Силовой трансформатор сегодня и завтра

04.06.12 09:27

 

Сергей Каланчин, начальник электроиспытательной лаборатории компании «Трансформер» (г. Подольск):

Сравнительно недавно (с 2006 года) в России, в том числе и нашим предприятием, освоено полноценное производство ТСЛ - сухих трансформаторов с литой изоляцией (в то время как масляные трансформаторы выпускаются с 30-х годов прошлого века). Ранее ТСЛ поставлялись из-за рубежа или собирались в России из комплектующих. Освоение производства на территории нашей страны сделало сухие трансформаторы с литой изоляцией более доступными по цене и сократило сроки поставок готовой продукции. 

Прорыв в сфере изоляционных материалов - появление сухих трансформаторов с изоляцией NOMEX. Тем не менее, в сравнении с литой изоляцией у этой технологии есть свои недостатки - трансформаторы с такой изоляцией подвергаются разрушению: динамические усилия, возникающие в обмотках, нарушают геометрию обмоток – витки изгибаются, деформируются.

Компанией «Трансформер» было внедрено использование ленточной технологии изготовления обмоток. Другая наша новинка - масляный герметичный трансформатор столбового типа (ТМГС), отличающийся креплением «навесного» типа. При таком конструктивном решении трансформатор можно размещать на имеющихся опорах ЛЭП. В ТМГС предусмотрен узел для присоединения устройств учета и дистанционного контроля за состоянием трансформатора. 

 

Андрей Мозуль, технический директор ООО "Сименс Трансформаторы" (г. Воронеж):

Одно из последних интересных решений, предложенных «Сименс» – установка силовых трансформаторов в открытом море для работы морских платформ с ветряными подстанциями. Такие трансформаторы позволяют повысить напряжение линий электропередачи от ветряных генераторов к потребителю. Работа в открытом море требует не только особой конструкции силового трансформатора - уменьшенных массы и габаритов, защиты от коррозии и вибраций платформы, но и полностью герметизированной системы соединений, высочайшую стойкость в условиях морских колебаний, а также отсутствия необходимости в обслуживании.

 

Трансформатор ТРДН-80000/110 («Сименс»)

 

Виктор Разумов, советник генерального директора по техническим вопросам ОАО «Алттранс» (г. Барнаул):

В силу специализации ОАО «Алттранс» мы будем говорить о распределительных трансформаторах класса напряжения 10 кВ.

В последние годы, в связи с возросшими требованиями к вопросу энергосбережения, заказчики начинают проявлять интерес к применению трансформаторов со сниженным уровнем потерь электроэнергии. На сегодняшний день все ведущие изготовители распределительных трансформаторов, включая и наше предприятие, уже предлагают такие трансформаторы, т.е. они разработаны, промышленные образцы успешно прошли типовые испытания, аккредитацию и могут выпускаться серийно. Разница стоимости  энергосберегающего трансформатора и общепромышленных аналогов является весьма незначительной, да и та окупается в первые же 2-3 года эксплуатации.

 

Дмитрий Титов, ведущий технический специалист ЗАО «Энергомаш (Екатеринбург) - Уралэлектротяжмаш»:

Прежде всего, хочется отметить все возрастающую конкуренцию в производстве трансформаторов и увеличение количества самих предприятий-производителей.

В сфере этого быстро меняющегося рынка нашей компанией были предложены следующие разработки.

Для сухих трансформаторов создана система изоляции обмоток на базе слюдинитовых материалов с пропиткой под глубоким вакуумом и высоким давлением эпоксидными компаундами. Данный тип изоляции носит наименование «Транстерм».

На 220 кВ разработан автотрансформатор 125 МВА с универсальной комбинированной системой охлаждения типа М+МЦ+ДЦ. Особенностью системы является ее работа с оптимальным соотношением тока нагрузки, температуры масла и энергопотребления на охлаждение трансформатора, при этом происходит поочередное включение соответствующего вида охлаждения в зависимости от нагрузки, расходуемой мощности данного автотрансформатора, что и обеспечивает экономию энергозатрат на работу системы охлаждения.

