Маслонаполненный трансформатор на 10 кВ с высоким перегрузочным коэффициентом, медным сердечником и малошумной конструкцией

Обзор

Трансформатор с высокой перегрузочной способностью — это специальный силовой трансформатор, способный работать с нагрузкой, превышающей номинальную мощность, указанную на заводской табличке, без ущерба для нормального срока службы. Он в основном применяется в условиях с низким среднегодовым коэффициентом загрузки, но высокими кратковременными нагрузками, что позволяет значительно сократить затраты на оборудование и расходы на электроэнергию. Благодаря применению передовых материалов, специальной конструкции и интеллектуальному управлению трансформаторы с высокой перегрузочной способностью обеспечивают безопасную и надёжную кратковременную перегрузочную способность. Они представляют собой экономичное, гибкое и эффективное решение по электроснабжению для ситуаций, когда необходимо справляться с сильными колебаниями нагрузки или ожидается краткосрочное увеличение мощности.

Категории Продукт, Специальный трансформатор, Трансформатор

Краткое введение

Ⅰ. Описание продукта

1.Стандарты для руководящего состава: T/GES 001-2017, серия GB 1094

2.Уровень напряжения: На стороне высокого напряжения напряжение обычно составляет 10 кВ, а на стороне низкого напряжения — 0,4 кВ; также доступны более высокие уровни напряжения, например 110 кВ.

3.Метод регулирования напряжения: Регулировка напряжения холостого хода (для переключения отводов требуется отключение питания)

4.Диапазон высоковольтных отводов: ±5% или ±2×2,5%. Он используется для регулировки выходного напряжения в пределах допустимого диапазона при колебаниях напряжения в сети.

5.Номинальная мощность: Типичный диапазон составляет от 30 кВА до 500 кВА

6.Частота: 50 Гц или 60 Гц

7.Фаза: Трехфазный или однофазный

8.Группа связи: Dyn11, Yyn0

9.Импеданс Напряжение: 4%

10.Способ охлаждения:

① Самоохлаждающаяся система с масляной ванной (ONAN);

② Самоохлаждающийся сухий тип (AN);

③ Принудительное воздушное охлаждение сухого типа (AF)

11.Класс защиты: Масляный бак масляных трансформаторов сам по себе обеспечивает защиту; трансформаторы сухого типа обычно имеют степень защиты IP20 (защита от попадания твердых посторонних предметов).

12.Класс теплоизоляции: Как правило, класс A; в сухих трансформаторах обычно применяются классы F (155 °C) или H (180 °C); уровень термостойкости изоляции распределительных трансформаторов с высокой перегрузочной способностью соответствует применимым требованиям к предельным значениям изоляции для классов B и выше.

Ⅱ. Условия эксплуатации

1.Высота над уровнем моря: ≤1000 м (для работы на сверхвысоких высотах требуется индивидуальная настройка)

2.Температура окружающей среды: от -20 °C до +45 °C

3.Сфера применения: Объединение и усиление мощности фотоэлектрических и ветровых электростанций, интерфейсы систем накопления энергии, металлургическая и химическая промышленность (кратковременные пиковые нагрузки дуговых печей и электролизных ячеек), подстанции тягового питания железнодорожного транспорта, коммерческие зоны (вечерние пики нагрузки); подходит для условий с низкими среднегодовыми показателями нагрузки и значительными кратковременными или периодическими нагрузками.

Ⅲ. Типы тестов

①Рутинные проверки (обязательные для каждого подразделения)

② Типовые испытания (для проверки конструкции)

Ⅳ. Проверка компонентов

1. Сопротивление катушки при постоянном токе, соотношение напряжений и обозначение группы соединений, напряжение импеданса, испытание на потери в холостом ходу;

2. Испытание тока холостого хода, испытание на потери в нагрузке, испытание изоляционного масла (для масляных трансформаторов), испытание на частичные разряды (для сухих трансформаторов), испытание на выдерживаемое напряжение и испытание на выдерживаемое индуцированное напряжение, испытание герметичности;

3. Испытание устройства переключения выводов под нагрузкой с целью проверки соответствия каждого компонента и общей работоспособности конструкции проектным стандартам.

