Demander un devis
Actualités

Transformateur de puissance à régulation de tension à charge en huile immergée SZ11-31500KVA/35/10.5KV 35KV haute performance

Vous êtes dans la salle de contrôle d'une sous-station de 110 kV à 7 heures du matin par une chaude matinée de juillet. La demande en climatisation augmente dans la ville et le répartiteur veut savoir pourquoi la tension du barres de bus au niveau de 10 kV a chuté à 9,8 kV au lieu de rester à la tension cible de 10,5 kV. Dans un transformateur conventionnel qui ne dispose pas d'un dispositif de changement de prises, cette situation signifie une interruption de service ou une nuit passée à reconnecter les circuits. Cependant, lorsque vous avez un transformateur SZ11-31500kVA 35/10,5kV à huile immergée avec changeur de prises sous charge, tout est résolu de manière automatisée et la tension du barres de bus revient à la valeur requise de 10,5 kV en quelques secondes.

C'est la raison pour laquelle les services publics, les entreprises manufacturières et les producteurs d'énergie indépendants continuent de contacter les fabricants de transformateurs à huile immergée avec changeurs de prises de tension sous charge et non des modèles beaucoup moins chers qui utilisent des prises hors circuit. Le présent article examine comment fonctionne le transformateur SZ11-31500kVA 35/10,5kV, quel est son prix de transformateur à huile immergée, et comment l'acquérir sans surprises.

Le transformateur SZ11-31500kVA 35/10,5kV est un dispositif triphasé à huile immergée avec une capacité de 31 500 kVA. Il possède un enroulement haute tension de 35 kV et un enroulement basse tension de 10,5 kV. Cette unité utilise un changeur de prises sous charge (OLTC), ce qui signifie qu'elle peut ajuster la tension pendant son fonctionnement. La perte à vide est généralement d'environ 20-25 kW et la perte en charge est d'environ 130-150 kW. Il a une impédance standard de 8% et appartient généralement au groupe vectoriel YNd11.

Transformateur de puissance régulant la tension à charge à huile immergée Sz11 31500Kva 35 10 5Kv 35Kv haute performance


Qu'est-ce que le transformateur SZ11-31500kVA 35/10,5kV ?

La désignation de la série SZ11 suit le système de classification national de la Chine pour les transformateurs de puissance. La lettre “S” fait référence aux transformateurs triphasés, “Z” indique les transformateurs avec changeurs de prises sous charge, et le numéro “11” signifie la série de conceptions de transformateurs avec des pertes à vide qui sont 30% inférieures aux pertes de la série S9 précédente selon GB/T 6451 et GB 20052. Le transformateur de 31500 kVA permet de connecter le réseau de moyenne tension de 35 kV au barres de distribution de 10,5 kV, et il est fréquemment utilisé dans les sous-stations 110/35/10 kV, les grands parcs industriels et les centrales d'énergie renouvelable.

La principale raison d'utiliser le transformateur SZ11-31500kVA au lieu d'un transformateur fixe est l'amélioration de la qualité de la tension. La tension dans les réseaux de distribution varie continuellement, rendant nécessaire que le barres de bus de 10,5 kV passe de 9,5 kV à 11 kV. Le changeur de prises sous charge permet d'ajuster la tension dans le barres à tout moment pendant le processus de fonctionnement. La plage de prise estimée pour de tels transformateurs est (selon IEC 60076-1) ±8 x 1.25%, donnant ainsi une plage totale de ±10%. Néanmoins, généralement, les transformateurs SZ11 désignés pour les réseaux de 35 kV fonctionnent dans la plage de 35 ± 3 x 2.5% ou 35 ± 8 x 1.25%, selon les spécificités du projet.

En cas de transformateur de 31,5 MVA, il y a deux côtés : l'un peut répondre aux besoins de l'ensemble du district de la ville ou d'une usine industrielle moyenne, mais il est également transportable en tant qu'unité complète. Le poids de 45 à 55 tonnes permet de transporter facilement l'appareil à travers de nombreuses régions.

