Аннотация. В статье дан анализ
современного производства (объемы, технические характеристики, типы,
стоимость) силовых трансформаторов I-III
габаритов,
выпускаемых ведущими предприятиями РФ и СНГ.
Ключевые слова: силовые трансформаторы, анализ
производства, сравнение, прогноз.
Два десятилетия назад политический строй в
России и экономическая модель хозяйствования существенно изменились. Единый
народнохозяйственный механизм, как его тогда называли, развалился на части, из
которых стали формироваться новые независимые рыночные экономики стран СНГ.
После распада СССР значительное количество
трансформаторных производств оказалось за пределами России. Оставшимся в РФ
крупным трансформаторным заводам: ОАО ХК «Электрозавод» (г. Москва), фирма
«Тольяттинский Трансформатор» (г. Тольятти, Самарская обл.), ЗАО «Энергомаш (г.
Екатеринбург) - Урал- электротяжмаш» (г. Екатеринбург), ОАО «ЭТК «БирЗСТ» (г.
Биробиджан, ЕАО), ОАО «Алттранс» (г. Барнаул, Алтайский край) - приходится
противостоять в конкурентной борьбе заводам из стран ближнего зарубежья и
мощным фирмам Европы, Азии и США. Первые три из названных заводов выпускают в
основном продукцию IV—VI11 габаритов, и только
ОАО «ЭТК «БирЗСТ» выпускает всю линейку силовых масляных трансформаторов I-III габаритов.
Потребность в силовых трансформаторах I-III
габаритов
для предприятий различных отраслей экономики РФ, безусловно, не могла быть
удовлетворена только ОАО «ЭТК «БирЗСТ», поэтому, естественно, появился ряд
новых заводов, продукция которых способствовала удовлетворению потребностей
рынка. На базе существовавших еще в СССР производств сформировалось ЗАО «Группа
компаний «Электрощит» - ТМ Самара». Выпускают трансформаторы I-II габаритов
Курганский электромеханический завод и завод НВА (г. Рассказово,
Тамбовская обл.). Два новых завода появились в Подмосковье в конце XX - начале
XXI в.: ОАО «Электрощит» (г. Чехов, Моск. обл.) и ЗАО «Трансформер» (г.
Подольск).
Энергично продвигаются на отечественный рынок
силовые трансформаторы I-III
габаритов
из Италии, Германии, Финляндии, Словакии, Сербии, Индии, Китая и др. стран.
Общий годовой объем рынка трансформаторов I-III габаритов
в РФ автор оценивает в 10-12 млрд руб.
При анализе состояния современного производства
силовых трансформаторов и состояния в целом российского рынка силовых
трансформаторов I-III габаритов можно исходить
из «маркетинг-микс» (комплекса маркетинга), который представляет основные
факторы, являющиеся предметом маркетингового управления. Комплекс состоит из
четырех элементов, так называемых «четырех Р»: товара, цены, канала (место) распространения
и продвижения (англ. Product, Price, Place, Promotion).
На сегодняшний день в распределительных
подстанциях систем электроснабжения потребителей нашли применение следующие
типы конструкций трехфазных силовых масляных трансформаторов: ТМ, ТМГ, ТМЗ,
ТМФ, ТМЭ, ТМБ, ТМЖ, ТМН, ТМПН.
Принципиально отличающихся по конструкции
масляных силовых трансформаторов типов ТМ, ТМГ, ТМЗ и ТМН всего четыре.
Стенки баков трансформаторов ТМ изготовлены из
стального листа толщиной от 2,5 до 4 мм; тепловое увеличение объема масла
компенсируется наличием расширителя. Выводы обмоток ВН и НН расположены на
крышке бака. Охлаждение масла происходит в коробчатых или пластинчатых
радиаторах, расположенных вдоль стенок основного бака. Преимущества: высокая
стойкость к случайным механическим воздействиям при монтаже, при
транспортировке и т.п. Продолжительность эксплуатации достигает 40-50 лет. Недостаток:
требуется периодический контроль влагосодержания трансформаторного масла.
Трансформатор типа ТМФ - это тот же трансформатор типа ТМ, но с боковыми
выводами обмоток ВН и НН, закрытыми защитными коробами.
Стенки баков трансформаторов (герметичных) типа
ТМГ изготовлены из стального листа толщиной от 1,0 до 1,5 мм - это так называемый
гофробак. Выводы обмоток ВН и НН расположены на крышке бака. Расширитель и
воздушная или газовая «подушка» отсутствуют. Температурные изменения объема
масла компенсируются упругой деформацией гофров бака. Контакт масла с окружающей
средой полностью отсутствует. Это обстоятельство намного улучшает условия
работы масла, исключает возможность его увлажнения, загрязнения или окисления.