 

Трансформатор «Сименс»

 

2. Есть ли принципиальные отличия между трансформаторами отечественных и зарубежных компаний? Чья продукция сегодня пользуется большим спросом?

 

Сергей Каланчин:

Продукция отечественного производства более востребована. В ее стоимости нет большой транспортной составляющей и различных сборов (таможенных, налоговых). Она в большей степени соответствует отечественным нормам и стандартам.

Более того, она надежнее. Дело в том, что за рубежом практикуется несколько иной подход к проектированию. Поиск оптимального и экономичного решения заставляет конструкторов минимизировать объемы металла, часто балансируя на границе допустимого. Отечественная продукция проектируется и изготавливается с некоторым запасом прочности. Конечно, это требует большего расхода материалов, что сказывается на цене. Но потери, к которым приводит вышедший из строя трансформатор, несравнимо больше, поэтому потребители предпочитают приобретать более надежное оборудование.

 

Андрей Мозуль:

В целом, физика процесса и теория производства силовых трансформаторов остаются неизменными независимо от завода-производителя, однако принципиальные подходы имеют отличия. Они ощутимы как в принципах построения проектных циклов, так и в принципах организации производственного процесса.

Продукция «Сименс» имеет преимущества в первую очередь в массогабаритных характеристиках трансформаторов за счет высокой технологичности, которая позволяет выполнять экономичные решения.

 

Виктор Разумов:

Если мы говорим о качественных трансформаторах российского или зарубежного производства, то вы не найдете между ними особых отличий. Ведущие изготовители в России производят распределительные трансформаторы с учетом всех стандартов: и российских, и зарубежных. Другое дело, что в России нет своего технологического оборудования, позволяющего производить современные трансформаторы, поэтому приходится приобретать его в Европе.

Что касается материалов, к примеру, алюминиевой фольги для намотки низковольтных обмоток или изолирующих трубок из крепированной бумаги, то мы используем лучшие мировые образцы, которые также, к сожалению, российскими не являются. А если так, как же трансформаторы могут значительно отличаться, если изготавливаются на одном  оборудовании, по одинаковым технологиям и из одних и тех же материалов?!

Что касается спроса, то в силу установившихся связей, включая постгарантийное обслуживание и ремонт, наибольшим спросом пользуется отечественная продукция. Это закономерно.

 

Ленточные обмотки ТСЛ с литой изоляцией («Трансформер», Подольск)

 

Дмитрий Титов:

Отличия заключается, прежде всего, в типах используемых материалов, в конструктивных упрощениях или своих особенных наработках конструкций в активной части трансформатора. Кардинальных различий, связанных с принципом работы или применением иного навесного оборудования, не замечено. Все-таки, международный рынок трансформаторов в последние годы достаточно открыт, и, так или иначе, большинство производителей оперативно реагируют на модернизации – как у своих ближайших конкурентов, так и у зарубежных.

Что касается спроса на продукцию, в России и на территории СНГ еще достаточно сильны позиции заводов-изготовителей, и в основном между ними и происходит рыночная борьба. К сожалению, можно отметить, что выбор зарубежного поставщика заказчиком не всегда происходит по принципу открытой «рыночной» экономики. Да и само Правительство РФ, по-моему, не скрывает, что инвестиции зарубежных компаний в трансформаторостроение будут поддерживаться, в том числе и для поднятия конкуренции на территории СНГ.

 

 

3. Как Вам кажется, за каким типом (типами) диэлектрика для силовых трансформаторов будущее и почему?

 

Сергей Каланчин:

Если сравнивать масляные трансформаторы и сухие, то в части пожаробезопасности и экологичности последние имеют явное преимущество. Трансформаторы с твердым диэлектриком (литой изоляцией, изоляцией NOMEX) будут вытеснять масляные аналоги, но только во встроенных подстанциях, поскольку сухие трансформаторы не предназначены для установки на открытом воздухе. Литая изоляция имеет еще одно дополнительное преимущество - обмотки в ней жестко закреплены и потому не изменяют своей формы под воздействием электродинамических усилий.