Comment fonctionne la régulation de tension sous charge

L'utilisation d'un changeur de prises sous charge signifie qu'un transformateur peut ajuster son rapport de transformation même tout en conduisant activement le courant. Cela diffère de tout changement de prise hors ligne car, avec un changement de prise hors ligne ou une désénergisation, le transformateur ne doit pas conduire d'énergie de quelque manière que ce soit. Les deux types de changements impliquent les mêmes éléments de commutation et un système de transition basé soit sur des résistances, soit sur des réacteurs qui facilitent le processus de changement de prise sans causer de dommages par arc au système à changer ou d'interruption de tout circuit électrique pendant la séquence de commutation.

Dans le cas des OLTC de type résistance, une séquence d'étapes de commutation est effectuée. Ainsi, pour l'OLTC d'un transformateur fonctionnant à 35 kV et représentant l'un des principaux types en pratique, les étapes d'un processus de commutation sont les suivantes :

  • L'interrupteur de dérivation agit comme un élément de commutation en connectant à la fois les conducteurs entrants et sortants à une résistance de transition.
  • L'introduction de la résistance dans le circuit permet de continuer à limiter le courant circulant au moment où le transformateur est interconnecté au système sous tension.
  • Le processus de commutation est complété en quelques millisecondes après l'initiation du changement de tension au niveau de la prise.

À l'exception de l'aspect pratique de l'OLTC, le fonctionnement de l'appareil a beaucoup à voir avec le fonctionnement de l'appareil connu sous le nom de régulateur de tension automatique (AVR). L'appareil peut gérer le processus OLTC à distance en surveillant les niveaux de tension réels. Le rôle du contrôleur AVR est de contrôler les valeurs de tension secondaire en utilisant le transformateur de potentiel comme dispositif de mesure. Il envoie un ordre de changement lorsque le temps passé dans une zone de tension est dépassé, ce qui se produit souvent lors des procédures de commutation.

L'entretien de l'OLTC est critique en termes de coûts engagés dans l'exploitation de n'importe quel type de transformateur. À cet égard, les bains à brancher des OLTC immergés dans l'huile sont la partie la plus chronophage du processus, car ces OLTC, tels que les changeurs de type MR VACUTAP ou de type ABB UZ, nécessitent que l'huile dans leur réservoir soit surveillée régulièrement pour assurer leur performance.

Type de changeur de prise Plage typique Intervalle de maintenance Impact sur le coût
Hors circuit (DETC) ±2 × 2,5% Inspecter uniquement Référence
OLTC à résistance immergée dans l'huile ±8 × 1,25% 50 000 à 100 000 opérations +$6 000 à $12 000
OLTC à vide ±8 × 1,25% 150 000 à 200 000 opérations +$10 000 à $18 000

Pour une unité de sous-station de 31,5 MVA qui change de prises plusieurs fois par jour, l'intervalle d'entretien plus long du type à vide justifie souvent son coût supérieur.

Caractéristiques de conception et de construction

Le transformateur SZ11-31500kVA 35/10,5kV fait référence à un transformateur immergé dans l'huile de type conservateur, ce qui signifie qu'il dispose d'un réservoir d'expansion scellé rempli de gel de silice plutôt que d'un réservoir complètement étanche aux gaz. Les principales parties de construction comprennent les suivantes :

  • Noyau : Le noyau est fabriqué en acier au silicium orienté à grain à froid (CRGO) de type 30ZH120 ou 27ZH110 et peut avoir un noyau à trois branches ou à cinq branches. L'utilisation de joints en escalier permet de réduire les pertes à vide et le niveau de bruit.
  • Enroulements : Les enroulements sont en conducteur de cuivre, tandis que l'enroulement haute tension (HT) de 35 kV est construit comme un enroulement en disque continu et l'enroulement basse tension (BT) de 10,5 kV est réalisé de manière hélicoïdale ou spirale afin de supporter les fortes forces lors d'un court-circuit conformément à la norme IEC 60076-5.
  • Isolation : L'isolation ici est faite de papier isolant de qualité transformateur et de carton pressé imprégné d'huile avec un type d'isolation de classe A pour une élévation de température moyenne de l'enroulement de 65K et une élévation de température de point chaud de 78 K à un niveau de 40°C.
  • Changeur de prises sous tension : Le changeur de prises sous tension est situé à l'intérieur du réservoir ou dans une chambre séparée et fonctionne avec un mécanisme motorisé et dispose d'un indicateur de position et d'une interface de surveillance à distance.
  • Dispositifs attachés : Relais Buchholz (gaz), jauge de niveau d'huile, dispositif de décharge de pression, indicateur de température de l'huile, indicateur de température des enroulements et deux ou plusieurs respirateurs en gel de silice.
  • Refroidissement : Le mode de fonctionnement est ONAN (huile naturelle, air naturel) pour ces niveaux de puissance, mais il est possible de passer à l'option ONAF afin d'augmenter les performances de 20-30% en cas de surcharge de courte durée.