Ⅴ. Типы сертификатов

Международные сертификаты: TÜV, UL, KEMA, CE.

Структурные особенности

Ⅰ. Характеристики продукта

1.Превосходная способность выдерживать перегрузки

① Трансформаторы с высокой перегрузочной способностью не просто “выдерживают” перегрузку; их перегрузочная способность точно определяется количественно благодаря тщательному проектированию.

② Типичная кривая перегрузки: как правило, устройство может безопасно работать при нагрузке, в 1,5 раза превышающей номинальную мощность, в течение 6 часов; при нагрузке, в 1,75 раза превышающей номинальную мощность, в течение 3 часов; и даже при нагрузке, в 2,0 раза превышающей номинальную мощность, в течение 1 часа (конкретные значения варьируются в зависимости от конструкции и стандартов производителя).

③ Преимущество: это означает, что пользователям не нужно приобретать обычный трансформатор значительно большей мощности для покрытия эпизодических пиковых нагрузок, что позволяет существенно сэкономить на первоначальных инвестициях, месте для установки, а также на расходах на электроэнергию за счет снижения потерь в холостом ходу при повседневной работе с низкой нагрузкой.

2.Превосходная эффективность отвода тепла

① Трансформаторы с высокой перегрузочной способностью обеспечивают более эффективное отведение тепла с помощью нескольких методов:

Оптимизированная конструкция системы отвода тепла: использование гофрированных масляных баков (для увеличения площади отвода тепла), увеличенных радиаторов или дополнительных трубок для отвода тепла. Некоторые изделия также оснащены встроенными интерфейсами или устройствами принудительного воздушного охлаждения (AF), которые при перегрузке запускают вентиляторы, что позволяет значительно повысить эффективность отвода тепла.

② Использование сред с высокой теплопроводностью: в масляных трансформаторах часто применяется масло с высокой температурой вспышки или изоляционное масло на основе натуральных эфиров (растительное изоляционное масло). Последнее не только обладает высокой температурой вспышки и хорошей огнестойкостью, но и обеспечивает более эффективный охлаждающий эффект благодаря молекулам натуральных эфиров по сравнению с минеральным маслом.

3.Система теплоизоляции с высоким классом термостойкости

① Высокая температура — главный враг старения изоляции. Трансформаторы с высокой перегрузочной способностью обеспечивают свой срок службы при перегрузках за счет повышения класса термостойкости изоляционных материалов.

② Модернизация материалов: В качестве изоляционных материалов для обмоточных проводников используются материалы класса C или H, такие как бумага NOMEX® и полиимидная пленка, либо высокотермостойкая бумага из полиэфирного волокна. В масляных трансформаторах в качестве изоляционной бумаги обычно применяется изоляционная бумага высокой плотности.

③ Гарантия термического ресурса: даже если во время перегрузки температура в «горячей точке» обмотки временно достигнет 140 ℃ или выше, система изоляции класса H или класса C сможет полностью выдержать такую нагрузку. В отличие от этого, обычная изоляция класса A (105 °C) при такой температуре ускоряет старение, вплоть до выхода из строя. Это гарантирует, что трансформатор сможет выдержать тысячи кратковременных перегрузок в течение 30-летнего срока службы.

Ⅱ. Преимущества продукции

1.Низкие потери и высокая энергоэффективность

① Высокая перегрузочная способность не означает высокого энергопотребления. Превосходные трансформаторы с высокой перегрузочной способностью также являются энергосберегающими изделиями.

② Передовые материалы сердечника: как правило, используются высококачественные листы кремниевой стали с высокой магнитной проницаемостью и низкими потерями или сердечники из аморфного сплава, что обеспечивает чрезвычайно низкие потери в холостом ходе (P0). Это обеспечивает особенно значительный эффект энергосбережения в условиях эксплуатации с длительными периодами небольшой нагрузки или работы без нагрузки (например, в сельских электросетях).

