attention. Mais en pratique, c’est une partie assez importante de l’ensemble du transformateur.

Le réservoir contient l'huile isolante, protège la partie active, supporte les équipements et accessoires de refroidissement et doit supporter des charges mécaniques pendant le fonctionnement et le transport. Pour les transformateurs plus gros, sa conception peut devenir étonnamment compliquée.

Selon l'application, les réservoirs d'huile de transformateur peuvent être utilisés pour des transformateurs évalués à partir deTransformateurs convertisseurs 6kV, 10kV, 35kV et 66kV à 110kV, 220kV, 330kV, 500kV et ±500kV. Des principes de conception similaires s'appliquent également aux réacteurs parallèles de 330 kV et 500 kV.

Alors, qu’est-ce qui fait un bon réservoir d’huile de transformateur ? Regardons de plus près.

Exigences de base pour les réservoirs d'huile de transformateur

La tâche la plus évidente d'un réservoir d'huile de transformateur est decontenir l'huile du transformateur et protéger le noyau et les enroulements. Mais ce n’est qu’une partie de l’histoire.

Le réservoir doit également fournir une résistance mécanique suffisante, maintenir une étanchéité fiable, fonctionner avec le système de refroidissement sélectionné et rester stable pendant le levage et le transport.

Les exigences deviennent naturellement plus exigeantes à mesure que la tension et la capacité du transformateur augmentent.

Une chose qui mérite d'être soulignée estrésistance au vide. Lors de la fabrication du transformateur, le réservoir peut être soumis à un traitement sous vide pour le séchage et le remplissage d'huile. Un réservoir suffisamment solide sous pression atmosphérique normale peut ne pas fonctionner correctement sous vide si sa structure n'a pas été correctement conçue.

C'est pourquoi la rigidité du réservoir, les raidisseurs, la construction des brides et la qualité du soudage sont tous importants.

Classification et structure des réservoirs d'huile de transformateur

Il existe plusieurs façons de classer les réservoirs d’huile de transformateur. Deux des plus pratiques sont parméthode de refroidissementet parforme du réservoir.

Classification des réservoirs d'huile de transformateur par méthode de refroidissement

Le système de refroidissement a une influence directe sur la conception du réservoir.

Dans un transformateur refroidi naturellement, la chaleur du noyau et des enroulements est transférée à l'huile isolante puis libérée à travers la surface du réservoir, les radiateurs ou les parois ondulées.

Les transformateurs plus grands utilisent souvent une circulation d'huile forcée. Ici, des pompes et des refroidisseurs externes sont ajoutés, et le réservoir nécessite des connexions d'entrée et de sortie d'huile correctement conçues. À l’intérieur du réservoir, le pétrole doit également circuler dans les bonnes zones plutôt que de simplement circuler de manière aléatoire.

Les méthodes courantes de refroidissement des transformateurs comprennent :

ONAN- Huile Naturelle Air Naturelle

ONAF- Huile Naturelle Air Forcé

OFAF- Pétrole Air Forcé Forcé

OFWF- Huile Forcée Eau Forcée

Le réservoir et le système de refroidissement doivent être conçus comme un seul système. Essayer de les traiter comme des composants complètement séparés peut entraîner une mauvaise répartition de l'huile, des pertes de pression inutiles ou des points chauds locaux.

Classification par forme de réservoir

La forme du réservoir est une autre façon courante de classer les réservoirs d’huile de transformateur.

Réservoirs à paroi plate-sont couramment utilisés pour les transformateurs de petite et moyenne taille-. Ils sont relativement simples et peuvent être combinés avec des radiateurs externes.

Réservoirs à parois ondulées-utilisez des panneaux en acier ondulé pour augmenter la surface de refroidissement. Les parois ondulées peuvent également s'adapter aux changements de volume d'huile provoqués par les variations de température.

Pour les gros transformateurs de puissance,réservoirs à couvercle-de type cloche ou-amoviblessont largement utilisés. La section supérieure du réservoir peut être soulevée de la section inférieure, permettant ainsi aux ingénieurs d'accéder au noyau et aux enroulements pendant l'assemblage, l'inspection et la maintenance.

Il n’existe pas une forme de réservoir qui convient le mieux à chaque transformateur. Le bon choix dépend de la capacité, de la tension, de la méthode de refroidissement, des limites de transport et des exigences de maintenance.

Structures courantes de réservoirs d'huile de transformateur

Réservoirs d'huile de transformateur de petite et moyenne taille-

La structure d'une petite ou moyenne-entrepriseréservoir d'huile de transformateurest généralement assez simple.