Трансформаторное масло перед заливкой дегазируется. Именно по этой причине
свойства масла практически не меняются на протяжении всего срока службы.
Благодаря этому нет необходимости производить забор пробы масла. Достоинства:
сокращение массогабаритных характеристик, значительное сокращение
эксплуатационных расходов (на 30-40%). Недостаток: низкая стойкость к
случайным механическим воздействиям при монтаже, при транспортировке и т.п.
Конструкция бака трансформаторов типа ТМЗ по
толщине материала такая же, как и у ТМ, но при этом бак
выполнен в герметичном исполнении. Выводы ВН и НН расположены на боковых
стенках бака, как у трансформатора типа ТМФ. Защитой масла от окисления, загрязнения,
насыщения влагой является сухой азот (по принципу азотной «подушки» между
крышкой трансформатора и зеркалом масла). Этот тип трансформаторов сочетает в
себе положительные эксплуатационные характеристики трансформаторов типов ТМ и
ТМГ.
Трансформаторы типов ТМ, ТМГ, ТМЗ имеют
5-ступенчатое регулирование напряжения в диапазоне ± 2х2,5% от
номинального напряжения по стороне ВН. Регулировка происходит по принципу
«переключения без возбуждения» (ПБВ), т. е. в выключенном состоянии.
В силовых трансформаторах типа ТМН, имеющих
конструкцию бака, аналогичную типу ТМ, предусмотрена возможность автоматического
регулирования напряжения без отключения трансформатора от сети с помощью
устройства РПН типа РНТА 35/125 или аналогичного устройства. Имеется девять
ступеней регулировки напряжения по стороне ВН с диапазоном регулирования ±4х2,5%
от номинального напряжения. Переключение трансформатора типа ТМН на другой
диапазон может производиться как в автоматическом, так и в ручном режиме.
Выводы обмоток ВН и НН расположены на крышке бака.
Трансформаторы типов ТМЭ, ТМБ, ТМЖ и ТМПН
достаточно специфичны, спрос на них зависит от потребностей конкретных
потребителей. Трансформаторы типа ТМЭ предназначены для питания электрооборудования
экскаваторов и работают в условиях тряски, вибрации, воздействия инерционных
сил при разгоне и торможении поворотной платформы, крена и дифферента до 12°,
могут располагаться на расстоянии до 6 м от оси поворота платформы.
Трансформаторы типа ТМБ предназначены для питания электрооборудования буровых
установок.
Силовые трансформаторы типа ТМЖ выпускаются с
номинальным напряжением первичной обмотки (высокого напряжения) 27,5 кВ и
вторичной обмотки (низкого напряжения) - 0,4 кВ и предназначены для питания
электрооборудования железных дорог.
Трансформаторы типа ТМПН с первичным
напряжением 0,38 кВ предназначены для преобразования электроэнергии в составе
электроустановок питания погружных электронасосов добычи нефти. Трансформаторы
типа ТМПН с первичным напряжением 6, 10 кВ предназначены для преобразования
электроэнергии в составе комплектных трансформаторных подстанций, питающих
погружные электронасосы добычи нефти.
Все трансформаторы имеют обмотку ВН 6 (10) кВ.
Трансформаторы типа ТМН выпускают, как правило, класса напряжения 35 кВ. Трансформаторы
типа ТМПН выпускаются также класса напряжения до 3 кВ.
Однако, несмотря на потребительский спрос,
подавляющее большинство отечественных и зарубежных трансформаторных заводов
выпускают только трансформаторы типов ТМ и ТМГ, как пользующиеся наибольшим
спросом. Единственный завод в России изготавливает все перечисленные выше типы
трансформаторов - это ОАО «ЭТК «БирЗСТ».
В соответствии с ГОСТ 15467-79 качество
продукции - это совокупность свойств продукции, обуславливающих ее пригодность
удовлетворять определенные потребности в соответствии с ее назначением. Применительно
к силовому трансформатору такими свойствами являются прежде всего его
электротехнические характеристики (потери холостого хода и короткого замыкания,
токи холостого хода и короткого замыкания) и характеристики надежности
(долговечность, безотказность, ремонтопригодность и сохраняемость). ГОСТ Р
52719-2007 устанавливает основные технические требования, исходя из которых параметры
трансформаторов, изготавливаемых сегодня на отечественных заводах, примерно
соответствуют значениям, приведенным в табл. 1.
