Силовые трансформаторы являются неотъемлемой частью
современных систем электроэнергетики. В статье
рассматриваются силовые трансформаторы общего назначения
и виды систем их охлаждения.
Насыщенность современных
предприятий, офисов, даже квартир сложной электронной
техникой уже не допускает ситуации, когда лампочки горят
вполнакала, или еще того хуже, когда напряжение
регулярно «прыгает». Как обеспечить надежное
электроснабжение объекта? Какие факторы необходимо
проанализировать и учесть, приобретая то или иное
трансформаторное оборудование для системы
электроснабжения любого объекта? Отталкиваясь от
фундаментальных работ Бориса Ивановича Кудрина и его
учеников, автор рассматривает комплекс по обеспечению
электроснабжения объекта как экономический мегаценоз.
Для упрощения рассуждений будем счи тать, что система
электроснабжения состоит только из илового
трансформатора 1 – 111 габарита мощности.
Немного теории. Основываясь на теории техноценозов
научной школы профессора Б.И. Кудрина, его учеником В.В.
Фуфаевым выделена и формализована объективная реальность
социально экономической среды – самоорганизация
хозяйствующих субъектов в экономические ценозы
организаций. Первое определение сообщества организаций
как «мегаценоза» было введено в 1993 г.: «Мегаценоз –
это множество предприятий выделенной макроэкономической
территориально-административной системы (город, регион,
республика). Такая система характеризуется общим
количеством предприятий и распределением
предприятий-видов по повторяемости…».
Экономический ценоз – это самоорганизующееся
многовидовое сообщество организаций (особей) различных
отраслей (популяций) выделенного
территориально-административного образования,
характеризующееся связями различной силы (сильными,
средними и преимущественно слабыми), объединенное
совместным использованием природных (экоценозы),
технетических (техноценозы), социальных (социоценозы)
ресурсов и экономических ниш спроса на продукцию, товары
и услуги, с действием внутривидового и межвидового
отбора.
Применяя предыдущий абзац к нашему случаю, получаем
следующий перечень различных отраслей (популяций),
предприятия/организации (особи) которых входят в
мегаценоз «комплекс по обеспечению электроснабжения
объекта»:
Поставщики электроэнергии:
- Проектные организации систем электроснабжения.
- Производители силовых трансформа торов –
габаритов мощности.
- Фирмы-дилеры заводов-производителей.
- Строительно-монтажные организации.
- Эксплуатирующая организация/подразделение
системы электроснабжения.
В дальнейшем автор предполагает использовать
описанную выше структуру мегаценоза комплекс по
обеспечению электроснабжения объекта» для анализа
оптимальности его структуры применительно к отдельному
федеральному округу. В данной статье описанная выше
структура использована для анализа факторов, которые
необходимо проанализировать и учесть, приобретая то или
иное трансформаторное оборудование для системы
электроснабжения любого объекта.
Таким образом, для выбора наилучшего (в смысле
высокого качества и надежности электроснабжения) следует
проанализировать следующие факторы:
- Поставщики электроэнергии.
- Проектные организации систем электроснабжения.
- Производители силовых трансформа торов I–Ш габаритов
мощности.
- Фирмы-дилеры заводов-производителей.
- Строительно-монтажные организации.
- Эксплуатирующая организация/подразделение системы
электроснабжения.
1. Поставщика электроэнергии
При проектировании системы электроснабжения
необходимо учитывать качество поставляемой
электроэнергии по всем параметрам, а не только по
напряжению и частоте. Так, например, превышение
допускаемого параметра по третьей гармонике может
вызвать значительные перегревы металлоконструкций, т.к.
третья гармоника не замыкается по магнитной системе.
2. Проектные организации систем электроснабжения.
Выбор типа и конструкции силового трансформатора
Что необходимо иметь в виду, оценивая правильность
выбора проектировщиками конструкции и параметров
силового транс форматора для электроснабжения
предприятия или других объектов?