Il peut être constitué de plaques d'acier soudées, d'un couvercle de réservoir, d'anneaux de levage, de points de mise à la terre, de connexions de radiateur, de composants de vidange et de remplissage d'huile, d'interfaces de thermomètre et d'ouvertures de bagues.

Pour les transformateurs de distribution compacts, le réservoir lui-même peut également contribuer de manière significative à la dissipation thermique. Les murs ondulés, par exemple, offrent une zone de refroidissement supplémentaire sans nécessiter un grand nombre de panneaux de radiateurs externes.

Pourtant, simple ne veut pas dire sans importance.

Une mauvaise soudure, une déformation des brides ou des surfaces inégales peuvent entraîner des problèmes d’étanchéité. Une petite fuite d’huile peut ne pas sembler grave au premier abord, mais elle peut éventuellement permettre à l’humidité de pénétrer dans le transformateur ou réduire le niveau d’huile.

Grands réservoirs d'huile de transformateur

Les grands transformateurs de puissance sont une autre histoire.

Un grand réservoir peut comprendre le corps du réservoir principal, le couvercle du réservoir, la section supérieure de type cloche, les radiateurs, les pompes à huile, les refroidisseurs, les raccords du conservateur, les dispositifs de décompression, les tourelles à douilles, les boîtes à câbles, les structures de levage et les accessoires de transport.

Et tous ces éléments doivent fonctionner ensemble.

Le réservoir doit supporter une masse très importante tout en conservant une précision dimensionnelle. Il doit également résister aux vibrations pendant le transport, aux forces de levage pendant l'installation et aux conditions de pression ou de vide pendant la fabrication et le fonctionnement.

Pour les transformateurs 220kV, 330kV et 500kV, le réservoir n'est donc pas qu'une simple boîte en acier fabriquée. Il s'agit d'une structure mécanique soigneusement conçue.

Considérations clés en matière de conception pour la structure du réservoir d'huile de transformateur

Un certain nombre de détails peuvent affecter la fiabilité d’une cuve de transformateur. Certains sont faciles à négliger au début de la phase de conception.

Structure du bord du réservoir

Les bords du réservoir, notamment autour de la bride, sont importants à la fois pour la solidité et l’étanchéité.

Une bride doit être suffisamment rigide pour éviter une déformation excessive lorsque les boulons sont serrés. Si la bride se plie, la compression du joint peut devenir inégale et des fuites peuvent se produire.

Les grands réservoirs peuvent nécessiter des bords renforcés ou des raidisseurs supplémentaires. Les procédures de soudage doivent également être contrôlées avec soin car la chaleur du soudage peut provoquer des déformations.

Structure de suspension

Les grands transformateurs ont besoin de structures de levage et de suspension solides et fiables.

Les anneaux de levage et les points de levage doivent être positionnés en fonction du centre de gravité du transformateur et des charges de levage attendues. La conception ne doit pas uniquement tenir compte du poids statique. Les charges dynamiques lors de la manutention et du transport doivent également être prises en compte.

Pour les très gros transformateurs, le transport peut constituer une partie importante des travaux d’ingénierie. Le réservoir peut subir des vibrations et des accélérations lors du transport routier ou ferroviaire, la structure doit donc être conçue en conséquence.

Structure de connexion à bride

Les brides sont utilisées pour les couvercles de réservoirs, les radiateurs, les vannes, les conservateurs, les bagues et autres composants.

Une connexion à bride bien conçue-doit offrir une résistance adéquate et, plus important encore, maintenir une compression uniforme du joint au fil du temps.

La conception de la bride prend généralement en compte :

 Résistance mécanique

 Capacité du boulon

 Compression du joint

 Précision du soudage

 Tolérances d'usinage

 Performances d'étanchéité à long-terme

Le joint lui-même doit également être compatible avec l’huile du transformateur et la température de fonctionnement prévue.

Étanchéité du transformateur

Les fuites d’huile sont l’une des choses que les fabricants de transformateurs veulent absolument éviter.

Les points de fuite potentiels comprennentréservoir-brides de couvercle, raccords de radiateur, vannes, interfaces de bagues, couvercles d'inspection et joints de tuyaux.

Pour cette raison, l’étanchéité doit être envisagée dès le début du processus de conception du réservoir. Cela ne doit pas être traité comme un détail d’assemblage final.

Ici aussi, la qualité du soudage est importante. De mauvaises soudures peuvent devenir des points de fuite, en particulier lorsque le réservoir est soumis à une pression d'huile, à des changements de température ou à des conditions de vide.

Une bonne étanchéité aide également à empêcher l’humidité de pénétrer dans le transformateur. Ceci est particulièrement important pour les transformateurs haute-tension, car l'humidité peut avoir un effet significatif sur les performances d'isolation et le vieillissement.

