Перспективные виды электротехнического оборудования

БЕЛКИН Г.С., ДРОБЫШЕВСКИЙ А.А., ИВАКИН В.Н., КОВАЛЕВ В.Д., ПАНИБРАТЕЦ А.Н.


 

 

На протяжении многих лет ВЭИ активно участвует в работе международных электротехнических организаций: Международный совет по большим электрическим системам (СИГРЭ), где ВЭИ ведёт от России три исследовательских комитета, и Международная электротехническая комиссии (МЭК).

СИГРЭ осуществляет координацию международной деятельности по исследованиям, разработкам, производству и эксплуатации электротехнического оборудования, а МЭК - по вопросам международной стандартизации и техническому регулированию.

В статье описаны разработки последних лет 3 комитетов СИГРЭ, в которых участвует ГУП ВЭИ.

Исследовательский Комитет А2 "Трансформаторы" После длительного периода устойчивого роста мощности и напряжения трансформаторного оборудования в настоящее время акценты сместились, в основном, к применению новых материалов для магнитопроводов, проводников, электрической изоляции, анализу переходных процессов, а также к диагностике и обслуживанию оборудования на месте установки, включая восстановление, ремонт, модернизацию и испытания. Эти вопросы рассматривались на сессии 2004 г. и на коллоквиуме в Москве в 2005 г.

Трансформаторы с использованием высокотемпературных сверхпроводящих (ВТСП) материалов. В настоящее время в ряде стран (США, Германии, Франции, Дании, Японии, России и Китае) освоено или подготовлено промышленное производство ВТСП материалов, пригодных для создания и производства некоторых видов силового электро- технического оборудования, в частности, силовых трансформаторов. Актуальность разработки обусловлена необходимостью снижения потерь электроэнергии при её передаче и преобразовании. Другим побудительным фактором применения. ВТСП материалов являются растущие требования к уменьшению размеров электрооборудования и соответствующему уменьшению занимаемых площадей, что особенно существенно в условиях города. Кроме того, ВТСП трансформатор будет обладать большей удельной мощностью. С учётом международного опыта ВЭИ совместно с другими научно исследовательскими и производственными предприятиями отрасли предполагает в 2007-2012 гг. разработать ВТСП трансформатор мощностью 1000 кВ А, содержащий обмотки, охлаждаемые до уровня температур жидкого азота, и магнитопровод, находящийся в тепловом контакте с окружающей средой. Из основных экономических, эксплуатационных и экологических преимуществ создаваемого на основе ВТСП трансформатора следует назвать: меньшие нагрузочные потери (на 70-90%), массу и размеры по сравнению с обычными трансформаторами; отсутствие теплового старения изоляции; меньшая опасность для окружающей среды благодаря замене масла экологически чистым и дешёвым жидким азотом.

Трансформаторы с элегазовой изоляцией.Очевидными преимуществами элегазовых трансформаторов (ЭТ) являются их экологичность и пожаробезопасность. Однако существенно меньшие импульсная прочность и теплопередающая способность элегаза заставляют значительно увеличивать давление SF6 внутри бака трансформатора (2,5 кг/см и выше) что делает применение ЭТ экономически невыгодным. В связи с этим представляет интерес разработка ЭТ мощностью 20 MB-A 154 кВ фирмой "КЕРСО" (Южная Корея) с низким давление SF6: 1,2-1,4 кг/см . При таком давлении изоляционные свойства при напряжении 50 Гц примерно как у масла, однако импульсная прочность сильно зависит от распределения электрического поля, что подразумевает высокие требования к конструкции изоляции и выбору материала твердой изоляции, в первую очередь, в клинообразных промежутках между витками и отдельными секциями (катушками), где возникает наибольшая напряжённость поля. Эта проблема была решена применением композитной изоляции из материалов с высокой и низкой диэлектрической проницаемостью, размещаемых в зонах с максимальной напряжённостью поля. Эффективность системы охлаждения (газ, охлаждаемый водой), позволяющей обеспечить необходимый теплоотвод от обмоток и магнитопровода даже при столь низком давлении элегаза, была достигнута благодаря правильному выбору тепловой модели и проведению трёхмерного численного анализа, в результате чего были определены типы обмоток, раз- меры каналов охлаждения, оптимальные потоки ввода - вывода газа. Прототип успешно прошёл все диэлектрические и термические испытания. Ведутся исследования (в том числе в ВЭИ) по возможности применения других изоляционных газов.

