पावर ग्रिड सिस्टम और तकनीकी विकास में "ऊर्जा कन्वर्टर्स"।

आधुनिक बिजली प्रणालियों में, एक प्रकार का उपकरण होता है जो "ऊर्जा केंद्र" की तरह अपरिहार्य होता है - यह बिजली उत्पादन के अंत और बिजली की खपत के अंत को जोड़ता है, और सटीक विद्युत चुम्बकीय प्रेरण के माध्यम से, यह वोल्टेज स्तरों के रूपांतरण का एहसास करता है, जिससे यह सुनिश्चित होता है कि औद्योगिक उत्पादन और निवासियों के जीवन की विविध बिजली मांगों को पूरा करते हुए लंबी दूरी के संचरण के दौरान बिजली की हानि कम हो जाती है। इस प्रकार के उपकरण को पावर ट्रांसफार्मर कहा जाता है। बड़े बिजली स्टेशनों में स्टेप-अप ट्रांसफार्मर से, शहरी सबस्टेशनों में वितरण ट्रांसफार्मर तक, और फिर फैक्ट्री कार्यशालाओं में समर्पित ट्रांसफार्मर तक, यह बिजली पारेषण और वितरण की पूरी श्रृंखला के माध्यम से चलता है, और सामाजिक ऊर्जा आपूर्ति का समर्थन करने वाला मुख्य उपकरण है।

I. पावर ट्रांसफार्मर का मुख्य सिद्धांत: विद्युतचुंबकीय प्रेरण का "ऊर्जा जादू"।

का कार्य आधारबिजली ट्रांसफार्मर19वीं शताब्दी में फैराडे द्वारा खोजे गए विद्युत चुम्बकीय प्रेरण के नियम से उत्पन्न हुआ। मूल तर्क को "बिजली पैदा करने वाले चुंबकत्व और चुंबकत्व पैदा करने वाली बिजली" की ऊर्जा रूपांतरण प्रक्रिया के रूप में संक्षेपित किया जा सकता है: जब ट्रांसफार्मर की प्राथमिक वाइंडिंग (इनपुट अंत) एक वैकल्पिक विद्युत आपूर्ति से जुड़ा होता है, तो वर्तमान लौह कोर में एक वैकल्पिक चुंबकीय क्षेत्र उत्पन्न करेगा। जब यह चुंबकीय क्षेत्र द्वितीयक वाइंडिंग (आउटपुट टर्मिनल) से होकर गुजरता है, तो द्वितीयक पक्ष पर संबंधित इलेक्ट्रोमोटिव बल प्रेरित होगा, और अंततः प्राथमिक पक्ष पर वोल्टेज के आनुपातिक एक प्रत्यावर्ती धारा आउटपुट होगी।

इस प्रक्रिया में, वोल्टेज रूपांतरण की कुंजी प्राथमिक और द्वितीयक वाइंडिंग के टर्न अनुपात में निहित है। विद्युत चुम्बकीय प्रेरण के सिद्धांत के अनुसार, प्राथमिक वोल्टेज (U₁) और द्वितीयक वोल्टेज (U₂) का अनुपात प्राथमिक पक्ष (N₁) पर घुमावों की संख्या और द्वितीयक पक्ष (N₂) पर घुमावों की संख्या के अनुपात के बराबर है, अर्थात U₁/U₂ = N₁/N₂। उदाहरण के लिए, किसी पावर स्टेशन का आउटपुट वोल्टेज आमतौर पर 10 से 25kV होता है। लंबी दूरी की बिजली ट्रांसमिशन प्राप्त करने के लिए (लाइन लॉस को कम करने के लिए वोल्टेज बढ़ाने की आवश्यकता होती है), एक स्टेप-अप ट्रांसफार्मर "मल्टी-टर्न सेकेंडरी वाइंडिंग" के माध्यम से वोल्टेज को 110kV, 220kV या यहां तक ​​कि 1000kV तक बढ़ा देगा। जब बिजली शहर या उपयोगकर्ता के अंत तक प्रेषित की जाती है, तो वितरण ट्रांसफार्मर "कम मोड़ वाली माध्यमिक वाइंडिंग" के माध्यम से उच्च वोल्टेज को 10kV (औद्योगिक उपयोग के लिए) या 220V/380V (आवासीय और वाणिज्यिक उपयोग के लिए) तक कम कर देता है, जिससे "बिजली उत्पादन - ट्रांसमिशन - वितरण" का वोल्टेज मिलान पूरा हो जाता है।

