№ 1
ИЗВЕСТИЯ АКАДЕМИИ НАУК ЭНЕРГЕТИКА
2008
УДК 621.314
© 2008 г. МАКАРЕВИЧ Л.В., ШИФРИН Л.Н., АЛПАТОВ М.Е.
СОВРЕМЕННЫЕ ТЕНДЕНЦИИ В СОЗДАНИИ И ДИАГНОСТИКЕ СИЛОВЫХ ТРАНСФОРМАТОРОВ БОЛЬШИХ МОЩНОСТЕЙ
Формулируются задачи современного трансформаторостроения, в частности, диагностика оборудования. Приводятся подходы и методы их решения на примере московского "Электрозавода".
Введение. Современное трансформаторостроение переживает достаточно сложный период своего развития. Рост потребности энергетики в новом оборудовании, вызванный старением парка трансформаторов и увеличивающимся энергопотреблением, характеризуют начало нового периода. Существует мировая тенденция - значительное снижение числа квалифицированных специалистов в области трансформаторостроения и отсутствие производственных мощностей, адекватных потребностям растущей энергетики, в ближайшем будущем может привести к дефициту электроэнергии, повышению аварийности оборудования и другим негативным последствиям.
Во время распада СССР крупнейший производитель трансформаторного оборудования "Запорожтрансформатор" остался за пределами России. У московского "Электрозавода", Тольяттинского трансформаторного завода и других предприятий отрасли были трудности. Преодоление кризиса началось в середине 90-х годов. В настоящее время в российском трансформаторостроении начался период устойчивого роста. Стабилизировал работу трансформаторный завод в Тольятти. Мощным игроком вышел на рынок екатеринбургский "Уралэлектротяжмаш". Крупнейшим в России производителем мощных силовых трансформаторов стал "Электрозавод", вновь освоивший практически всю необходимую электроэнергетике номенклатуру трансформаторов и шунтирующих реакторов.
С 1996 г. по 2007 г. на "Электрозаводе" были разработаны и освоены 37 типов новых силовых трансформаторов, в т.ч. серии автотрансформаторов 500, 330 и 220 кВ мощностью от 125 до 267 МВА, 7 типов блочных трансформаторов 110-500 кВ мощностью от 1250 до 630 МВА (табл. 1), серии трехобмоточных трансформаторов 110 кВ, трансформаторов собственных нужд и специальных трансформаторов для металлургии 110-220 кВ мощностью до 160 МВА.
При разработке мощных силовых трансформаторов принималось во внимание изменение тенденций в развитии мировой энергетики. Эти изменения характеризуются сокращением ввода новых мощностей и одновременно расширением электрических сетей. В результате техническая политика энергокомпаний и производителей оборудования изменилась от стремления к максимальному использованию активных материалов (направления, характерного для создания трансформаторов предельных мощностей и ультравысоких напряжений 1970-1980 гг.) к максимальной эксплуатационной надежности и экономичности оборудования.
Энергосистемы предъявляют следующие требования к силовым трансформаторам со стороны энергосистем:
- повышенная надежность в эксплуатации в условиях воздействий больших токов К3, кратковременных и длительных перегрузок, режимов с частыми переключениями напряжений под нагрузкой;
Перечень новых мощных силовых трансформаторов, освоенных ОАО ХК "Электрозавод" с 1996 по 2007 гг.
Тип трансформатора
Год освоения головного образца
Количество выпущенных трансформаторов
Автотрансформаторы
АТДЦТН-125 000/220/110
АТДЦТН-200000/220/110
АТДЦТН-250000/220/110
АТДЦТН-12500/330/110
АТДЦТН-200000/330/110
А0ДЦТН-167000/500/220
А0ДЦТН-267000/500/220
АТДЦТН-250000/500/110
Блочные трансформаторы
ТДЦ-125000/110
2000 2006 2006 2005 2005 1996 1998 2001
2003 2002 2007 2002 1999 2003 2007
13
3 7 1 1
36
4 4
2 2
4 1
5 5 1
ТДЦ-125 000/220 ТДЦ-200000/220 ТДЦ-250000/220 ТДЦ-400000/220 ТДЦ-400000/500 ТЦ-630000/330
- снижение потерь XX и нагрузочных потерь;
- высокая ремонтопригодность и минимальные затраты при эксплуатации;
- наличие диагностических систем;
- снижение уровня шума, наличие систем защиты от взрыва и пожара.
Особое внимание уделяется внедрению новых блочных трансформаторов для электростанций, технический уровень и надежность которых в значительной степени определяют надежность и экономичность энергосбережения.
По данным ОАО "Институт теплоэлектропроект" (ТЭП) в РФ только на тепловых станциях установлено 2462 блочных трансформатора различных мощностей и напряжений, из них 1225 к 2015 г. исчерпают свой ресурс и потребуют постепенной замены, так как основной объем ввода мощностей на тепловых станциях происходил в 60-70 гг. прошлого столетия.
Намечено строительство новых электростанций, в частности, с использованием парогазовых установок, поэтому актуальны разработка и внедрение новых серий блочных трансформаторов с улучшенными технико-экономическими характеристиками и повышенной надежностью.
В настоящее время в ОАО ХК "Электрозавод" завершается реконструкция производства с установкой нового современного технологического оборудования, что позволяет выпускать трехфазные блочные трансформаторы 500 кВ мощностью 630 МВА и однофазные 750 кВ - 533 МВА.
