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.