यह ध्यान देने योग्य है कि एक आदर्श स्थिति में, एक ट्रांसफार्मर की इनपुट पावर और आउटपुट पावर बराबर होती है (कोर हानि और घुमावदार प्रतिरोध हानि को नजरअंदाज करते हुए), इसलिए वोल्टेज और करंट का व्युत्क्रम आनुपातिक संबंध होता है - जब वोल्टेज बढ़ता है, तो करंट कम हो जाता है (लाइन की गर्मी हानि कम हो जाती है), और जब वोल्टेज कम हो जाता है, तो करंट बढ़ जाता है (टर्मिनल उपकरण की वर्तमान मांग को पूरा करना)। यह विशेषता वास्तव में कुशल विद्युत संचरण की कुंजी है।

द्वितीय. मूल संरचना: चार प्रमुख घटकों का सहक्रियात्मक प्रभाव

एक पावर ट्रांसफार्मर का प्रदर्शन उसके चार मुख्य घटकों के डिजाइन और विनिर्माण स्तर पर निर्भर करता है, जो संयुक्त रूप से उपकरण की दक्षता, स्थिरता और सेवा जीवन का निर्धारण करते हैं।

1. कोर: चुंबकीय क्षेत्र का "पथ वाहक"।

कोर ट्रांसफार्मर के चुंबकीय सर्किट का कोर है। इसका कार्य वैकल्पिक चुंबकीय क्षेत्र को संकेंद्रित तरीके से गुजरने के लिए मार्गदर्शन करना और चुंबकीय क्षेत्र रिसाव (यानी, "चुंबकीय हानि") को कम करना है। एक वैकल्पिक चुंबकीय क्षेत्र में कोर द्वारा उत्पन्न एड़ी धारा हानि (कोर के भीतर धारा के संचलन के कारण होने वाली गर्मी की हानि) को कम करने के लिए, आधुनिक ट्रांसफार्मर कोर आमतौर पर उच्च-सिलिकॉन स्टील शीट को लैमिनेट करके बनाए जाते हैं - सिलिकॉन स्टील शीट की मोटाई केवल 0.3-0.5 मिमी है, और उनकी सतहों को इन्सुलेटिंग कोटिंग्स के साथ लेपित किया जाता है, जो एड़ी धाराओं के प्रवाह पथ को प्रभावी ढंग से अवरुद्ध कर सकता है। कोर का संरचनात्मक डिज़ाइन (जैसे लेमिनेशन विधि और जुड़ने की प्रक्रिया) सीधे चुंबकीय हानि के परिमाण को प्रभावित करता है। वर्तमान में, मुख्यधारा की "स्टेप्ड जॉइनिंग" या "इक्लाइंड जॉइनिंग" प्रौद्योगिकियां कोर लॉस को बेहद निम्न स्तर पर रखने में सक्षम हैं।

2. वाइंडिंग: विद्युत ऊर्जा रूपांतरण के लिए "कोर कॉइल"।

वाइंडिंग (आमतौर पर "कॉइल" के रूप में जाना जाता है) एक ट्रांसफार्मर का सर्किट भाग है, जो प्राथमिक वाइंडिंग (बिजली की आपूर्ति से जुड़ा हुआ) और द्वितीयक वाइंडिंग (लोड से जुड़ा हुआ) में विभाजित होता है। यह आमतौर पर तांबे या एल्यूमीनियम के तारों से लपेटा जाता है (तांबे के तारों में बेहतर विद्युत चालकता होती है और नुकसान कम होता है, और अक्सर उच्च क्षमता वाले ट्रांसफार्मर में उपयोग किया जाता है)। वाइंडिंग की वाइंडिंग प्रक्रिया को तारों की व्यवस्था घनत्व, इन्सुलेशन मोटाई और गर्मी अपव्यय चैनलों को सख्ती से नियंत्रित करना चाहिए। तारों की बाहरी परत के चारों ओर लपेटे गए इंसुलेटिंग पेपर या इंसुलेटिंग वार्निश को उच्च वोल्टेज के तहत ब्रेकडाउन परीक्षण का सामना करने की आवश्यकता होती है (आमतौर पर इन्सुलेशन ग्रेड को विभिन्न ऊपरी तापमान प्रतिरोध सीमाओं के अनुरूप क्लास ए, क्लास बी या क्लास एच तक पहुंचने की आवश्यकता होती है)। इस बीच, वाइंडिंग की संरचना में तेल चैनल या वायु चैनल आरक्षित होना चाहिए ताकि यह सुनिश्चित हो सके कि ऑपरेशन के दौरान उत्पन्न गर्मी को समय पर ढंग से समाप्त किया जा सके।

3. ईंधन टैंक और शीतलन प्रणाली: उपकरण की "गर्मी अपव्यय गारंटी"।

जब एक ट्रांसफार्मर चालू होता है, तो कोर और वाइंडिंग्स नुकसान उत्पन्न करेंगे और उन्हें गर्मी में बदल देंगे। यदि तापमान बहुत अधिक है, तो यह इन्सुलेशन की उम्र बढ़ने में तेजी लाएगा और यहां तक ​​कि दोष भी पैदा करेगा। इसलिए, तेल टैंक और शीतलन प्रणाली उपकरण की सुरक्षा सुनिश्चित करने की कुंजी हैं: तेल टैंक के अंदर ट्रांसफार्मर तेल (जिसमें इन्सुलेशन और गर्मी अपव्यय दोनों कार्य होते हैं) से भरा होता है, और तेल के प्राकृतिक संवहन या मजबूर परिसंचरण के माध्यम से गर्मी को टैंक की दीवार पर स्थानांतरित किया जाता है। ईंधन टैंक का बाहरी भाग आमतौर पर हीट सिंक (या हीट डिसिपेशन ट्यूब) से सुसज्जित होता है, जो हवा के साथ संपर्क क्षेत्र को बढ़ाता है और गर्मी अपव्यय को तेज करता है। बड़ी क्षमता वाले ट्रांसफार्मर (जैसे कि 50 एमवीए से ऊपर वाले) के लिए, फोर्स्ड ऑयल सर्कुलेशन कूलिंग सिस्टम (ओएफएएफ) या फोर्स्ड ऑयल सर्कुलेशन डायरेक्टेड कूलिंग सिस्टम (ओडीएएफ) भी सुसज्जित हैं। तेल पंप और पंखे के समन्वित प्रभाव के माध्यम से, गर्मी अपव्यय दक्षता को और बढ़ाया जाता है।

4. इन्सुलेशन और सुरक्षा उपकरण: उपकरण का "सुरक्षा अवरोध"।

वाइंडिंग्स के इंटर-टर्न इंसुलेशन के अलावा,ट्रांसफार्मरइसे कई इन्सुलेशन और सुरक्षा घटकों से सुसज्जित करने की भी आवश्यकता है:

इंसुलेटिंग बुशिंग: इसका उपयोग तेल टैंक के अंदरूनी हिस्से से वाइंडिंग के लीड-आउट तारों को ले जाने के लिए किया जाता है और इसे उच्च वोल्टेज और वायुमंडलीय स्थितियों का सामना करने की आवश्यकता होती है। यह आमतौर पर चीनी मिट्टी के बरतन या मिश्रित इन्सुलेशन सामग्री (जैसे एपॉक्सी राल) से बना होता है।

दबाव राहत वाल्व: जब किसी खराबी (जैसे शॉर्ट सर्किट) के कारण ईंधन टैंक में बड़ी मात्रा में गैस उत्पन्न होती है और दबाव तेजी से बढ़ जाता है, तो दबाव कम करने और ईंधन टैंक को फटने से बचाने के लिए वाल्व स्वचालित रूप से खुल जाएगा।

गैस रिले: तेल टैंक और तेल भंडारण कैबिनेट के बीच पाइपलाइन पर स्थापित, यह एक अलार्म सिग्नल को ट्रिगर करेगा या सीधे बिजली की आपूर्ति काट देगा जब ट्रांसफार्मर के अंदर एक छोटी सी गलती (गैस की थोड़ी मात्रा उत्पन्न करना) या गंभीर गलती (तेल प्रवाह प्रभाव) होती है ताकि गलती को फैलने से रोका जा सके।

थर्मामीटर: यह वास्तविक समय में ईंधन टैंक में तेल के तापमान की निगरानी करता है। जब तापमान निर्धारित सीमा से अधिक हो जाता है, तो यह सुनिश्चित करने के लिए एक अलार्म जारी करता है कि उपकरण अधिक गरम होने के कारण क्षतिग्रस्त नहीं होगा।

तृतीय. प्रकार और अनुप्रयोग: विभिन्न परिदृश्यों के अनुरूप "ऊर्जा अनुकूलन समाधान"।

वोल्टेज स्तर, क्षमता, शीतलन विधि या अनुप्रयोग में अंतर के अनुसार, बिजली ट्रांसफार्मर को बिजली प्रणाली के विभिन्न लिंक के अनुकूल बनाने के लिए विभिन्न प्रकारों में वर्गीकृत किया जा सकता है।

वोल्टेज स्तर द्वारा: "बिजली उत्पादन - पारेषण - वितरण" की पूरी श्रृंखला को कवर करना

स्टेप-अप ट्रांसफार्मर: एक पावर स्टेशन में स्थित, यह जनरेटर द्वारा कम वोल्टेज (10-25kV) आउटपुट को लंबी दूरी के बिजली ट्रांसमिशन के लिए उच्च वोल्टेज (110kV-1000kV) तक बढ़ा देता है, जिसकी सामान्य क्षमता 100-1000MVA होती है।

स्टेप-डाउन ट्रांसफार्मर: उन्हें "मुख्य ग्रिड स्टेप-डाउन" (जैसे 220kV से 110kV) और "वितरण नेटवर्क स्टेप-डाउन" (जैसे 110kV से 10kV, 10kV से 0.4kV) में वर्गीकृत किया गया है। पूर्व का उपयोग क्षेत्रीय बिजली ग्रिडों में बिजली आपूर्ति के लिए किया जाता है, जबकि बाद वाला सीधे औद्योगिक उपयोगकर्ताओं या आवासीय क्षेत्रों में सेवा प्रदान करता है।

अल्ट्रा-हाई वोल्टेज ट्रांसफार्मर: 750kV और उससे ऊपर के वोल्टेज स्तर (जैसे चीन में 1000kV अल्ट्रा-हाई वोल्टेज ट्रांसफार्मर) के साथ, वे अल्ट्रा-हाई वोल्टेज ट्रांसमिशन परियोजनाओं (जैसे "वेस्ट-टू-ईस्ट पावर ट्रांसमिशन") में मुख्य उपकरण हैं, और बेहद कठिन विनिर्माण प्रक्रियाओं के साथ, अत्यधिक उच्च वोल्टेज और धाराओं का सामना करने की आवश्यकता होती है।

2. शीतलन विधि द्वारा वर्गीकृत: विभिन्न क्षमता और पर्यावरणीय आवश्यकताओं के अनुकूल

तेल में डूबा हुआ ट्रांसफार्मर: शीतलन माध्यम के रूप में ट्रांसफार्मर तेल का उपयोग करना, इसकी एक परिपक्व संरचना और अपेक्षाकृत कम लागत है, और बाहरी सबस्टेशन या बड़ी क्षमता वाले परिदृश्यों (कुल बाजार के 80% से अधिक के लिए लेखांकन) के लिए उपयुक्त है।

शुष्क-प्रकार के ट्रांसफार्मर: वे शीतलन माध्यम के रूप में हवा या नाइट्रोजन का उपयोग करते हैं, उच्च इन्सुलेशन ग्रेड (आमतौर पर एच-क्लास), और अच्छा अग्नि प्रतिरोध होता है। वे ऊंची इमारतों, सबवे, अस्पतालों और उच्च अग्नि सुरक्षा आवश्यकताओं वाले अन्य स्थानों के लिए उपयुक्त हैं, और उनकी क्षमता ज्यादातर 20 एमवीए से कम है।

3. उपयोग के आधार पर वर्गीकृत: विशेष बिजली मांगों को पूरा करें

वितरण ट्रांसफार्मर: सबसे सामान्य प्रकार, जिसका उपयोग 10kV उच्च वोल्टेज को 0.4kV निम्न वोल्टेज में कम करने, आवासीय भवनों, दुकानों आदि को आपूर्ति करने के लिए किया जाता है, जिसकी क्षमता अधिकतर 50 से 1600kVA तक होती है।

रेक्टिफायर ट्रांसफार्मर: औद्योगिक रेक्टिफायर उपकरण (जैसे इलेक्ट्रोलाइटिक एल्यूमीनियम, इलेक्ट्रोप्लेटिंग) में उपयोग किया जाता है, यह प्रत्यावर्ती धारा को प्रत्यक्ष धारा में परिवर्तित करता है और इसे नॉनलाइनियर लोड के हार्मोनिक प्रभाव के अनुकूल बनाने की आवश्यकता होती है।

इलेक्ट्रिक भट्टी ट्रांसफार्मर: विशेष रूप से औद्योगिक इलेक्ट्रिक भट्टियों (जैसे इलेक्ट्रिक आर्क भट्टियां और इंडक्शन भट्टियां) के लिए डिज़ाइन किया गया है, यह कम वोल्टेज और उच्च धारा का उत्पादन करता है, और इसमें मजबूत अधिभार क्षमता की आवश्यकता होती है।

