Обзор и выбор аморфных трансформаторов

Распоряжением Правительства РФ от 1 декабря 2009 г. № 1830-р «План мероприятий по энергосбережению и повышению энергетической эффективности в Российской Федерации», Федеральный закон от 23.11.2009 N 261-ФЗ (ред. от 29.07.2017) "Об энергосбережении и о повышении энергетической эффективности и о внесении изменений в отдельные законодательные акты Российской Федерации", “Энергетическая стратегия России на период до 2030 года”, “Концепция энергосбережения и повышения энергетической эффективности ПАО «Газпром» на 2011–2020 годы”,

 предусматривается разработка, и реализация комплекса мер по созданию благоприятных условий для развития производства энергосберегающих устройств и стимулированию роста предложения в соответствии с потенциальным спросом. В плане дано указание на формирование предложений по ограничению (запрету) оборота энергетических устройств, характеризующихся неэффективным использованием энергоресурсов, переход на путь инновационного и энергоэффективного развития, максимальная реализация потенциала энергосбережения во всех видах деятельности на основе государственной поддержки энергосберегающей политики ПАО «Газпром» и совершенствования управления энергосбережением.

Ежегодное потребление электроэнергии в России находится на уровне 900 миллиардов кВт-ч, при этом общие потери электроэнергии в распределительных трансформаторах оцениваются в 7,5 миллиардов кВт-ч и примерно 50% - это потери в магнитопроводах.

Ежегодные затраты на обслуживание одного распределительного трансформатора с магнитопроводом из холоднокатаной электротехнической стали составляют примерно 8% от его первоначальной стоимости.

На распределительные трансформаторы приходится 25–30% всех технических потерь в энергосистемах. Полностью устранить эти потери невозможно. Трансформатору для нормальной работы требуется энергия. Часть этой энергии уходит на нагрев проводов (потери короткого замыкания) переменные потери зависящие от нагрузки, часть — на перемагничивание (потери холостого хода) постоянные потери. В связи с изменением нагрузки на протяжении суток, а также в разные периоды года, весомость единицы потерь холостого хода в 2–4 раза выше единицы потерь короткого замыкания. Причем, трансформаторы работают круглосуточно, и соответственно потери холостого хода происходят постоянно. Поэтому с целью снижения затрат на производство и эксплуатацию распределительных трансформаторов перспективным направлением является применение магнитопроводов из аморфных (нанокристаллических) сплавов, при этом обеспечивается более чем пятикратное снижение потерь холостого хода трансформаторов по сравнению с традиционными магнитопроводами из электротехнической стали [4, 5].

Полные потери мощности в двухобмоточном трансформаторе равны:

, где  – потери короткого замыкания.

, где – напряжение КЗ, % [6].

Использование электротехнической стали с ориентированными зернами и применение технологии step-lap при изготовлении магнитопровода позволило снизить  на 20–30%, и это было серьезным достижением. Применение же аморфной стали позволяет совершить настоящий технологический прорыв, снизив  в 2–3 раза.

Конечно, распределительные трансформаторы с аморфным сердечником вызывают большой интерес со стороны многих компании, но далеко не все готовы прибегнуть к применению аморфных трансформаторов. На сегодняшний день в России существует преимущественно консервативная точка зрения на возможности новых технологий в энергетике. В большинстве своём это связано с недостаточным количеством реализованных пилотных внедрений, а также отсутствием повсеместной практики корректной оценки полученных экономических эффектов. В период кризиса 2008–2009 годов повышенного спроса на новое оборудование мы не наблюдали, что вполне объяснимо. Впоследствии, чтобы заинтересовать потенциальных заказчиков в приобретении энергоэффективных трансформаторов, специалисты представляли расчет снижения технических потерь, согласно которому экономия за счет энергосбережения позволяет окупить увеличенную стоимость трансформаторов (мощностью 1000 кВА) за 3–5 лет. Сегодня экономическое положение в стране стабилизировалось, стал появляться интерес к оборудованию с улучшенными техническими характеристиками. В немалой степени благодаря государственной политике, росту тарифов на электроэнергию и переориентации российской энергосистемы на энергоэффективные технологии, стал расти спрос на энергосберегающее оборудование.

За выбором современных трансформаторов обращусь к российским компаниям – производителям трансформаторов: 

1. Электротехническая компания «СлавЭнерго» находится в числе лидеров российского рынка по реализации проектов повышения качества электроэнергии и внедрению надежного распределительного оборудования в сети; производство низковольтных и высоковольтных трансформаторов до 6300 кВА и реакторов. Сухие силовые трансформаторы и реакторы марки «СлавЭнерго» адаптированы к тяжелым условиям работы в российских электросетях, а также к сложным погодным условиям. Специализация – производство трехфазных сухих защищенных трансформаторов, морских водозащищенных и каплезащищенных трансформаторов серии ТСЗМ [7].