Таблица
1
К сожалению, десятки тысяч продаваемых на
сегодняшний день силовых распределительных трансформаторов I-III габаритов,
как новых, так и выдаваемых за новые, по техническим данным, представленным в
технической документации, невозможно отличить друг от друга! Такая ситуация
сложилась в связи с тем, что только ГОСТ 11920-85 «Трансформаторы силовые
масляные общего назначения напряжением до 35 кВ включительно» регламентирует
потери в трансформаторах, да и то, лишь начиная с мощности в 1000 кВА, и
только для трансформаторов 1000/35 и 1000/10 для собственных нужд
электростанций. В результате если в паспорте на трансформатор, к примеру
ТМ-1000/10, будет указано, что потери холостого хода не превышают 2200 Вт, а
потери КЗ не превышают 12 200 Вт, то данный трансформатор с точки зрения
электротехнических характеристик эквивалентен новому, даже если он был выпушен
15 лет назад или подвергался ремонту (так называемые «трансформаторы с
хранения»).
Распоряжением Правительства РФ от 1 декабря
2009 г. № 1830-р утвержден «План мероприятий по энергосбережению и повышению
энергетической эффективности в Российской Федерации», в котором
предусматривается разработка и реализация комплекса мер по созданию
благоприятных условий для развития производства энергосберегающих устройств и
стимулированию роста предложений в соответствии с потенциальным спросом. В
«Плане...» дано указание на формирование предложений по ограничению (запрету)
оборота энергетических устройств, характеризующихся неэффективным
использованием энергоресурсов.
Силовые распределительные трансформаторы
мощностью 25-630 кВА напряжением 6- 10 кВ - наиболее массовая серия
производимых и эксплуатируемых силовых трансформаторов как в нашей стране, так
и за рубежом. Общее количество распределительных трансформаторов в России
составляет более чем 4 млн шт.
Ежегодное потребление электроэнергии в России
находится на уровне 900-1000 млрд кВт·ч, при этом общие потери электроэнергии в
распределительных трансформаторах оцениваются в 7,5 млрд кВт·ч и примерно 50%
- это потери в магнитопроводах трансформаторов.
Ежегодные затраты на обслуживание одного
распределительного трансформатора с магнитопроводом из холоднокатаной электротехнической
стали составляют примерно 8% от его первоначальной стоимости.
Наиболее перспективный путь снижения затрат на
производство и эксплуатацию силовых распределительных трансформаторов - это
применение магнитопроводов из аморфных (нанокристаллических) сплавов, при этом
обеспечивается более чем пятикратное снижение потерь холостого хода
трансформаторов по сравнению с традиционными магнитопро- водами из
электротехнической стали.
Силовые распределительные трансформаторы с
сердечником из аморфной стали серийно выпускаются в США, Канаде, Японии, Индии,
Словакии. Всего в мире уже изготовлено 60-70 тыс. единиц трансформаторов
мощностью 25-100 кВА, примерно 1000 единиц прошли успешные многолетние
испытания в различных энергосистемах. Наибольших успехов добились США и Япония.
Японская фирма Hitachi в сотрудничестве с американской Allied Signal выпустила
на рынок гамму силовых трансформаторов (мощностью от 500 до 1 тыс. кВА),
сердечник которых изготовлен из аморфного сплава. Как показали испытания, он
позволяет сократить потери холостого хода в сердечнике трансформатора на 80% по
сравнению с традиционным аналогом. Если бы во всех действующих в мире
трансформаторах установить сердечники из аморфных сплавов, то среднегодовая
экономия энергии составила бы 40 млн кВт·ч. Недостатком сердечников из
аморфных сплавов является их более высокая стоимость по сравнению с
традиционными материалами - у японской фирмы эта разница достигает 15-20%.
Компания Allied Signal производит аморфный сплав для трансформаторов на заводе
в г. Конуэй (США). Его цена не превышает стоимости кремнистой стали - 2-2,5
долл. США/кг. Тем не менее руководство фирмы утверждает, что производство таких
сердечников обходится дороже в силу большего потребления металла и
неотработанности технологического процесса. Еще одной проблемой является
усложнение процесса изготовления сердечника по мере увеличения его размеров.
Японской фирме с этой целью пришлось освоить специальную технологию. Allied Signal
имеет два завода по выпуску сердечников из аморфных сплавов: один в Индии (с
1993 г.) и другой в КНР (в г. Шанхае с 1996 г.). Годовой выпуск аморфных сплавов
составляет 450 т, в ближайшее время предполагается его увеличение в три раза.
Фирмы-партнеры рассчитывают на сбыт силовых трансформаторов с сердечником из
аморфных металлов на рынках стран с дорогой электроэнергией.