Производство силовых масляных трансформаторов I-III габарита

После распада СССР значительное количество трансформаторных производств оказалось за пределами России. Оставшимся в РФ крупным трансформаторным заводам: ОАО ХК «Электрозавод» (г. Москва), ООО «Тольяттинский Трансформатор» (г. Тольятти), ЗАО «Энергомаш (Екатеринбург) – Уралэлектротяжмаш» (г. Екатеринбург), ОАО «ЭТК «Биробиджанский завод силовых трансформаторов», ОАО «Алттранс», — приходится противостоять в конкурентной борьбе заводам из стран ближнего зарубежья и мощным фирмам Европы, Азии и США. Первые три из названных заводов выпускают в основном продукцию IV – VIII габарита, и только ОАО «ЭТК «БирЗСТ» выпускает всю линейку силовых масляных трансформаторов I – III габарита. Потребность в силовых трансформаторах I – III габарита для предприятий различных отраслей экономики РФ, безусловно, не могла быть удовлетворена только ОАО «ЭТК «БирЗСТ», поэтому, естественно, появился ряд новых заводов, продукция которых способствовала удовлетворению потребностей рынка. На базе существовавших еще в СССР производств сформировалось     ЗАО «Группа компаний «Электрощит» - ТМ Самара». Выпускают трансформаторы I – II габарита Курганский электромеханический завод и завод НВА (г. Рассказово, Тамбовская обл.). Два новых завода появились в Подмосковье в конце ХХ – начале XXI века: ОАО «Электрощит» (г. Чехов) и ЗАО «Трансформер» (г. Подольск).
Энергично продвигаются на отечественный рынок силовые трансформаторы I – III габарита из Италии, Германии, Финляндии, Словакии, Сербии, Индии, Китая и др. стран.
По данным РБК [РОССИЙСКИЙ РЫНОК ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЯ// Аналитический обзор. РБК. 2008], в СССР в 1985 г. было выпущено 131696 трансформаторов I – III габарита общей мощностью 40800 кВА.
Объем производства силовых масляных трансформаторов I – III габарита в РФ и в странах СНГ по состоянию на 2009-2010 гг. составляет ~ 40 000 штук. Потребность в силовых трансформаторах I – III габарита в 2011-2012 г.г., определенная автором на основе собственных оригинальных моделей прогнозирования, составляет ~55 000 штук [Савинцев Ю.М. Плановое развитие рынка силовых трансформаторов: утопия или необходимость?/ Электротехнический рынок. 2011. № 1-2 (37-38). С. 39-41].
Общий годовой объем рынка трансформаторов I – III габарита в РФ автор оценивает в 10 – 12 млрд. руб.
При анализе состояния современного производства силовых трансформаторов и состояния в целом российского рынка силовых трансформаторов I – III габарита можно исходить из «маркетинг-микс» (комплекса маркетинга), который представляет основные факторы, являющиеся предметом маркетингового управления. Комплекс состоит из четырех элементов, так называемых «четырех P»: товара, цены, канала (место) распространения и продвижения (англ. Product, Price, Place, Promotion).

На сегодняшний день в распределительных подстанциях систем электроснабжения потребителей нашли применение следующие типы конструкций трехфазных силовых масляных трансформаторов: ТМ, ТМГ, ТМЗ, ТМФ, ТМЭ, ТМБ, ТМЖ, ТМН, ТМПН.
Принципиально отличающихся по конструкции типов масляных силовых трансформаторов всего четыре: ТМ, ТМГ, ТМЗ и ТМН.
Стенки баков трансформаторов ТМ изготовлены из стального листа толщиной от 2,5 до 4 мм; тепловое увеличение объема масла компенсируется расширением в дополнительный расширительный бак (расширитель). Выводы обмоток ВН и НН расположены на крышке бака. Охлаждение масла происходит в коробчатых или пластинчатых радиаторах, расположенных вдоль стенок основного бака. Преимущества: очень высокая стойкость к случайным механическим воздействиям при монтаже, при транспортировке и т.п. Продолжительность эксплуатации достигает сорока-пятидесяти лет. Недостаток: требуется периодический контроль влагосодержания трансформаторного масла. Трансформатор ТМФ – это тот же трансформатор ТМ, но с боковыми выводами обмоток ВН и НН, закрытыми защитными коробами.