2. ЗАО «Техиндустрия-М» с 1992 г. является официальным представителем Минского электротехнического завода им. В.И.Козлова (МЭТЗ) в РФ и специализируется на поставках, предпродажной подготовке, техническом обслуживании и ремонте силовых масляных и сухих трансформаторов (ТМГ и ТС) и комплектных трансформаторных подстанций (КТП), выпускаемых заводом [8].

3. Производственная группа «Трансформер» – российская компания, выпускающая электрооборудование нового поколения. Предприятия группы проектируют, изготавливают и поставляют силовые трансформаторы, трансформаторные и распределительные подстанции, низковольтное и высоковольтное оборудование, бетонные инженерные блоки, металлоизделия. Завод компании расположен в Челябинске, а производство – в Подольске. При производстве трансформаторов применена технология Step-lap, позволяющая улучшить качество изготовления и сборки магнитной системы, исключить из технологического цикла такую операцию, как перешихтовка верхнего ярма при насадке обмоток. Силовые трансформаторы, в которых была применена шихтовка типа Step-Lap, по статистическим данным имеют до 20% ниже потери и ток холостого хода. Компания производит ТМГ стандартные, ТМГ малошумные, ТМГ столбового типа, ТМГ аморфные и "умные" трансформаторы ТМГ.

Трансформаторы аморфные новой серии отличаются высокой энергоэффективностью за счет сниженных потерь холостого хода. Опыт эксплуатации аморфных трансформаторов за рубежом показал, что разница в цене между трансформатором АТМГ и ТМГ, равная примерно 30-35%, и окупается в течение 3-5 лет в зависимости от региональных тарифов на электроэнергию. Несомненно, что энергоэффективность является мировым трендом, и Россия отстает от индустриально развитых стран (Япония, Южная Корея, КНР, Сингапур) в создании энергоэффективных проектов.  Поэтому целесообразно перенимать опыт индустриально развитых стран, а именно внедрять аморфные трансформаторы там, где это окажется целесообразным.

Установка пылезащищенных трансформаторов является слишком неэффективным мероприятием. Установка "умных" трансформаторов является дорогой и предприятие морально не готово к такому решению. Очевидно, что наш выбор – аморфный ТМГ производственной группы «Трансформер» [9].

В таблице 3 произведено сравнение трансформаторов одной мощности 1000 кВА, используемых на объекте.

 

Таблица 2. Сравнение моделей трансформаторов 1000 кВА

номер		соединение					, кВт	, кВт
1-ТМГ(трансформатор масляный герметичный воздушное охлаждение)	10/0,4	0, 11 гр.	1,47	12,2	5,5	0,8	5,57	55,16
2- сухой ТСЗ(защищенный)	10/0,4	0, 11 гр.	1,2	11,5	5,5	0,8	5,07	4,68
3 – сухой ТС	10/0,4	0, 11 гр.	1,3	11,5	5,5	0,8	5,17	4,78
4 – аморфный АТМГ	10/0,4	0, 11 гр.	0,55	11,4	5,5	0,8	4,38	4,00

Произведем расчет полных потерь по формуле, пример, для Т-1:

кВт*час

Для Т-2 (другой коэффициент загрузки):

 кВт*час

Из таблицы 3 видно, что преимущество – у модели 4 АТМГ 1000 кВА, который позволяет на 60% снизить потери холостого хода.

Экономия в час по потерям холостого хода будет составлять 920 Вт, а по потерям короткого замыкания – 800 Вт.

Общие потери для Т-1 снижаются на 1,19 кВт*час, а для Т-2 – на 1,16 кВт*час.

 

 

Таблица 3. Технические характеристики АТМГ - 1000 кВА

номер		соединение					Габариты, мм
АТМГ - 1000 кВА	6 (10)/0,4	0, 11 гр.	0,55	11,4	5,5	0,8	1800 x 866 x 1305

Полная масса - 2280 кг;

Масса масла – 450 кг.

 

 

Вывод

В работе приведено описание предприятия ООО «Газпром Трансгаз Чайковский» и приведена краткая характеристика технологического процесса. Далее произведено описание системы электроснабжения Энергоблока, питающего основные нагрузки: ГПА, освещение, котельная, столовая. Определено, что установленные масляные трансформаторы ТМГ обладают достаточно большими потерями холостого хода и короткого замыкания. Далее произведен выбор аморфных трансформаторов вместо установленных ТМГ Т-1 и Т-2, при этом общие потери для Т-1 снижаются на 1,19 кВт*час, а для Т-2 – на 1,16 кВт*час.