В категории размещения 1 (на открытом воздухе) альтернативой масляным трансформатором могут стать элегазовые аналоги. Элегаз (SF6) не случайно называется электрическим газом, это значительно более эффективный диэлектрик, чем воздух или сухой азот. При этом он негорюч, инертен, имеет высокую теплоемкость, т. е. используется как хладагент.

Несмотря на то, что этот диэлектрик применяется еще с советских времен, в настоящее время элегаз используется преимущественно в комплектных распределительных устройствах (КРУЭ). Элегазовые трансформаторы – пока еще редкость. Но по сравнению с масляными они выигрывают в части взрыво- и пожаробезопасности. К тому же элегаз позволяет сделать трансформатор компактнее и легче, за счет уменьшения изоляционных промежутков и более эффективного охлаждения токоведущих частей.

 

Трансформаторы ТСЛ («Трансформер», Подольск)

 

Андрей Мозуль:

Я считаю, что для силовых трансформаторов класса напряжения 110 кВ и выше ближайшее будущее (10-20 лет) все же за целлюлозной изоляцией и минеральными маслами. Это наиболее экономичный и надежный диэлектрический материал. Трансформаторы с элегазовой изоляцией дают экономию в массогабаритных характеристиках, однако в настоящее время имеют высокую стоимость, поэтому спрос на них низок на местных рынках. В долгосрочном будущем - это перспективное направление.

Виктор Разумов:

Вопрос, конечно, интересный. Но здесь следует сразу расставить приоритеты. Ведь основными свойствами изоляции для трансформатора, определяющими ее качество, являются термостойкость без ухудшения изолирующих свойств и пожаробезопасность. Первое определяет конструктивное исполнение и позволяет оптимизировать массово-габаритные характеристики трансформатора, а второе влияет на зону его применения. Поэтому в каждом конкретном случае мы должны останавливаться на оптимальном сочетании технико-экономических характеристик.

Если речь идет об установке трансформатора на этажном перекрытии, то здесь нужен трансформатор с негорючей изоляцией, а если требуется установить трансформатор в подстанции наружной установки, оборудованной всеми необходимыми системами, или подвесить его на опору воздушной линии, то, как правило, используется масляный трансформатор. Соответственно, в обозримом будущем масляные трансформаторы еще долго будут востребованы нашими заказчиками, а по мере улучшения качества других видов изоляции, особенно при работе в условиях низких температур, постепенно будет расширяться и ареал применения трансформаторов других типов.

 

Дмитрий Титов:

По поводу выбора диэлектрика встречаются разные мнения. Европа, мы видим, уходит от использования масляных трансформаторов, в том числе из соображений экологической безопасности. В то же время в России при обновлении подстанций, постройке новых, никто сильно не ограничивает в использовании оборудования с трансформаторным маслом.

По-моему, в распределительных сетях есть необходимость в использовании сухих трансформаторов с монолитной изоляцией - все-таки рынок таких трансформаторов сейчас у нас достаточно большой. Думаю, тесное сотрудничество с Европой в скором времени повлияет на решение увеличить объем сухих трансформаторов.

На линиях 110-500кВ в данный момент не видно альтернативы трансформаторам с жидким диэлектриком, тем более они имеют повышенный КПД по сравнению с сухими.

Хочется отметить еще один тип диэлектрика – элегаз. Выбор в пользу трансформаторов с элегазом давно уже сделала Япония. И нашим предприятием разработан в документации элегазовый трансформатор ТЭ-4000/ 35. Пока это опытный образец, но по изготовлении и испытании мы рассчитываем отчетливо увидеть плюсы такого трансформатора - меньшие габариты, пожаробезопасность, уменьшение количества навесного оборудования (расширителя, фильтров и т.п.) и взаимозаменяемость с сухими трансформаторами.