Стенки баков трансформаторов (герметичных) ТМГ изготовлены из стального листа толщиной от 1,0 до 1,5 мм – это так называемый гофробак. Выводы обмоток ВН и НН расположены на крышке бака. Расширитель и воздушная или газовая “подушка” отсутствуют. Температурные изменения объема масла компенсируются упругой деформацией гофров бака. Контакт масла с окружающей средой полностью отсутствует. Это обстоятельство намного улучшает условия работы масла, исключает возможность его увлажнения, загрязнения или окисления. Трансформаторное масло перед заливкой дегазируется. Именно по этой причине свойства масла практически не меняются на протяжении всего срока службы. Благодаря этому нет необходимости производить забор пробы масла. Достоинства: сокращение массогабаритных характеристик, значительное сокращение эксплуатационных расходов (на 30% – 40%). Недостаток: низкая стойкость к случайным механическим воздействиям при монтаже, при транспортировке и т.п.
Конструкция бака трансформаторов ТМЗ по толщине такая же, как и у ТМ, но при этом бак выполнен в герметичном исполнении. Выводы ВН и НН расположены на боковых стенках бака, как у трансформатора ТМФ. Защитой масла от окисления, загрязнения, насыщения влагой выступает сухой азот (по принципу азотной подушки между крышкой трансформатора и зеркалом масла). Этот тип трансформаторов сочетает в себе положительные эксплуатационные свойства трансформаторов ТМ и ТМГ.
Трансформаторы типов ТМ, ТМГ, ТМЗ имеют возможность использования 5-ти ступенчатой регулировки напряжения, в диапазоне ±2х2,5% от номинального напряжения по стороне ВН. Регулировка происходит по принципу «Переключения Без Возбуждения» (ПБВ), т.е. в выключенном состоянии.
В силовых трансформаторах ТМН, имеющих конструкцию бака аналогичную ТМ, предусмотрена возможность автоматического регулирования напряжения без отключения трансформатора от сети с помощью устройства РПН типа РНТА 35/125 или аналогичного устройства. Имеется девять ступеней регулировки напряжения по стороне ВН с диапазоном регулирования ±4х2,5% от номинального. Переключение трансформатора ТМН на другой диапазон может производиться как в автоматическом, так и в ручном режимах. Выводы обмоток ВН и НН расположены на крышке бака.
Трансформаторы типов ТМЭ, ТМБ, ТМЖ и ТМПН достаточно специфичны, спрос на них «привязан» к конкретным потребителям.
Трансформаторы ТМЭ предназначены для питания электрооборудования экскаваторов и работают в условиях тряски, вибрации воздействия инерционных сил при разгоне и торможении поворотной платформы, крена и дифферента до 12°, могут располагаться на расстоянии до 6 м от оси поворота платформы. Трансформаторы ТМБ предназначены для питания электрооборудования буровых установок.
Силовые трансформаторы ТМЖ выпускаются с номинальным напряжением первичной обмотки (высокого напряжения) 27,5 кВ и вторичной обмотки (низкого напряжения) - 0,4 кВ и предназначены для питания электрооборудования железных дорог.
Трансформаторы ТМПН с первичным напряжением 0,38 кВ предназначены для преобразования электроэнергии в составе электроустановок питания погружных электронасосов добычи нефти. ТМПН с первичным напряжением 6; 10кВ предназначены для преобразования электроэнергии в составе комплектных трансформаторных подстанций, питающих погружные электронасосы добычи нефти.