Caractéristiques de conception et de construction

Le réservoir lui-même est fabriqué en tôle d'acier et est recouvert d'un système de peinture à deux couches qui le protège de la corrosion. Le réservoir est conçu pour la procédure de remplissage sous vide. La taille du volume d'huile pour un transformateur de type 31,5 MVA est d'environ 9 000 à 12 000 litres et le poids total de l'appareil avec huile est d'environ 50 à 60 tonnes, ce qui est important pour la conception des fondations et le transport bien avant que le transformateur ne soit livré à son lieu de travail.

Spécifications techniques clés

Paramètre Valeur Typique (IEC 60076) Remarques
Puissance nominale 31 500 kVA Les classifications ONAN / ONAF diffèrent
Rapport de tension 35 ± 8 × 1.25% / 10,5 kV La plage dépend des spécifications
Fréquence 50 Hz Options 60 Hz disponibles
Groupe vectoriel YNd11 Delta BT, étoile HT mise à la terre
Impédance de court-circuit 8% (tolérance ±7.5% selon IEC) Selon IEC 60076-5
Pertes à vide ~20–25 kW Valeur de la série GB/T 6451
Pertes en charge ~130–150 kW À 75°C de référence
Courant à vide ~0.6–0.8% Mesuré à la tension nominale
Efficacité à pleine charge > 99.5% Facteur de puissance 1.0
Méthode de refroidissement ONAN / ONAF Désignation IEC 60076-2
Élévation de température 65K enroulement moyen 40°C de base ambiante
Poids total ~50–60 tonnes métriques Y compris l'huile
Norme Série IEC 60076 Aussi GB/T 6451

Nous devrions prêter une attention particulière à l'efficacité. Lorsqu'il fonctionne à pleine capacité et avec un facteur de puissance de 1.0, un transformateur d'une capacité de 31.5 MVA, avec une perte à vide de 20 kW et une perte en charge de 140 kW, atteint une efficacité d'environ 99.49%. Bien que 0.5% puisse sembler faible, après 25 ans de service et une charge moyenne de 60%, cela peut entraîner environ 14–18 GWh de pertes cumulées coûtant environ $1.1–$1.7 millions à un prix typique de l'électricité industrielle de $0.08–$0.10 par kWh. C'est pourquoi la capitalisation des pertes est une partie inhérente des appels d'offres pour transformateurs dans la plupart des entreprises énergétiques, et c'est aussi pourquoi le TCO du transformateur est généralement bien plus élevé que le prix initial de son achat.

Élément de coût 20 kW à vide / 140 kW perte en charge Valeur sur 25 ans à $0.08/kWh
Pertes à vide (P0) 20 kW × 8 760 h $350,000
Pertes en charge (Pk) à 60% de charge 140 kW × 0,36 × 8 760 h $882,000
Coût total des pertes — $1,232,000
Prix d'achat typique FOB, exportation chinoise $65,000–$110,000

Les pertes dépassent la valeur du transformateur plusieurs fois au cours de sa vie — la raison principale pour laquelle la capitalisation des pertes doit figurer dans chaque appel d'offres.