Structure de positionnement du corps du réservoir

La partie active doit rester en bonne position à l'intérieur du réservoir.

Cela devient particulièrement important pendant le transport. Les gros transformateurs peuvent subir des vibrations, des accélérations et des charges d'impact, et l'ensemble noyau et enroulement ne doit pas bouger inutilement.

Les structures de positionnement assurent une retenue mécanique tout en évitant des contraintes excessives sur la partie active.

La structure doit également être pratique. Il doit permettre le montage et la maintenance sans rendre inutilement difficile le travail sur le transformateur.

Structure de guidage d'huile pour refroidissement forcé de l'huile

Pour les transformateurs utilisant la circulation forcée de l’huile, l’huile doit atteindre les bons endroits.

Il ne suffit pas d'installer une pompe et de supposer que le problème de refroidissement est résolu.

Une mauvaise distribution interne de l'huile peut laisser certaines zones de bobinage insuffisamment refroidies, créant des points chauds locaux même lorsque le débit global d'huile semble acceptable.

Des plaques de guidage, des cloisons et des canaux d'écoulement peuvent être utilisés pour diriger l'huile à travers les régions requises. Leur conception doit être coordonnée avec les calculs thermiques du transformateur.

Idéalement, le système devrait assurer une bonne répartition de l’huile tout en maîtrisant les pertes de pression.

Blindage magnétique du réservoir

Le flux magnétique de fuite des enroulements peut pénétrer dans le réservoir en acier. Cela peut créer des courants de Foucault dans les parois du réservoir, entraînant des pertes supplémentaires et un échauffement localisé.

Le problème devient plus visible dans les transformateurs-de grande capacité.

Un blindage magnétique peut être installé dans les zones où le flux de fuite est particulièrement fort. Un blindage adéquat permet de réduire les pertes parasites et d’éviter une élévation excessive de la température du réservoir.

Cependant, le blindage ne consiste pas simplement à ajouter des plaques métalliques partout où il y a un flux de fuite. La géométrie, le matériau, la position et la disposition de la mise à la terre doivent tous être soigneusement étudiés.

Blindage électromagnétique du réservoir

Le blindage électromagnétique est étroitement lié au blindage magnétique, mais les deux ne sont pas exactement la même chose.

Les câbles, les traversées, les extrémités de bobinage et d'autres composants à courant élevé- peuvent produire des champs électromagnétiques concentrés. Ces champs doivent être pris en compte lors de la conception du réservoir et de son système de protection.

Pour les gros transformateurs de puissance, la simulation électromagnétique peut être utile pour identifier les zones présentant une densité de flux élevée et des problèmes potentiels de pertes parasites.

L'analyse par éléments finis-, par exemple, peut aider les ingénieurs à effectuer des ajustements avant la fabrication du réservoir. C'est généralement beaucoup plus facile que d'essayer de résoudre un problème de chauffage une fois le transformateur construit.

Structure d'isolation phonique et de réduction du bruit du réservoir

Le bruit des transformateurs provient de plusieurs sources, notamment la magnétostriction du noyau, les forces électromagnétiques et les vibrations mécaniques.

Le réservoir peut transmettre cette vibration et la rayonner sous forme de bruit audible.

Cela peut devenir un véritable problème lorsque les transformateurs sont installés à proximité de bâtiments résidentiels, d'hôpitaux, d'installations commerciales, de centres de données ou d'autres zones sensibles au bruit.

La rigidité du réservoir, la disposition des raidisseurs et les chemins de transmission des vibrations doivent donc être pris en compte lors de la phase de conception.

Réduire le bruit ne signifie pas nécessairement rendre le réservoir extrêmement épais. Dans de nombreux cas, une conception structurelle plus intelligente peut contrôler les vibrations sans ajouter de poids inutile.

Conception de la colonne montante et du joint de tuyau

Les traversées et les joints de tuyaux constituent des interfaces importantes entre la cuve du transformateur et l'équipement externe.

Une colonne montante à traversée doit fournir un support mécanique adéquat tout en maintenant les distances d'isolation électrique requises. Il doit également tenir compte des tolérances d’installation et de la dilatation thermique.

Les joints de tuyaux pour radiateurs, conservateurs, refroidisseurs et vannes doivent être disposés de manière à ce que l'installation et l'entretien restent pratiques.

Sur les gros transformateurs, cette disposition affecte également les dimensions de transport. Une connexion qui fonctionne parfaitement à l’intérieur de l’usine peut créer des problèmes lorsque le transformateur doit passer par un chemin de transport étroit.