Сегодня проектировщики (приношу им заранее свои
извинения за критику) сильно ангажированы; и не стоит
скрывать это го факта. Рыночная экономика диктует свои
правила игры. Поэтому в проекты подстанций попадает
оборудование не то, которое оптимально с точки зрения
условий эксплуатации, а то, которое пролоббировано. А
далее – заказчику либо нужно пересогласовывать проект,
либо принимать его таким как есть.
А ведь разные условия эксплуатации требуют различных
конструктивных решений силового трансформатора! К
сожалению, эти моменты чаще всего не принимаются во
внимание. Это приводит к тому, что уже при монтаже
трансформатор может получить повреждения, приводящие со
временем к выходу его из строя.
Приобретаемый трансформатор необходимо комплексно
оценить по критериям: качество–цена–последующие
эксплуатационные расходы. В подавляющем большинстве
случаев уважаемый заказчик или вообще забывает о третьем
критерии, или, наоборот, – придаете ему
гипертрофированное значение.
Забывая о последующих эксплуатационных расходах,
часто, из-за низкой цены, отдают предпочтение так
называемым трансформаторам с хранения, или проще говоря,
бывшим в употреблении (потому, что под видом
трансформаторов с хранения продаются именно вышедшие
ранее из и отремонтированные трансформаторы). И в
результате получают ситуацию, с которой автору
приходится регулярно сталкиваться.
Так, в прошлом году, когда в нашей стране уже
начинался кризис, один из заказчиков (регион указывать
не буду), отклонив наше предложение о поставке
трансформатора ТМ 1600 кВА, выбрал по соображениям
дешевизны трансформатор с хранения. Через месяц раздался
звонок от него: «Помогите, срочно нужен трансформатор!
Тот, который приобрели (с хранения), оказался
неработоспособен». Комментарии излишни.
В другом варианте заказчик потребовал только
трансформатор ТМГ и именно в гофробаке, мотивируя свой
выбор минимальными эксплуатационными расходами этого
типа трансформаторов. Хотя в наличии были трансформаторы
типа ТМ, заказчик отказался. А если иметь в виду, что по
условиям эксплуатации трансформатор мог подвергаться
механическим воздействиям (случайные удары), то вряд ли
выбор гофробака был оправдан. К тому же в штатном
расписании заказчика была предусмотрена служба
эксплуатации подстанций, – т.е. эксплуатационные расходы
приобретение такого «экономичного» оборудования не
уменьшало.
Вообще, выбор между трансформаторами типов ТМ и ТМГ
(герметичных) в обычном баке и выбор между
трансформаторами типов ТМ и ТМГ (герметичных) в
гофробаке, по-моему мнению, требует очень тщательного
анализа будущих условий эксплуатации трансформатора и
сопоставления критериев: качество–цена–последующие
эксплуатационные расходы.
Чем отличаются трансформаторы с обычным баком от
трансформаторов в гофробаке? Во-первых: гофробак – это
следующий этап эволюции герметичного трансформа тора с
обычным баком. Когда технологиче ски и экономически
стало возможно и целесообразно изготовление
гофрированной тонкостенной (1 мм толщиной) конструкции,
которая бы компенсировала упруги ми деформациями
тепловое расширение трансформаторного масла, то это
позволило сократить габариты (высоту, длину, ширину)
трансформатора. Громоздкие радиаторы охлаждения уступили
место компактной дышащей гармошке Но в технике редко
бывают однозначно выигрышные решения. При переходе к
гофрирован ной тонкостенной конструкции ее механическая
прочность, конечно же, уменьшилась. Необходимо помнить
также, что коррозия тонкостенных металлических
конструкций, в случае создания благоприятных условий,
происходит значительно быстрее.
Следовательно, сначала необходимо установить, какой
тип трансформатора требуется, ТМ или ТМГ.