③ Соответствие стандартам энергоэффективности: как правило, они соответствуют национальному стандарту энергоэффективности первого уровня или превосходят его, что помогает пользователям сократить эксплуатационные расходы.

2.Высокая стойкость к короткому замыканию

① Воздействия, вызванные перегрузкой и коротким замыканием, часто возникают одновременно. Конструкция устройства специально усилена, чтобы выдерживать воздействие огромных электромагнитных сил.

② Механическое усиление: применяются фольговые обмотки или конструкции, обеспечивающие осевое и радиальное сжатие; для крепления используются высокопрочные изоляционные материалы, высокопрочные натяжные пластины из слоистой древесины (или стекловолокна) и натяжные винты, что позволяет предотвратить деформацию обмотки и ее нестабильность под действием электромагнитной силы, возникающей при коротком замыкании.

③ Конструкция и технологический процесс: благодаря точным электромагнитным расчетам и оптимизированной технологической схеме обеспечивается сбалансированность ампер-витков обмотки, а также снижаются осевой рассеянный поток и механические напряжения при коротких замыканиях.

3.Повышенная адаптивность к условиям окружающей среды и безопасность

① Высокий класс защиты: Маслобачок обладает хорошими герметизирующими характеристиками, а его класс защиты, как правило, достигает IP54 или выше, что обеспечивает защиту от пыли и воды и делает его пригодным для эксплуатации в суровых условиях.

② Предотвращение пожаров и взрывов: в частности, у изделий, в которых в качестве изоляционного масла используется натуральный эфир, температура вспышки может превышать 300 ℃, что делает их практически негорючими, что значительно повышает уровень безопасности в местах с высокими требованиями к противопожарной защите (таких как торговые центры, школы и лесные массивы).

③ Экологические характеристики: Изоляционное масло на основе натурального эфира подвергается биологическому разложению, нетоксично, безопасно для окружающей среды и не представляет риска загрязнения почвы в случае утечки.

Структура продукта

Ⅰ. Производственный процесс

1. Резка и формовка

Для резки листов кремниевой стали используются прецизионные ножницы с ЧПУ (с точностью позиционирования ±0,05 мм), что позволяет избежать образования заусенцев (≤0,02 мм) и снизить потери на магнитные утечки, вызванные зазорами между слоями. Сердечники из аморфного сплава изготавливаются методом формования намотки, при этом натяжение намотки поддерживается на уровне 50–80 Н для обеспечения однородной плотности сердечника (≥7,2 г/см³).

2. Укладка в штабеля и крепление

Листы кремниевой стали укладываются методом многоступенчатой ступенчатой укладки (смещение шва ≤ 1/3 ширины листа) и скрепляются изолирующим клеем или сквозными винтами. Коэффициент укладки сердечника составляет ≥0,96 (для листов кремниевой стали) или ≥0,88 (для аморфных сплавов).

3.Производство обмоток: одновременное повышение теплоотдачи и механической прочности

① Процесс намотки:Низковольтные обмотки изготавливаются методом фольговой намотки (толщина медной фольги: 0,5–2 мм, с изоляционной бумагой между слоями) для увеличения площади теплоотвода; высоковольтные обмотки изготавливаются методом непрерывной или (чередующейся) намотки. Для обеспечения равномерного натяжения обмотки (отклонение натяжения ≤5%) и предотвращения локального перегрева, вызванного ослаблением проводников, используются намоточные станки с ЧПУ.Для обеспечения высокой перегрузочной способности обмотки имеют сегментированную конструкцию с осевыми масляными каналами (для масляного исполнения, ширина канала: 8–12 мм) или радиальными воздушными каналами (для сухого исполнения, ширина канала: 5–8 мм) для повышения эффективности теплоотвода, а погрешность расстояния между воздушными каналами составляет ≤±0,5 мм.