Кабельные трансформаторы. Прорывом в области трансформаторных технологий можно назвать новый тип трансформатора - Dryformer, разработанный компанией ABB, обмотки которого выполняются из кабеля: внутри пучок многожильного провода (медный или алюминиевый), заключённый в тонкий слой полупроводящего материала (для исключения неравномерности поля из-за многослойности). Все это заключается в полиэтилен, толщина которого выбирается из соображений электрической прочности (практически достижим уровень напряжения 220 кВ). Наружная оболочка-экран, выполненная также из полупроводящего материала, заземляется на каждом витке вдоль обмотки, т.е. электрическое поле полностью заключено внутри твердого диэлектрика. Трансформатор имеет воздушное охлаждение. Отсутствие масла, снижение более чем вдвое доли горючих материалов по сравнению с обычным трансформатором устраняют риск пожара, взрыва, загрязнения воды и почвы при повреждении трансформатора. Это позволяет применять такие аппараты в зонах с большой плотностью населения, в подземных установках, в экологически охраняемых регионах. Повышается безопасность эксплуатации для персонала. Для такого трансформатора не нужны вводы ВН, просто кабель протягивается к распределительному устройству на любую длину. Принципиально Dryformer снижает общие потери в сети благодаря тому, что его можно установить как угодно близко к месту нагрузки. Перегрузочная способность обычного трансформатора ограничена термостойкостью маслобумажной изоляции и сроком службы масла. Для Dryformer перегрузка ограничена не старением изоляции, а снижением механической прочности обмотки, изолированной полиэтиленом при повышении температуры. Другим недостатком такого трансформатора является высокая цена (примерно вдвое выше, чем у традиционной конструкции). Первый в мире силовой трансформатор без масла, с обмоткой кабельного типа, разработанный для установки в помещении, имеет мощность 20 МВ-А и напряжение 140/6..6 кВ. За последние годы "ABB Tranformatoren" получила значительное количество заказов на поставку трансформаторов данного типа в разных частях мира.

Трансформаторы с гибридной изоляцией. Хотя подход к проектированию трансформаторов со смешанной изоляцией известен с 80-х годов, последний опыт передовых зарубежных фирм доказывает, что появление новых высокотемпературных изоляционных материалов создает новые возможности. Обычно силовые трансформаторы имеют комбинированную изоляцию: твёрдая - целлюлозная, жидкая — минеральное масло. Нагрузочная способность трансформатора может быть существенно повышена, а процесс старения изоляции снижен за счёт применения так называемой "гибридной" изоляции, когда в наиболее нагретых частях обмоток целлюлозная изоляция заменяется на высокотемпературную арамидную изоляцию. Для двух элементов, работающих при одинаковой температуре, изоляция отвода из обычной бумаги старится в 2 раза быстрее высокотемпературной. При этом благодаря тому, что дорогостоящая высокотемпературная изоляция применяется в очень ограниченных объёмах, стоимость трансформатора погашается незначительно. Применение гибридной изоляции позволяет не только уменьшить массу и габариты трансформатора, но и снизить расходы на его обслуживание (уменьшение выделения газов из твердой изоляции в масло требует меньшего объёма работ по очистке масла). Существенным преимуществом является незначительная усадка арамидных материалов под воздействием сил сжатия: исследования показали, что эти материалы практически безусадочны при температурах до 150°С, что гарантирует сохранение начального уровня запрессовки обмоток - важного фактора в обеспечении стойкости трансформатора при КЗ. Примером успешного применения новой технологии с использованием гибридной изоляции является трансформатор 300 MB-A 230 кВ, спроектированный недавно в Бразилии.