Трансформаторы ТМ получили наибольшее
распространение. Баки таких транс форматоров в плане
имеют прямоугольную форму с радиаторами для охлаждения
трансформаторного масла, расположенными по периметру
бака. Стенки баков таких трансформаторов изготовлены из
стального листа толщиной от 2,5 до 4мм с ребра ми
жесткости. Тем самым обеспечивается высокая устойчивость
оболочек изделий к деформациям при транспортировании
любыми видами транспорта и надежная ра бота
трансформаторов без остаточных де формаций при
возникновении внутри бака кратковременных избыточных
давлений до 150 кПа (1,5 кгс/см и до 300 кПа (3 кгс/см
без разрушения конструкции. В трансформаторах типа ТМ
изменение давления внутри бака компенсируется за счет
сообщения с окружающей средой через расширитель. для
очистки и осушения воздуха, поступающего в трансформатор
при температурных колебаниях, расширитель снабжен
масляным затвором с воздухоосушителем. Указатель уровня
масла, отградуированный в функции температуры окружаю
щей среды, расположен на боковой стенке расширителя.
дополнительные эксплуатационные рас ходы
трансформаторов типа ТМ определяются следующими
факторами. Трансформаторы типа ТМ (с расширителями)
требу ют дополнительного проведения испытаний
трансформаторного масла в процессе хранения, ввода в
эксплуатацию, эксплуатации, текущих и капитальных
ремонтов.
Кроме того, трансформаторы ТМ дополнительно требуют
проведения систематических осмотров для определения
степени увлажнения сорбента воздухоосушителя. При
насыщении сорбента влагой требуется его замена на новый
(на приобретение которого требуется расход средств) или
на ре генерированный (на регенерацию требуется расход
тепловой энергии).
Суммарные расходы на выполнение всех вышеизложенных
работ в течение срока эксплуатации трансформаторов типа
ТМ достигают от 40 до 63% полной стоимости
трансформатора (в зависимости от его мощности).
Трансформаторы силовые масляные типа ТМГ в обычном
баке изготавливаются в герметичном исполнении, их
внутренний объем не связан с внешней средой и изменение
давления внутри бака компенсируется благодаря воздушной
или азот ной «подушке» предусмотренной в верхней части
бака трансформатора. Для исключения недопустимого
превышения давления трансформатор снабжен
предохранительным клапаном, срабатывающим при избыточном
давлении 75 кПа (075 кгс/см). При соблюдении требований
инструкции по эксплуатации трансформатора избыточное
давление внутри бака не должно превышать 50 кПа (0,5
кгс/см). Изоляция внутреннего объема бака трансформатора
от окружающей среды значительно улучшает условия работы
масла, исключает его увлажнение, окисление и
шламообразование. Для контроля уровня масла
трансформаторы ТМГ оснащаются маслоуказателем,
расположенным на стенке бака.
Для локализации последствий аварий, которые с
определенной долей вероятности могут произойти при
тяжелых внутрених повреждениях трансформатора, баки
трансформаторов серий ТМГ мощностью 400 кВА и более
оснащаются предохранительными трубами со встроенными
мембранными устройствами, предназначенными для
аварийного сброса масла при резком увеличении
избыточного давления свыше 150 кПа (1,5 кгс/см2). При
нормальной эксплуатации трансформатора данное устройство
не требует дополнительного обслуживания в течение всего
срока службы трансформатора.
Поэтому если все-таки необходим тип ТМГ, то
необходимо оценить возможность использования ТМГ в
гофробаке (жесткие требования к массогабаритным
параметрам, комфортные условия в плане возможных
случайных механических воздействий). Так, к примеру, в
условиях нефтеразработок или в условиях карьеров
целесообразно применять трансформаторы в обычных баках.