SZ11 vs. S11 vs. Autres types 35kV

Taper Pertes à vide Changeur de prises Meilleure adéquation Prix relatif
S9 (héritage) Base de référence Hors circuit Rénovation budgétaire Le plus bas
S11 ~30% inférieur à S9 Hors circuit Distribution à ratio fixe +10–15% contre S9
SZ11 ~30% inférieur à S9 En charge (OLTC) Réseaux critiques en tension +20–35% contre S11
S13 ~50% inférieur à S9 Hors circuit Projets à ultra-basses pertes +25–40% contre S9
Amorphe (SBH15) ~70% inférieur à S9 Varie Sous-stations à facteur de charge élevé +40–60% contre S9

La principale différence entre SZ11 et un transformateur à ratio fixe sera généralement la fluctuation de tension. Par exemple, si vous avez un réseau de 35kV qui est stable, les niveaux de tension des feeders resteront dans ±2.5% lorsque des changements de charge se produisent très lentement, alors un S11 ou S13 hors circuit équipé d'un commutateur à prises manuelles fonctionnant sur ±2 x 2.5% ferait le travail pour un coût initial bien inférieur. Cependant, si vous alimentez une activité industrielle de fabrication fluctuante ou une longue ligne de feeders appartenant à une installation de génération renouvelable, l'utilisation d'un transformateur OLTC sera rentable en termes d'évitement des déclenchements par sous-tension et des dommages par surtension.

Applications typiques

  • Sous-stations de réseau 110/35/10kV : SZ11 offre une puissance de transformation de 31.5 MVA et sert de stade de transformation de 35 kV à 10.5 kV pour les sous-stations secondaires qui contrôlent la tension du bus pour toute la région.
  • Usines industrielles : Grandes usines de production d'acier, de traitement du ciment, d'application chimique ou d'extraction minérale avec moteurs ou arcs entraînent des baisses de niveau de tension qui rendent la régulation continue bénéfique.
  • Collecte d'énergie renouvelable : Stations solaires ou parcs éoliens ayant de très grandes variations avec le processus de génération ; l'OLTC est utilisé pour permettre au bus de collecte de fonctionner légalement.
  • Distribution urbaine : Feeders mixtes fournissant à la fois des consommateurs commerciaux et résidentiels faisant face à des charges de pointe le soir ayant besoin d'un certain entretien réglementaire de la tension au niveau de 95% de la nominale.
  • Infrastructure électrifiée : Centres de données, réseaux de transport et campus médicaux où la qualité de l'énergie est une question de contrat.

Pour de nombreux projets mentionnés ci-dessus, le transformateur peut fonctionner à des niveaux de régulation de haute tension selon le mode de refroidissement ONAN et à un niveau allant jusqu'à 100% de charge nominale, et accepter une surcharge au niveau de 130% pendant deux heures avec l'aide de ventilateurs, conformément aux recommandations IEC 60076-7. L'une des raisons pour lesquelles le transformateur de 31,5 MVA est si populaire parmi les développeurs et les ingénieurs est sa grande flexibilité d'exploitation.

Marques Principales et Gammes de Prix

La classe de 31,5 MVA est un véritable marché mondial. Ci-dessous se trouve une comparaison de prix indicative ; les chiffres réels varient en fonction du prix du cuivre, du niveau de perte, de la marque OLTC et de la destination.

Marque Origine Prix typique (USD, FOB) Remarques
ABB Suisse/Global $130,000–$190,000 Réseau de services premium et mondial
Siemens Energy Allemagne/Global $125,000–$185,000 Fort dans les appels d'offres des services publics
Hitachi Energy Japon/Global $130,000–$200,000 Spécifications élevées, délais de livraison longs
Hyundai / Toshiba Corée/Japon $110,000–$170,000 Qualité de niveau industriel
Schneider Electric France/Mondial $120,000–$175,000 Focus sur la distribution
Fabricants indiens (TBEA, EMCO) Inde $80,000–$120,000 Compétitif pour les projets régionaux
Jiangsu Subian Electric Power Chine $65,000–$110,000 Certifié IEC 60076, axé sur l'exportation

Des organisations internationales comme ABB, Siemens Energy et Hitachi Energy ont mené la charge en expertise technique et en service après-vente, de sorte que leurs prix reflètent leur statut. Leurs principaux concurrents en termes de technologie sont les fabricants chinois et indiens, qui peuvent répondre à la majorité des exigences technologiques à des prix significativement inférieurs grâce à leurs chaînes d'approvisionnement entièrement établies pour l'acier orienté grain, le cuivre et les matériaux d'isolation.