4.Генеральная сборка и процесс термообработки изоляции

① Основной узел: Точное позиционирование и оптимизация теплоотвода

② Узел сердечника и обмотки:Для монтажа обмоток на колоннах сердечника используется подъемное оборудование с ЧПУ (с точностью позиционирования ±1 мм). Отклонение от соосности высоковольтных и низковольтных обмоток составляет ≤2 мм, что обеспечивает равномерное распределение рассеянного магнитного поля. Между сердечником и масляным баком устанавливаются амортизирующие прокладки (из резины или эластичного картона) для снижения эксплуатационных вибраций и шума.

③ Установка системы отвода тепла:Маслозаполненный тип: в зависимости от мощности устанавливаются гофрированные масляные баки (высота гофры: 50–80 мм, площадь теплоотдачи одной волны ≥0,1 м²) или ребристые радиаторы (шаг ребер: 15–20 мм). Крупные модели оснащены погружными масляными насосами и устройствами воздушного охлаждения (расход масляного насоса ≥50 л/мин, давление воздуха вентилятора ≥200 Па), чтобы обеспечить соответствие скорости циркуляции масла требованиям по рассеиванию тепла при перегрузке.

④ Сухой тип: Снаружи обмоток устанавливаются алюминиевые радиаторы или каналы принудительного воздушного охлаждения. Зазор между каналами и обмотками составляет ≤1 мм, что обеспечивает равномерное обдув воздухом.

⑤ Обработка изоляции сухого типа:После литья и отверждения обмоток проводится шлифование поверхности и восстановление изоляции, чтобы исключить наличие заусенцев и пузырьков на поверхности (диаметр пузырьков ≤0,5 мм, количество ≤3 на м²). Вся поверхность покрывается распылением антизагрязняющим покрытием, предотвращающим пробой (например, покрытием PRTV, толщина: 0,3–0,5 мм) для повышения устойчивости к загрязнениям.

5.Специальный процесс армирования

① Предотвращение короткого замыкания и повышение механической прочности:Между обмотками, сердечником и масляным баком используются жесткие крепежные конструкции (такие как натяжные винты и зажимы). Проводится проверка с помощью моделирования методом конечных элементов (моделирование силы короткого замыкания, превышающей номинальный ток в ≥25 раз) для обеспечения соответствия требованиям стандартов по стойкости к короткому замыканию.

② В устройстве переключения отводов используется вакуумный размыкатель или контакты из сплава серебра и вольфрама: с усилием прижима ≥50 Н, сопротивлением контакта ≤50 мкОм и механическим ресурсом ≥5000 циклов.

③ Процесс полной герметизации и антикоррозионной обработки:Маслонаполненные трансформаторы могут по желанию изготавливаться с полностью герметичной конструкцией. Масляный бак сваривается методом аргонодуговой сварки (усиление сварного шва: 0–2 мм, без пор и включений) и проходит испытание под давлением воды, равным 1,5-кратному номинальному давлению (отсутствие утечек в течение 30 минут).

④ Поверхность наружных нефтяных резервуаров очищается от ржавчины с помощью пескоструйной обработки: затем покрывается эпоксидной грунтовкой с высоким содержанием цинка (толщина: 60–80 мкм) и атмосферостойким финишным слоем (толщина: 40–60 мкм) и выдерживает испытание в камере солевого тумана в течение ≥1000 часов без появления ржавчины.

6.Процесс тестирования и контроля качества

① Трансформаторы с высокой перегрузочной способностью должны проходить испытания, требования к которым значительно превышают обычные стандарты: Ключевые пункты испытаний включают: Испытание на повышение температуры при перегрузке: Моделировать непрерывную работу при нагрузках, в 1,5 и 2 раза превышающих номинальную, контролировать температуру в «горячей точке» обмотки (класс F ≤155 ℃, класс H ≤180 ℃) и повышение температуры масла в верхней части (≤55 К), чтобы убедиться, что кривая повышения температуры соответствует проектным требованиям.

② Испытание на энергоэффективность: Потери в холостом ходу и под нагрузкой должны соответствовать стандарту энергоэффективности первого уровня GB 20052, а прирост потерь при перегрузке должен составлять не более 5% от расчетного значения.

Технические характеристики

Маслонаполненный трансформатор на 10 кВ с высокой перегрузочной способностью

Номинальная мощность	Х.В.	Л.В.	Символ соединения	Потери в холостом ходу (Вт)			Потери под нагрузкой (Вт)			Импеданс при коротком замыкании
Номинальная мощность	Х.В.	Л.В.	Символ соединения	S13	S20	S22	S13	S20	S22	Импеданс при коротком замыкании
30	6 6.3 10 10.5 11	0.4	Dyn11 Yyn0	80	70	65	630/660	505/480	455/430	4
50				100	90	80	910/870	730/695	655/625
63				110	100	90	1090/1040	870/830	785/745
80				130	115	105	1310/1250	1050/1000	945/900
100				150	135	120	1580/1500	1265/1200	1140/1080
125				170	150	135	1890/1800	1510/1440	1360/1295
160				200	180	160	2310/2200	1850/1760	1665/1585
200				240	215	190	2730/2600	2185/2080	1970/1870
250				290	260	230	3200/3050	2560/2440	2300/2195
315				340	305	270	3830/3650	3065/2920	2760/2630
400				410	370	330	4520/4300	3615/3440	3250/3095
500				480	430	385	5410/5150	4330/4120	3900/3710
630				570	510	460	6200	4960	4460	4.5
800				700	630	560	7500	6000	5400
1000				830	745	665	10300	8240	7415
1250				970	870	780	12000	9600	8640
1600				1170	1050	940	14500	11600	10440
2000				1360	1225	1085	18300	14640	13180	5
2500				1600	1440	1280	21200	14840	13360	5

Часто задаваемые вопросы

1. В чём заключается разница между трансформатором с высокой перегрузкой и обычным трансформатором?

① Основное различие заключается в концепции конструкции и эксплуатационных характеристиках. Обычный трансформатор: подобно марафонцу, он должен стабильно работать на номинальной мощности в течение длительного времени, при этом его способность выдерживать перегрузки ограничена. Кратковременная перегрузка приведет к сильному перегреву, что может вызвать старение изоляции или даже её повреждение.

② Трансформатор с высокой перегрузочной способностью: подобно боксеру в тяжелом весе, его “скелет” (обмотки, сердечник) и “мышцы” (система изоляции) специально усилены, что позволяет ему в течение короткого периода (например, нескольких часов) выдерживать нагрузку, в 1,5 или даже 2 раза превышающую номинальную мощность, с “взрывной силой”, не повреждая себя и не влияя на нормальный срок службы.

2. Приведет ли "перегрузка" к сокращению срока службы трансформатора?

Это одно из основных заблуждений. При правильном проектировании и эксплуатации перегрузка не приведет к значительному сокращению срока службы. В трансформаторах, рассчитанных на высокие перегрузки, используются изоляционные материалы с высоким классом термостойкости, такие как класс H (180 ℃) или класс C (220 ℃). Их конструкция позволяет температуре в “горячей точке” обмотки временно достигать очень высоких значений (например, 160 ℃) во время перегрузки, при этом скорость старения изоляционного материала при такой температуре остаётся очень низкой. В обычных трансформаторах используется изоляция класса A (105 ℃), которая при превышении этого значения ускоряет процесс старения. Поэтому в трансформаторах с высокой перегрузочной способностью «перегрузка» удерживается в разумных пределах, выдерживаемых их изоляционными материалами.

3. Нужно ли в моем проекте использовать трансформатор с высокой степенью перегрузки?

① Данное решение идеально подходит, если ваша электрическая нагрузка обладает следующими характеристиками: низкий среднегодовой коэффициент загрузки (<40%), но чрезвычайно высокие кратковременные или сезонные нагрузки; нагрузки с резкими скачками или периодическими колебаниями (например, запуск дуговых печей, прокатных станов и электролизных ячеек).