Поскольку в статье рассматриваются факторы,
обеспечивающие эксплуатационную надежность силовых
масляных трансформаторов, то необходимо обязательно
упомянуть о преимуществах (!) масляных трансформаторов
перед сухими. Так как в последнее время складывается
представление о безусловных преимуществах сухих силовых
трансформаторов перед масляными (если судить по
многочисленным статьям в специальной литературе).
Преимуществом масляных трансформаторов является
защищенность обмоток транс форматора от внешних
воздействий, что повышает надежность работы и уменьшает
потребность в эксплуатационном надзоре.
Кроме того, благоприятным фактором является невысокое
реактивное сопротивление трансформатора с масляной
изоляцией по сравнению с трансформатором с воздушной
изоляцией.
Как уже отмечалось выше, у герметичных масляных
трансформаторах типа ТМГ полностью отсутствует контакт
масла с окружающей средой, что исключает увлажнение,
окисление и шламообразование масла. Не требуется
проведения профилактических, текущих и капитальных
ремонтов в течение всего срока эксплуатации
трансформатора.
Известно, что значительная доля повреждений
распределительных трансформаторов случается из-за
ослабления шинных соединений на выводных наружных
контактах НН и независимо от того, сухой трансформатор
или масляный, эти контакты требуют периодического
внимания и ухода. На масляном трансформаторе перегрев
контакта вызовет разрушение изолятора или
разгерметизацию уплотнения, в любом случае ремонт такого
повреждения не представляет особой проблемы. На сухом
трансформаторе при этом виде повреждения, из-за менее
эффективного охлаждения зоны перегрева и интенсивной
передачи тепла по проводнику в обмотку, происходит
разрушение литой изоляции в зоне выводов из обмотки, что
наверняка приведет к необходимости замены блока обмоток
на поврежденной фазе.
В сухих трансформаторах существует различие
коэффициентов теплового объемного расширения материалов
проводника и литой изоляции, в связи с чем блоки обмоток
сухих трансформаторов в процессе эксплуатации подвержены
микроразрушениям, что приводит к появлению частичных раз
рядов. Микротрещина создает пограничное соприкосновение
двух различных диэлектрических сред, вследствие чего в
этой зоне возникает повышенная напряженность
электрического поля, что неизбежно вызывает непрерывный,
как бы тлеющий, пробой внутри микротрещины. В этой точке
посте пенно происходит обугливание изоляции,
перерастающее впоследствии в межвитковое или межслоевое
короткое замыкание и приводящее к выгоранию обмотки.
Процесс может развиваться неделями, даже месяцами, но
практически остается незаметным вплоть до момента
аварии. Частичные раз ряды могут быть выявлены только
специальными приборами. Собственно говоря, и сама
проблема контроля отсутствия частичных разрядов в
распределительных транс форматорах возникла в связи с
появлением именно сухих трансформаторов. В масляных
трансформаторах частичные разряды теоретически могут
возникнуть при наличии микропузырьков воздуха где-либо в
бумажно-масляной изоляции, но благодаря технологии
вакуумирования при подготовке и заливке масла масляные
трансформаторы этому виду повреждения не подвержены.
Дефекты изоляции в сухих трансформаторах могут
возникнуть и при нарушении допустимых климатических
условий их применения. Имеются в виду не только условия
эксплуатации трансформаторов, но и условия их хранения
до ввода в эксплуатацию. Как правило, нижний предел
температуры применения сухих трансформаторов
ограничивается значением ‑25°С.
Таким образом, в каждом конкретном случае необходимо
учитывать реальные условия эксплуатации оборудования,
что обеспечит более полное отражение сравниваемых
технико-экономических показателей и оптимальный его
выбор.
3. Производители силовых трансформаторов I–Ш
габаритов мощности
Непосредственное воплощение в металл приобретаемого
трансформатора осуществляет завод-производитель. О
факторах, которые определяют изготовление надежной
машины, очень кратко и емко высказался главный
конструктор ОАО «ЭТК «БирЗСТ» (управляющая компания –
ЗАО «Вольтаг») Александр Владиславович Волков.