À titre d'exemple d'une entreprise produisant des transformateurs de puissance immergés dans l'huile fiables jusqu'à 110kV, Jiangsu Guomai Electric Co opère en conformité avec les normes IEC 60076. La production quotidienne de Jiangsu Guomai comprend des transformateurs modernes de 35/10,5kV SZ11-31500kVA, qui sont un produit standard pour l'entreprise et sont construits et testés conformément aux directives IEC 60076 pour les tests de matériaux, y compris les pertes, la résistance et la température. La gamme de produits de l'usine comprend des transformateurs de différentes versions pour les fournisseurs d'énergie et les entrepreneurs en installation d'équipements électriques en Asie, en Afrique et en Amérique du Sud, y compris des transformateurs construits sur commande. Visitez subian-electric.com pour les gammes de produits et la documentation de test.

Comment choisir ce transformateur

Comment choisir ce transformateur

  • Confirmer la spécification des pertes. Les pertes sont converties en coût de vie. Comparez les offres en fonction du TCO du tarif local et pas seulement du premier prix.
  • Spécifiez l'arrangement de prise. Décidez d'opter pour ±8 × 1.25%, ±6 × 1.67%, ou ±3 × 2.5% en fonction du profil de tension de votre réseau. Ne laissez pas le fabricant dicter ce processus pour vous.
  • Choisissez la marque OLTC judicieusement. Les OLTC MR et ABB sont plus chers mais offrent une fiabilité supérieure, tandis que les OLTC génériques peuvent vous faire économiser entre $5,000 et $10,000 sur le prix au détriment d'un entretien plus fréquent.
  • Assurez-vous de vérifier la résistance au court-circuit. Demandez le rapport IEC 60076-5 ou la justification de conception si des défauts se produisent dans votre réseau.
  • Vérifiez les dimensions de transport. La longueur de l'unité est d'environ 4,5 à 5,5 mètres et elle pèse entre 50 et 60 tonnes. Assurez-vous que le transport par ponts ou routes est autorisé.
  • Confirmez le mode de refroidissement. Spécifiez ONAN uniquement ou ONAN/ONAF en cas de surcharge prévue.
  • Demandez un FAT complet. Assistez/filmez les tests de routine et demandez des certificats de test dans le cadre de l'appel d'offres.

Installation, Test et Maintenance

Le processus d'installation pour les transformateurs à huile de type conservateur implique une procédure standard. L'appareil a été fourni avec un équipement de transport à gaz azote sec ou avec de l'huile, placé sur une fondation de 300 mm ou plus pour des raisons de drainage, et connecté au touret de bushing et aux caisses de câbles. Les actions suivantes doivent être effectuées par l'équipe sur site avant que l'appareil ne soit mis sous tension :

  • Déterminez la résistance d'isolation sur tous les enroulements à l'aide d'un mégohmmètre. Pour l'unité conçue pour 35kV, la valeur acceptable de résistance d'isolation est supérieure à 1000MΩ à 20°C.
  • Testez la résistance diélectrique de l'huile du transformateur. L'huile doit répondre à la résistance diélectrique minimale de 50kV/2.5mm.
  • Confirmez auprès du relais Buchholz et du système de décharge de pression que les circuits d'alarme et de déclenchement fonctionnent correctement.
  • Effectuez l'opération OLTC sur toute la plage sans charge.
  • Maintenez l'appareil pendant 168 heures sans charge tout en effectuant un échantillonnage DGA.

Les vérifications de routine pour l'unité SZ11-31500 peuvent inclure un contrôle trimestriel d'un respirateur si son gel de silice est dans un état rose ainsi qu'un échantillonnage annuel d'huile pour DGA et vérifications de l'état de l'huile de travail OLTC selon les exigences du système du fabricant.