Là encore, les exigences mécaniques, électriques et de transport doivent être considérées ensemble.

Facteurs clés de conception pour les réservoirs d’huile de transformateur

La conception d'unréservoir d'huile de transformateurimplique bien plus que la sélection de la bonne épaisseur de tôle d’acier.

La résistance mécanique, les performances thermiques, le débit d’huile, l’étanchéité, les effets électromagnétiques, les vibrations et les processus de fabrication sont tous liés.

Pour les transformateurs haute-tension, ces facteurs deviennent encore plus étroitement liés. Un changement dans la structure du réservoir peut affecter le débit d’huile. Une modification de la disposition des traversées peut affecter les jeux d'isolation et les dimensions de transport. Une modification de la disposition du blindage peut affecter les pertes parasites.

En d'autres termes, la conception du réservoir fait partie de la conception du transformateur-et non une réflexion après coup.

Conception de réservoir d'huile de transformateur pour transformateurs-haute tension

À mesure que la capacité et la tension du transformateur augmentent, le réservoir d’huile devient un composant technique de plus en plus exigeant.

Un transformateur de 500 kV, par exemple, peut contenir une grande quantité d’huile isolante et avoir des dimensions très importantes. Le réservoir peut devoir accueillir plusieurs radiateurs ou refroidisseurs, pompes à huile, bagues, équipements de décompression-, connexions de conservateur et accessoires de transport.

Dans le même temps, des niveaux de courant élevés peuvent augmenter le flux de fuite et les pertes parasites. Les zones proches des extrémités des enroulements et des câbles à courant élevé-peuvent donc nécessiter une analyse électromagnétique et un blindage supplémentaires.

PourTransformateurs convertisseurs ±500kV, les exigences sont encore plus exigeantes. Ces transformateurs sont généralement très grands et la conception de leur réservoir doit prendre en compte la coordination de l'isolation, les performances de refroidissement, la charge thermique, la résistance mécanique et les conditions de transport.

La même chose s'applique àRéacteurs parallèles 330kV et 500kV. Leurs réservoirs de pétrole doivent supporter les effets électromagnétiques, les vibrations, le refroidissement, l’étanchéité et les charges de transport tout en conservant la résistance mécanique requise.

Qualité de fabrication des réservoirs d’huile de transformateur

Même un réservoir-bien conçu peut poser des problèmes si la qualité de fabrication n'est pas suffisante.

La qualité des tôles d'acier, la précision de coupe, les procédures de soudage, l'usinage des brides, les tolérances dimensionnelles, les tests d'étanchéité et le traitement de surface ont tous un impact direct sur le produit fini.réservoir de transformateur.

Le soudage mérite une attention particulière. Une chaleur excessive peut provoquer une déformation, tandis qu'une pénétration inadéquate ou une soudure de mauvaise qualité peuvent entraîner des fuites.

Après fabrication, les réservoirs des transformateurs peuvent subir des tests d’étanchéité, des inspections dimensionnelles et d’autres contrôles de qualité. Ces inspections permettent de vérifier que le réservoir est adapté à la partie active, aux radiateurs, aux bagues et aux autres composants.

Pour les gros transformateurs destinés à l'exportation, les dimensions de transport doivent également être soigneusement vérifiées. Les points de levage, les points de levage et les dispositifs de transport doivent être conçus pour l'itinéraire et la méthode de manutention réels-et non simplement ajoutés à la fin de la production.

Solutions de réservoirs d'huile de transformateur Yawei

Transformateur Yaweiconçoit et fabrique des transformateurs-immergés dans l'huile et des structures de réservoir de support pour différents niveaux de tension et applications.

Leréservoir d'huile de transformateurpeut être conçu en fonction de la capacité du transformateur, de la classe de tension, de la méthode de refroidissement, de l'environnement d'installation, des conditions de transport et des exigences du client.

Pour les petits transformateurs de distribution, l'accent est généralement mis sur une construction compacte, un refroidissement efficace et une étanchéité fiable. Pour les gros transformateurs de puissance, la conception devient plus complète, couvrant la résistance mécanique, le débit d'huile, le blindage électromagnétique, le contrôle du bruit, le levage et le transport.

Des réservoirs de transformateur standards aux structures personnalisées pour transformateurs haute-tension et grande-capacité, le réservoir doit fonctionner dans le cadre du système de transformateur complet.

Pour votre prochainréservoir d'huile de transformateur, un projet de transformateur-immergé dans l'huile ou de transformateur de puissance-haute tension, Yawei Transformer peut fournir une assistance en matière d'ingénierie et de fabrication en fonction des exigences techniques spécifiques de l'application.

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