Начиная с 2002 г. в ОАО ХК "Электрозавод" все блочные трансформаторы и автотрансформаторы выпускаются только нового поколения, их разработка и внедрение базируются на применении новых технических решений, использовании лучших отечественных и импортных материалов, опыта передовых инофирм.
Основными направлениями разработки трансформаторов нового поколения являются: совершенствование параметров; повышение технического уровня на базе использования результатов научных исследований, новых методик расчета, внедрения
Мощность блочных трансформаторов
Мощность турбогенераторов, МВт
Мощность блочных трансформаторов по действующим стандартам, МВА
Класс напряжения вторичных обмоток трансформаторов, кВ
1000 1250 330
800 1000; 3 х 333 220, 330, 500, 500
500 630 220, 330, 500
300 400 110, 220, 220, 500
200 250 110, 220, 220, 500
160 200 110, 220, 330
110 125 110, 220, 330
63 80 35, 110, 220
30 80 35, 110
20 2 х 46 35
новых технических решений; повышение надежности; снижение монтажных и эксплуатационных затрат.
2. Основные параметры трансформаторов
Блочные трансформаторы 220-500 кВ разрабатываются на базе действующих стандартов ГОСТ 11677-85 и ГОСТ 17544-85.
Если ГОСТ 11677-85 представляет собой общие технические требования, которые в основном соответствуют международным стандартам МЭК , то ГОСТ 17544-85, регламентирующий все параметры трансформаторов 220-750 кВ (мощности, напряжения КЗ, испытательные напряжения, массы, габариты и т.д.), в настоящее время не позволяет совершенствовать конструкции трансформаторов, так как отражает развитие трансформаторостроения в СССР в прошлом столетии в условиях плановой экономики. В мировой практике подобные стандарты отсутствуют, параметры и характеристики трансформаторов устанавливаются заказчиком и согласовываются с изготовителем. Отметим некоторые параметры трансформаторов, отличающихся от требований ГОСТ 17544-85, но влияющие на технический уровень.
2.1. Мощность трансформаторов
В настоящее время мощность блочных трансформаторов определяется стандартами в зависимости от мощности генераторов (табл. 2). Однако такая стандартизация в настоящее время неприемлема - заказчик, исходя из экономических соображений, устанавливает ту мощность трансформатора, которая необходима для конкретного генератора. Например, для ПГУ-125 необходимы блочные трансформаторы мощностью 160 МВА, которые отсутствуют в ГОСТ 17544-85.
В последнее время наметилась тенденция в энергетике и трансформаторостроении за рубежом по снижению максимальных мощностей блочных трансформаторов в трехфазном исполнении. Это обусловлено снижением риска и экономическими соображениями ввиду необходимости иметь на станциях резервные трансформаторы для обеспечения надежного электроснабжения. Для мощных энергетических блоков, как правило, используются однофазные трансформаторы.
* Международная энергетическая комиссия.
Представляется целесообразным применение для энергетических блоков 800 и 1000 МВт вместо трехфазных блочных трансформаторов 1000 и 1250 МВА групп однофазных, соответственно, 333 и 417 МВА [1]. Например, в 1970-1980 гг. были освоены трехфазные блочные трансформаторы 330 кВ мощностью 1300 МВА фирмами Broun Boveri (Швейцария) и ZTR (Украина), блочные трансформаторы 500 кВ мощностью 1240 МВА (Mitsubishi, Япония), 400 кВ мощностью 1100 МВА (Siemens, ФРГ) и др.
Следует отметить, что рост единичной мощности зарубежных трансформаторов наблюдается только до середины 80-х гг. В последние два десятилетия за рубежом новые требования к повышению мощностей и рабочих напряжений не предъявлялись. Соответственно и фирмы не выставляли на ярмарках новых сверхмощных трансформаторов, натурными экспонатами являются трансформаторы повышенной надежности и многочисленные вспомогательные приспособления, повышающие уровень эксплуатации трансформаторов.
Рыночная экономика заставляет усиливать межсистемные связи, переходить от ввода сверхмощных блоков в высокоэкономичным, улучшенным в экологическом смысле блокам, по мощности не превышающим 600 МВт в основном 200-300 МВт. Так, компания Ceneral Elektric (США) считает генератором XXI века машину мощностью 500 МВт. Соответственно, мощность блочных трансформаторов будет близка к этой цифре [2]. Примером является также применение для блоков 1000 МВт на атомных станциях Китая и Индии группы однофазных блочных трансформаторов мощностью 417 МВА.
2.2. Напряжение короткого замыкания (ик)
Величины ик в силовых трансформаторах 220-750 кВ, которые установлены в ГОСТ 17544-85, соответствовали развитию отечественной энергетики в 60-70 гг. прошлого столетия, при этом недостаточно учитывался фактор увеличения токов КЗ из-за малых величин ик, что негативно сказалось на надежности электрооборудования, в т.ч. силовых трансформаторов.
Зарубежный опыт свидетельствует о прагматичном подходе к этому вопросу - величины ик в блочных трансформаторах значительно превышают (на 1-2%) величины ик, аналогичных по мощности трансформаторов по ГОСТ 17544-85. МЭК рекомендует, начиная с мощности 100 МВА, устанавливать Uk > 12%. По ГОСТ 17544-85 в трансформаторах ТДЦ-400000/220 UK = 11%.
Увеличение ик
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.