В последние годы на первое место выдвинулись эксплуатационная надёжность, экономические и экологические аспекты. С одной стороны, это вызвано тем, что в промышленно развитых странах основная часть трансформаторов состарилась, с другой, отмена государственного регулирования заставила по-другому взглянуть на эти проблемы. В связи с этим увеличилась важность более точной оценки технического состояния оборудования и его остаточного срока службы, обеспечивающих надёжную эксплуатацию трансформаторов.(20%).

Можно выделить 4 основных фактора, влияющих на ухудшение состояния трансформатора в процессе его эксплуатации: 1) термический фактор - снижение степени полимеризации и механической прочности бумаги со временем, включая возможное образование пузырьков от увлажненной бумаги из-за резкого роста температуры при перегрузках; 2) электрический фактор - снижение диэлектрической прочности изоляции при повторяющихся грозовых или коммутационных воздействиях, а в ряде случаев при электростатических разрядах; 3) механический фактор - ослабление механической прочности под воздействием токов КЗ и токов включения; 4) фактор окружающей среды, влияющий, в основном на бак и его герметичность.

Возросшие требования к эксплуатационной надёжности привели в последние годы к значительному прогрессу в развитии средств и методов диагностики и интерпретации результатов измерений при оценке состояния трансформаторов в эксплуатации. В связи с тем, что масло как диагностическая среда, содержит до 70% информации о состоянии трансформатора, все современные системы мониторинга включают в себя те или иные средства для оценки состояния масла. Выход на рынок новых современных приборов и датчиков с увеличенной чувствительностью и точностью, позволяющих осуществлять одновременный контроль до 8 растворенных газов и влаги одним устройством (системы TransFix - фирма "Kelman", TM8 - фирма "Serveron"), меняет сложившийся стереотип о том, что контроль растворённых газов в режиме он-лайн значительно уступает по качеству результатам измерений в условиях лаборатории. Тем не менее, едино- душно признается, что периодический контроль оборудования в режиме офф-лайн нужен во всех случаях. В связи с этим представляет практический интерес развитие методов диагностики, основанных на частотном анализе контролируемых процессов: методы измерения тока поляризации-деполяризации, методы частотного анализа: диэлектрический и механический.

Одним из таких приборов, приобретённым недавно ВЭИ и предназначенным для хроматографического анализа растворённых в масле газов, является портативный хроматограф Transport-X (фирма "Kelman", Великобритания). Высокие технические характеристики и надёжность результатов прибора обеспечиваются применением метода фото-акустической спектроскопии. Прибор позволяет производить в полевых условиях (на месте установки электрооборудования) анализ 7 ключевых газов и содержание влаги в масле. Достоинствами прибора являются его компактность, простота обслуживания, отсутствие необходимости в расходных материалах.

Метод частотного анализа (в России известный как метод низковольтных импульсов) является самым чувствительным инструментом для оценки механического состояния обмоток силовых трансформаторов в эксплуатации. ВЭИ, являющийся лидером в России и СНГ по развитию этого метода, наряду с некоторыми другими странами с 2004 г. участвует в деятельности специальной рабочей группы СИГРЭ, целью которой является обобщение опыта применения метода в разных странах, разработка общих принципов, критериев оценки, методики диагностики при сохранении многообразия подходов и инструментов. На рис.4 показаны диагностические установки производителей разных стран - участников совместных экспериментов на реальном объекте - автотрансформаторе 500 МВ-А, 400/275 кВ. Разработанная в ВЭИ установка "Импульс-8" выполнена с учётом результатов деятельности и ряда рекомендаций рабочей группы СИГРЭ.

 
 
Полное содержание статьи Вы можете найти в первоисточнике
Источник:  ©  Электротехника.
Материал размещен на www.transform.ru 5.12.2006 г.
 

 

Перейти в форум для обсуждения

  ©  TRANSFORMаторы 2004—2010


Рейтинг@Mail.ru Яндекс.Метрика ??????????? ????