Все трансформаторы имеют ВН 6 (10) кВ. ТМН выпускают, как правило, класса напряжения 35 кВ. Трансформатор ТМПН выпускается также класса напряжения до 3 кВ.
Потребность в трансформаторах типов ТМ, ТМГ, ТМЗ, ТМН была оценена автором на выборке заявок, поступивших от конкретных заказчиков в течение 2008 – 2010 гг. и составляет соответственно 45%, 35%, 10%, 10%. Однако, несмотря на потребительский спрос, подавляющее большинство отечественных и зарубежных трансформаторных заводов выпускают только типы ТМ и ТМГ как пользующиеся наибольшим спросом.
Силовые распределительные трансформаторы мощностью 25-630 кВА напряжением 6-10 кВ - наиболее массовая серия производимых и эксплуатируемых силовых трансформаторов как в нашей стране и за рубежом. Общее количество распределительных трансформаторов в России составляет более чем 4 млн. шт.
Ежегодное потребление электроэнергии в России находится на уровне 900-1000 миллиардов кВт•ч, при этом общие потери электроэнергии в распределительных трансформаторах оцениваются в 7,5 миллиардов кВт•ч и примерно 50% - это потери в магнитопроводах трансформаторов.
Ежегодные затраты на обслуживание одного распределительного трансформатора с магнитопроводом из холоднокатаной электротехнической стали составляют примерно 8% от его первоначальной стоимости.
Наиболее перспективный путь снижения затрат на производство и эксплуатацию силовых распределительных трансформаторов - это применение магнитопроводов из аморфных (нанокристаллических) сплавов (АС), при этом обеспечивается более чем пятикратное снижение потерь холостого хода трансформаторов по сравнению с традиционными магнитопроводами из электротехнической стали.
Силовые распределительные трансформаторы с сердечником из АС серийно выпускаются в США, Канаде, Японии, Индии, Словакии. Всего в мире уже изготовлено 60-70 тыс. единиц трансформаторов мощностью 25-100 кВА, примерно 1000 единиц прошли успешные многолетние испытания в различных энергосистемах. Наибольших успехов добились США и Япония. Японская фирма «Hitachi» в сотрудничестве с американской «Allied Signal» выпустила на рынок гамму силовых трансформаторов (мощностью от 500 до 1 тыс. кВА), сердечник которых изготовлен из АС. Как показали испытания, он позволяет сократить потери энергии в сердечнике трансформатора на 80% по сравнению со стальным аналогом. Если бы во всех действующих в мире трансформаторах установить сердечники из АС, то среднегодовая экономия энергии составила бы 40 млн. кВт•ч. Недостатком сердечников из АС является их более высокая стоимость по сравнению с традиционными материалами – у японской фирмы эта разница достигает 15-20%. Компания «Allied Signal» производит АС для трансформаторов на заводе в г. Конуэй (США). Его цена не превышает стоимости кремнистой стали – 2-2,5 долл./кг. Тем не менее, руководство фирмы утверждает, что производство таких сердечников обходится дороже в силу большего потребления металла и неотработанности технологического процесса. Еще одной проблемой является усложнение процесса изготовления сердечника по мере увеличения его размеров. Японской фирме с этой целью пришлось освоить специальную технологию. «Allied Signal» имеет два завода по выпуску сердечников из АС: один в Индии (с 1993 г.) и другой в КНР (в г. Шанхай с 1996 г.). Годовая мощность последнего составляет 450 т, в ближайшее время предполагается ее увеличение в три раза. Фирмы - партнеры рассчитывают на сбыт силовых трансформаторов с сердечником из АС на рынках стран с дорогой электроэнергией.
В настоящее время рядом российских предприятий изготавливаются опытные образцы энергоэффективных энергосберегающих трансформаторов, в т.ч. и с магнитопроводом из АС. В ближайшие годы следует ожидать их появление на трансформаторном рынке.

Юрий Савинцев, к.т.н., ген. директор ЗАО «Корпорация «Русский трансформатор»
Фото Alstom