② При наличии планов по расширению мощностей, но при желании сэкономить на инвестициях, замена обычного трансформатора большой мощности, который может понадобиться в будущем, на один трансформатор с высокой перегрузочной способностью. Ограниченное монтажное пространство, не позволяющее разместить трансформатор большей мощности.

4. Как выбрать подходящий трансформатор с высокой перегрузочной способностью? Какие основные параметры следует учитывать?

① При выборе необходимо уточнить следующие моменты: кривая нагрузки: точно определить коэффициент перегрузки и продолжительность (например, необходимость работы при 1,6-кратной нагрузке в течение 4 часов).

② Номинальная мощность: определяется исходя из нормальной нагрузки, а не перегрузочной.

③ Класс термостойкости изоляции: не ниже класса H, что является основой для обеспечения перегрузочной способности.

④ Способ охлаждения: масляное охлаждение (ONAN, хорошая теплоотдача, высокая перегрузочная способность) или сухое охлаждение (хорошая огнестойкость, подходит для использования в помещениях).

⑤ Величина потерь: обратите внимание на потери в холостом ходу (Po) и потери под нагрузкой (Pk) и выбирайте энергосберегающие изделия для снижения эксплуатационных расходов.

⑥ Класс защиты: выберите соответствующий класс защиты по стандарту IP в зависимости от условий установки.

5. Каковы наиболее важные показатели мониторинга при эксплуатации трансформатора с высокой степенью перегрузки?

Необходимо в режиме реального времени контролировать температуру обмотки (с помощью встроенных датчиков PT100) и температуру масла на верхнем уровне (для масляных моделей). Следует обеспечить поддержание температуры в пределах, установленных нашей компанией, даже при перегрузке. Одновременно с этим следует контролировать ток нагрузки, чтобы он не превышал заданную кривую перегрузки.

6. На что следует обратить внимание после завершения работы с высокой нагрузкой?

После завершения работы в режиме перегрузки трансформатор находится в состоянии повышенной температуры. Его следует оставить работать в режиме холостого хода или с небольшой нагрузкой в течение некоторого времени, используя собственную систему охлаждения (естественное воздушное охлаждение или циркуляцию масла) для постепенного снижения температуры до нормального уровня, чтобы избежать повреждения изоляционного материала под воздействием напряжений, вызванных резким охлаждением и нагревом. Для трансформаторов с принудительным воздушным охлаждением вентиляторы следует выключать с задержкой.

7. Требует ли он такого же технического обслуживания, как и обычные трансформаторы?

① Основные пункты технического обслуживания аналогичны (например, проверка крепежных элементов, очистка корпуса и измерение сопротивления изоляции), однако есть ключевые моменты, на которые следует обратить особое внимание.

② Анализ масла (для масляных трансформаторов): необходимо регулярно проводить хроматографический анализ масла (DGA), поскольку высокая температура при перегрузке может ускорить старение изоляционных материалов и привести к образованию определенных характерных газов, а метод DGA позволяет эффективно выявлять потенциальные неисправности.

Почему стоит выбрать нас?

Создан, чтобы служить долго, разработан для высокой производительности.

Компания “Кете Трансформер” является одним из ведущих производителей трансформаторов национального уровня, признанным как предприятие, “соблюдающее договорные обязательства и выполняющее обещания”, высокотехнологичное предприятие и технологический центр национального уровня. Компания включена в национальный справочник по строительству и модернизации сельских и городских электросетей, а также рекомендована в качестве поставщика основного электромеханического оборудования для гидроэнергетических проектов. Её продукция удостоена званий “Продукт, прошедший национальную проверку качества — продукт с надежным качеством» и «Продукт, признанный на национальном уровне для пользователей машиностроительной отрасли».

Наш проект

Наша продукция не только занимает лидирующие позиции на внутреннем рынке, но и экспортируется в более чем 30 стран и регионов, включая Россию, Юго-Восточную Азию, Африку и Северную и Южную Америку, где она используется в таких отраслях, как энергетика, коммунальное строительство, металлургия и нефтехимия.