В связи с внедрением элегазовых трансформаторов в России, я вижу одну проблему - наличие большого парка старых масляных трансформаторов, заменять которые на элегазовые технологически пока невозможно. Однако, думаю, при строительстве новых современных цифровых подстанций, элегазовые трансформаторы не стоит исключать как вариант для установки.

 

Сухой силовой трансформатор типа ТСЗ мощностью 1600 кВА с обмотками из проводов с изоляцией Nomex класса нагревостойкости Н (180ºС) (фото ЗАО «Энергомаш (Екатеринбург) - Уралэлектротяжмаш»)

 

4. Какие еще тенденции развития рынка силовых трансформаторов Вы могли бы отметить?

 

Сергей Каланчин:

Производители постоянно работают над совершенствованием продукции, поэтому на рынок будут поступать изделия с улучшенными характеристиками. Несмотря на то, что основа конструкции силовых трансформаторов была разработана еще в прошлом веке и по сей день существенно не меняется, возможности для ее улучшения все же имеются.

В частности, систему охлаждения можно оптимизировать, изменив форму бака: если дно сделать скругленным, без углов между дном и боковыми стенками, то циркуляция масла будет более интенсивной, поскольку не будет зон застоя, которые образуются в углах.

Повышенное внимание к вопросам энергосбережения уже сегодня увеличивает спрос на энергоэффективное оборудование и подталкивает производителей к разработке и производству силовых трансформаторов с пониженными потерями. Так, к примеру, в нашей линейке трансформаторов есть отдельная группа масляных герметичных трансформаторов с пониженными потерями холостого хода (до 30%) и короткого замыкания (до 20%), а также экономичных сухих трансформаторов с литой изоляцией.

Намечается также явная тенденция на оснащение трансформаторов телеметрическими устройствами (в том числе с использованием модулей GSM), позволяющими дистанционно контролировать состояние трансформаторов – уровень масла, его температуру, давление.

В ближайшем будущем появятся трансформаторы с сердечником из аморфной стали – материала с нанокристаллической структурой. Внедрение аморфной стали позволит снизить потери холостого хода на 75%. Но пока этот материал достаточно дорог, что сдерживает его активное внедрение. Второй сдерживающий фактор – производители аморфной стали только осваивают изготовление стальной ленты той ширины, которая требуется для производства мощных силовых трансформаторов.

В настоящее время ученые работают над созданием материалов, обладающих сверхпроводимостью. Если такие материалы использовать для изготовления обмоток, то станет возможным делать трансформаторы с характеристиками, которые сегодня представляются пока недостижимыми.

 

Распределительный масляный трансформатор серии ТМГ (фото ОАО «Алттранс»)

 

Андрей Мозуль:

В первую очередь, развитие интеллектуальных сетей. Там, где есть умная сеть, нужен и умный трансформатор. Тенденция способствует развитию инновационных систем мониторинга и повышению надежности силовых трансформаторов.

 

Виктор Разумов:

Сейчас при разработке трансформаторов массовых серий главная задача - снижение затрат на производство и эксплуатацию трансформаторов. Решаются вопросы снижения расхода активных и конструктивных материалов, повышения надежности в реальных условиях эксплуатации и ремонтопригодности трансформаторов. 

 

Дмитрий Титов:

К вышесказанному добавлю, что будет продолжаться взаимопроникновение новых мировых технологий в трансформаторостроение. Возрастающее количество производителей трансформаторов в свою очередь способствует и развитию рынка поставщиков различных деталей, узлов, материалов, оборудования для цеховых площадок. Стоит упомянуть все более активное применение компьютерных технологий, программ моделирования в разработке, проектировании трансформаторов. Все это приведет к повышению качества трансформаторостроения, особенно у крупных заводов-изготовителей.

Вхождение России в ВТО, строительство трансформаторных заводов иностранных компаний («Сименс», «АББ») заставит и отечественных производителей двигаться вперед, но при условии настоящей открытой рыночной экономики.

 

 

Читайте также: