О перспективе создания сухих трансформаторов 110 кВ

В статье изложены основные предпосылки к повышению класса напряжения сухих трансформаторов, рассмотрены передовые конструкции трансформаторов на напряжение свыше 35 кВ, сформулированы технические требования к сухим трансформаторам класса напряжения 110 кВ. Отмечается необходимость снижения испытательных напряжений для таких трансформаторов.

В последнее время в мире наметилась тенденция по ужесточению экологических требований и норм, предъявляемых к электрооборудованию. При установке оборудования в густонаселенных районах и закрытых помещениях экологические аспекты дополняются требованиями пожарной безопасности, а также требованием к ограничению занимаемой энергетическим оборудованием площади.

Кардинальное решение проблемы экологичности и пожаробезопасности силовых трансформаторов высокого напряжения может быть достигнуто путем отказа от трансформаторного масла в пользу газовой изоляции (атмосферного воздуха, элегаза либо их комбинации) и применения сухих трансформаторов.

Согласно ГОСТ 16110 [1] сухим трансформатором называют трансформатор, в котором основной изолирующей средой служит атмосферный воздух или другой газ или твердый диэлектрик, а охлаждающей средой - атмосферный воздух. Таким образом, понятие «сухой трансформатор» является собирательным и включает в себя трансформаторы с воздушной изоляцией, газонаполненные трансформаторы, в том числе элегазовые, трансформаторы с литой изоляцией и др.

Применение газа с высокой электрической прочностью - элегаза обеспечивает возможность создания газонаполненных трансформаторов высокого напряжения большой мощности. Так, компания Toshiba (Япония) в 2002 году представила элегазовый автотрансформатор мощностью 400000 кВА класса напряжения 330 кВ. Однако элегаз и продукты его разложения нельзя назвать безопасными для экологии и обслуживающего персонала, что накладывает определенные ограничения на применение элегазового оборудования.

В трансформаторах с литой изоляцией основной изолирующей средой и теплоносителем служит электроизоляционный компаунд. Это определяет худшие условия охлаждения активных частей, поэтому такие трансформаторы изготавливают на сравнительно малые мощности. Так, с литой изоляцией выполняют трансформаторы напряжения, мощность которых, как правило, не превышает сотен ватт.

Необходимо отметить, что нередко к трансформаторам с литой изоляцией ошибочно относят воздушные трансформаторы с капсулирован- ными обмотками («литыми» обмотками), в которых функции основной изолирующей среды и теплоносителя выполняет главным образом воздух, а литая изоляция обмоток служит в первую очередь для защиты обмоток от увлажнения и загрязнения.

В свете указанного выше, требованиям экологической чистоты, взрыво- и пожаробезопасности наиболее полно соответствуют трансформаторы с воздушной изоляцией. Вопросам повышения их класса напряжения посвящена данная статья.

Сухие трансформаторы с воздушной изоляцией далее для краткости именуются сухими трансформаторами.

Преимущества и недостатки сухих силовых трансформаторов

По сравнению с традиционными масляными трансформаторами сухие силовые трансформаторы обладают рядом очевидных преимуществ. Перечислим основные из них:

· экологическая чистота - отсутствие жидкого диэлектрика (трансформаторного масла) исключает угрозу загрязнения окружающей среды вследствие его утечки либо возгорания;

· высокий уровень пожарной безопасности - ограниченная воспламеняемость изоляции обмоток позволяет свести к минимуму эмиссию токсичных веществ и непрозрачного дыма и существенно сократить возможный ущерб при внутреннем повреждении трансформатора с возгоранием. Это, в свою очередь, позволяет разместить сухие трансформаторы максимально близко к потребителям, обеспечив тем самым передачу электроэнергии на повышенном напряжении и снижение потерь электроэнергии в сетях низкого напряжения;

· более простой монтаж - не требуется дополнительных мер противопожарной безопасности в местах установки, отсутствует необходимость оборудования приямков для слива масла;

· сниженные расходы на техническое обслуживание и ремонты. Сухие трансформаторы можно отнести к категории оборудования, практически не требующего технического обслуживания. Отсутствует необходимость периодической диагностики состояния, сушки и дегазации трансформаторного масла. Значительно упрощается ремонт сухих трансформаторов, сопряженный с заменой обмоток и основной изоляции;

· значительно более простая конструкция кожуха, при этом масса кожуха меньше массы бака масляного трансформатора, съемные стенки кожуха обеспечивают осмотр и проведение технического обслуживания в регламентируемые сроки. Возможность выполнить на стенках кожуха съемные панели упрощает проведение осмотров активной части (обмоток, магнитопровода, регулировочных отпаек и прочих деталей) не только при плановых осмотрах, но и в случаях необходимости при ревизиях за все время эксплуатации;

· габаритные размеры сухого трансформатора обеспечивают возможность его установки в существующем отсеке масляного трансформатора (например, при реконструкции подстанции).

К относительным недостаткам сухих силовых трансформаторов по сравнению с масляными трансформаторами следует отнести следующие:

· более высокая стоимость по сравнению с масляными трансформаторами, что связано с увеличением вложения активных материалов (обмоточного провода, электротехнической стали) вследствие увеличения изоляционных расстояний в воздухе по сравнению с соответствующими расстояниями в масле и ухудшением условий охлаждения обмоток:

· несколько большие по отношению к масляным трансформаторам потери холостого хода, что связано с увеличением размеров магнитной системы вследствие сравнительно больших изоляционных расстояний.

Конструкции обмоток сухих трансформаторов

В настоящее время получили распространение следующие конструкции обмоток сухих силовых трансформаторов:

· «открытые» обмотки. В зависимости от условий эксплуатации обмотки выполняются из обмоточных проводов с высокотемпературной изоляцией (арамидная бумага «но- мекс», полиимидно-фторопластовые пленки и пр.). Отечественные производители ОАО «Электрозавод», ЗАО «Энергомаш-Уралэлектротяжмаш», ООО «Электрофизика», ОАО «БирЗСТ» и другие выпускают трансформаторы с обмотками такого типа, в основном, на класс напряжения до 20 кВ включительно. Наибольшие значения номинальных напряжения и мощности выпускаемых сухих трансформаторов составляют 35 кВ и 16000 кВА (ЗАО «Энергомаш-Уралэлектротяжмаш»).

· капсулированные обмотки. В качестве материалов для заливки под вакуумом могут использоваться эпоксидный компаунд, различного типа отвердители, пластификаторы, наполнители для улучшения теплоотдачи и повышения электродинамической стойкости, повышения пожаробезопасности трансформатора. На территории России целый ряд заводов выпускает трансформаторы с обмотками такого типа на классы напряжения до 35 кВ. мощностью до 6300 кВА (ЗАО «Группа СВЭЛ», ЗАО «Энергомаш-Уралэлектротяжмаш», ОАО «СЗТТ», ЗАО «Трансформер», ОАО «Электрощит» ТМ Самара» и другие).

Каждая из указанных конструкций обмоток имеет свои достоинства и недостачи. Так, «открытые» обмотки отличает простота изготовления, большая площадь поверхности и более интенсивное охлаждение обмоток, широкий диапазон рабочих температур. Капсулированные обмотки характеризует их защищенность от увлажнения и загрязнения, однако возможность растрескивания изоляции и опасность термоударов ограничивает нижнюю рабочую температуру, которая для данного типа обмоток составляет, как правило, не более - 40 °С Нижняя рабочая температура 60 °С может быть обеспечена путем применения армирующих материалов на основе стекловолокна и технологии вакуумно-нагнетательной пропитки (например, трансформаторы с изоляцией «Транстерм» (монолит-2) производства ЗАО «Энергомаш-Уралэлектротяжмаш»).

Главную изоляцию обмоток сухих силовых трансформаторов выполняют, как правило, воздушно-барьерной. Ввиду низкой электрической прочности чистого воздуха, сухие трансформаторы, как правило, изготавливают на небольшие классы напряжения (6-20 кВ). Среди отечественных заводов ЗАО «Энергомаш-Уралэлектротяжмаш» и ЗАО «Группа СВЭЛ» имеют опыт производства сухих трансформаторов на класс напряжения 35 кВ.

За рубежом сухие трансформаторы в основном производят на классы напряжения до 36 кВ. Вместе с тем, имеются исключения, которые представляют особый интерес в свете повышения класса напряжения сухих трансформаторов.

Заключение

1. Современные требования к экологичности и безопасности трансформаторов наряду с появлением новых изоляционных материалов, обладающих высокой электрической прочностью и нагревостойкостью, обусловливают целесообразность создания сухих трансформаторов на напряжение 110 кВ.

2. Одним из определяющих условий создания сухих трансформаторов класса 110 кВ является необходимость пересмотра требований к электрической прочности изоляции и снижения испытательных напряжений с учетом использования ОПН для глубокого ограничения перенапряжений.

3. Остальные технические требования к сухим трансформаторам класса напряжения 110 кВ остаются неизменными, за исключением нормированных значений потерь холостого хода и короткого замыкания.

Литература

1. ГОСТ 16110-82. Трансформаторы силовые. Термины и определения.

2. Алексеев Б.А. Трансформаторы типа DryFormer с кабельной обмоткой - новая разработка компании ABB // Электро. 2003, № 2, с. 13-16.

3. J. Терреr, J.Smajic, R. Murillo et al. Dry-type transformers for the 72,5 kV voltage class // 21st Intenational Conference on Electricity Distribution CIRED. Frankfurt. 6-9 June, 2011.

4. R. Murillo, J. Терреr, C. Roy et al. Dry-type transformers for the sub- transmesKxi voltage level // CIGRE SC A2 & D1 joint colloquium 2011, Kyoto. Japan.

5. R. J. Smajic, J. Tepper, A. Nogues T. Steinmetz. Electromagnetic sinvJalions supporting the development of dry-type transformers for sub- transmission voltage levels // Доклад A2-208 на сессии СИГРЭ-2012.

6. IEC 60076-3 ed.2. Power transformers - Part 3: Insulation levels and dielectric tests. 2000.

7. IEC 60076-11 ed.1. Power transformers - Part 11: Dry-type transformers. 2004.

8. Лоханин А.К. Вопросы координации изоляции силовых трансформаторов со сниженным уровнем изоляции // Электричество, 2010, № 2, с. 21-27.

9. ГОСТ 1516.3-96. Электрооборудование переменного тока на напряжения от 1 до 750 кВ. Требования к электрической прочности изоляции. Издательство стандартов, 1998. 54 с.

10. ГОСТ Р 54827-2011 (МЭК 60076-11:2004) Трансформаторы сухие. Общие технические условия.

11. ГОСТ 12965-85. Трансформаторы силовые масляные общего назначения классов напряжения 110 и 150 кВ. Технические условия.

12. ГОСТР 52719-2007. Трансформаторы силовые. Общие технические условия.