ऑटोट्रांसफॉर्मर: प्राथमिक और द्वितीयक वाइंडिंग कॉइल के एक हिस्से को साझा करते हैं, जो आकार में छोटा होता है और नुकसान में कम होता है। इसका उपयोग अक्सर उच्च-वोल्टेज ट्रांसमिशन सिस्टम (जैसे 500kV सिस्टम में टाई ट्रांसफार्मर) में वोल्टेज विनियमन के लिए किया जाता है।

चतुर्थ. संचालन और रखरखाव और तकनीकी रुझान: "स्थिर संचालन" से "इंटेलिजेंट अपग्रेड" तक

का डिज़ाइन जीवनबिजली ट्रांसफार्मरआमतौर पर 20 से 30 वर्ष होते हैं, लेकिन उनका वास्तविक सेवा जीवन संचालन और रखरखाव के स्तर पर निर्भर करता है। दैनिक रखरखाव का मूल "दोषों को रोकना" है, जिसमें मुख्य रूप से शामिल हैं:

तेल की गुणवत्ता की निगरानी: तेल की गुणवत्ता में गिरावट और इन्सुलेशन प्रदर्शन में गिरावट को रोकने के लिए नियमित रूप से ढांकता हुआ नुकसान, ब्रेकडाउन वोल्टेज और ट्रांसफार्मर तेल की नमी सामग्री का परीक्षण करें।

इन्सुलेशन परीक्षण: इन्सुलेशन प्रतिरोध परीक्षण, ढांकता हुआ हानि परीक्षण आदि के माध्यम से, वाइंडिंग और कोर के बीच इन्सुलेशन स्थिति का मूल्यांकन किया जाता है।

तापमान की निगरानी: ओवरलोड ऑपरेशन को रोकने के लिए तेल के तापमान और वाइंडिंग तापमान की वास्तविक समय पर ट्रैकिंग;

स्थिति-आधारित रखरखाव: ऑनलाइन निगरानी प्रौद्योगिकियों (जैसे तेल में घुली गैसों की ऑनलाइन निगरानी और आंशिक निर्वहन की ऑनलाइन निगरानी) के माध्यम से, पारंपरिक "नियमित रखरखाव" की जगह और डाउनटाइम को कम करके, उपकरण की स्थिति को वास्तविक समय में समझा जा सकता है।

नए ऊर्जा स्रोतों (पवन ऊर्जा, फोटोवोल्टिक ऊर्जा) के बड़े पैमाने पर ग्रिड कनेक्शन और स्मार्ट ग्रिड के निर्माण के साथ, पावर ट्रांसफार्मर तकनीक तीन प्रमुख दिशाओं में विकसित हो रही है:

उच्च दक्षता और ऊर्जा संरक्षण: उच्च-चुंबकीय प्रेरण सिलिकॉन स्टील शीट, कम-नुकसान कंडक्टर को अपनाने और कोर संरचना को अनुकूलित करने से, "दोहरी कार्बन" लक्ष्यों के तहत ऊर्जा दक्षता आवश्यकताओं को पूरा करते हुए, नो-लोड हानि और लोड हानि को और कम किया जाता है (उदाहरण के लिए, चीन के नए राष्ट्रीय मानक जीबी 20052-2022 ने ट्रांसफार्मर की ऊर्जा दक्षता ग्रेड के लिए उच्च आवश्यकताओं को आगे बढ़ाया है)।

इंटेलिजेंट अपग्रेड: सेंसर, आईओटी मॉड्यूल और एज कंप्यूटिंग क्षमताओं को एकीकृत करके, यह उपकरण की स्थिति, गलती की पूर्व चेतावनी और रिमोट कंट्रोल की वास्तविक समय की धारणा को सक्षम बनाता है। उदाहरण के लिए, यह एआई एल्गोरिदम के माध्यम से इन्सुलेशन उम्र बढ़ने की प्रवृत्ति की भविष्यवाणी करता है और रखरखाव को पहले से शेड्यूल करता है।

नई ऊर्जा को अपनाएं: नई ऊर्जा बिजली उत्पादन की अस्थिरता और रुक-रुक कर होने वाली प्रतिक्रिया के जवाब में, व्यापक वोल्टेज विनियमन रेंज और मजबूत हार्मोनिक प्रतिरोध के साथ "नए ऊर्जा-विशिष्ट ट्रांसफार्मर" विकसित करें। साथ ही, वितरित फोटोवोल्टिक और ऊर्जा भंडारण बिजली स्टेशनों की लचीली पहुंच आवश्यकताओं को पूरा करने के लिए मॉड्यूलर डिजाइन का पता लगाएं।