«На заводе-производителе должно быть обеспечено
выполнение двух непременных условий:
1. Высокое качество проектирования конструкции
трансформаторов, которое предполагает:
- использование при проектировании трансформатора
всех известных конструктивных решений (выбор стыка
магнитной системы, выбор главной и продольной
изоляции, выбор системы охлаждения от раз личных
радиаторов до гофры);
- использование проверенных расчетных методик:
- исключение из процесса проектирования подхода
«если нельзя, но очень хочется, то можно»;
- принятие только обоснованных решений.
2. Высокий технологический
уровень производства трансформаторов. Любую конструкцию
можно угробить, если не поддерживать заданный
технологический уровень. Необходимо повышать технологию
производства и внедрять новые методы испытаний, как
окончательных, так и межоперационных.
4. Фирмы-дилеры заводов-производителей
О поставщиках написано много. Не повторяя уже
сказанного другими авторами, укажу, что приобретение
качественного и оптимального по техническим
характеристикам электрооборудования (в том числе и
силовых трансформаторов) существенно упрощается, если вы
обращаетесь с заказом к авторизованному
сертифицированному поставщику.
Выбирая поставщика, вы в конечном счете выбираете и
качество, и надежность, и, безусловно, экономите как
текущие, так и будущие расходы.
Пользуясь случаем, представляю вам, уважаемые
читатели и уважаемые заказчики, новый бренд, появившийся
на рынке комплексных поставок электрооборудования:
Woltag. Он принадлежит ЗАО «Вольтаг» – управляющей
компании, объединившей три крупнейших электротехнических
завода России: ОАО «ЭТК «БирЗСТ» г. Биробиджан, ОАО «ДЗНВА»
г. Дивногорск, и ОАО «Инвертор», г. Оренбург. В
объединении – не только появление нового бренда. Как
было на конкретных примерах и в конкретных планах
определено на конференции ЗАО «Вольтаг» 2–4 апреля 2009
года в г. Оренбурге, – произошли качественные изменения
продуктов, выпускаемых ранее заводами. А для продвижения
и поставок продуктов существенно более высокого качества
(к тому же расширенной ассортиментной линейки) создана
одна из крупнейших в России дилерская сеть.
5. Строительно-монтажные организации
Если раньше, при СССР, организации монтажа и
эксплуатации обладали квалифицированными кадрами, то на
сегодня большой процент организаций слабо разбирается в
работах. Это можно наблюдать, если проанализировать
претензии, поступающие на любой завод, производящий
силовые распределительные трансформаторы. Поэтому,
выбирая организацию для монтажа приобретенного
трансформатора, обратите внимание и на наличие
соответствующей лицензии, и на референц-лист
произведенных работ.
6. Эксплуатирующая организация/подразделение
системы электроснабжения
Профессионализм эксплуатирующей
организации/подразделения влияет как на корректность ТЗ,
выдаваемого проектной организации, так и на
долговечность приобретенного трансформатора. Когда
заказчик (т.е. эксплуатирующая организация!) предъявляет
требование по сечению нулевого отвода (сечение фазных и
нуля одинаковые), то можно предположить что возможное
отгорание нулевого отвода будет связано именно с
«эксплуатационниками», т.к. ГОСТ на трансформаторы
оговаривает: нулевой проводник должен рассчитываться на
токи 25% от номинального для У/Ун-0 и 75% для Д/Ун-11.
Рассматривая претензии по сгоревшим трансформаторам,
где хранение и монтаж в норме, при получении схемы
электроснабжения (где работал трансформатор) выясняется,
что причиной его повреждения было повреждение
компрессора, который работал в этой схеме.
Завершая статью, можно с уверенностью констатировать:
выбор и приобретение качественного силового
трансформатора – вполне выполнимая задача, уважаемый
заказчик, даже если вы не являетесь специалистом в
трансформаторном оборудовании.