Activité Fréquence Vérification clé
Inspection visuelle Trimestriel Gel de silice du respirateur, niveau d'huile, fuites, corrosion
Échantillonnage d'huile et DGA Annuellement Ratios de gaz clés selon IEC 60599
Service OLTC Par nombre d'opérations Contacts, état de l'huile, mécanisme moteur
Test de dispositif de protection Annuellement Déclenchements de gaz/surtension Buchholz, PRD, alarmes
Résistance d'isolation Tous les 2 à 3 ans Tendances des lectures de mégohmmètre par rapport à la ligne de base

Ignorer les tendances DGA est la cause la plus courante de défaillance prématurée, donc prévoyez un budget pour un contrat de laboratoire DGA même si le transformateur lui-même était bon marché.

Questions Fréquemment Posées

Combien coûte un transformateur SZ11-31500kVA 35/10.5kV ?

Une estimation approximative indique qu'on peut s'attendre à ce que le prix d'un four fabriqué en Chine soit d'environ $65,000–$110,000 FOB, tandis que les fabricants européens ou japonais facturent quelque part dans la fourchette de $120,000–$190,000, hors coûts liés au transport, à l'assurance ou aux travaux sur site. Le prix estimé dépend finalement du niveau de perte, de la marque OLTC, des équipements supplémentaires et des prix du cuivre à ce moment-là. Le transport d'une unité pesant entre 50 et 60 tonnes ajoute $8,000–$25,000, le total dépendant de la distance entre les ports d'origine et de destination.

Que signifie réellement la désignation “SZ11” ?

Ici, S représente la désignation triphasée et Z signifie le changeur de prises sous charge, connu sous le nom de “有载调压” en chinois. Le numéro 11 indique qu'il s'agit d'un design réduisant les pertes (ceci a environ 30% de perte à vide inférieure à la série S9). Ainsi, la désignation SZ11 indique un transformateur triphasé avec un changeur de prises sous charge aux niveaux de perte modernes de la série 11 selon la spécification GB/T 6451.

Ce transformateur peut-il fonctionner sur des systèmes de 60 Hz ?

La réponse est oui, en raison des spécifications redessinées du noyau et des enroulements. Le choix de la fréquence entre 50/60Hz influencera la densité de flux et donc les dimensions du noyau doivent toujours spécifier la fréquence de fonctionnement dans la demande de recalcul des puissances des moteurs car les pertes à vide de 50Hz ne peuvent pas être directement transférées à 60Hz sans vérifier les pertes à vide et les limites de saturation.

À quelle fréquence le changeur de prises sous charge a-t-il besoin d'entretien ?

Un changeur de prises sous charge (OLTC) de type résistor immergé dans l'huile doit être inspecté après chaque 50,000 à 100,000 opérations ou 5 à 7 ans, selon la première éventualité. Les OLTC de type vide peuvent atteindre environ 150,000 à 200,000 opérations avant inspection. Suivez le nombre d'opérations à l'aide du compteur du mécanisme moteur et suivez le calendrier du fabricant de l'OLTC, car cela sera probablement plus fréquent que celui du transformateur.

Pourquoi choisir 10.5kV plutôt que 10kV ou 11kV du côté basse tension ?

5kV est devenu la tension de conception désignée pour les systèmes de distribution chinois de classe 10kV où la tension nominale est de 10kV avec une tolérance de 5%. La mise en œuvre d'une tension de conception de 10.5kV prend en compte la chute d'impédance du transformateur pendant le processus de charge avec la tension en condition à vide ajustable à environ 10.5kV et le bus chargé délivrant une tension de 10kV. Dans les zones appliquant des réseaux de 11kV, qui sont largement utilisés dans les pays asiatiques et du Moyen-Orient, 11kV devrait être mentionné à la place.

Références

Conclusion

Le transformateur régulateur de tension à huile refroidie SZ11-31500kVA 35/10.5kV est conçu pour une mise en œuvre dans des réseaux de moyenne tension avec une tension stable sous les variations des conditions de charge. Il atteint une efficacité remarquable grâce à l'utilisation d'un refroidissement à huile qui dispose d'un conservateur et à la possibilité de changer les prises à tout moment avec une efficacité de plus de 99,5%. Choses essentielles à garder à l'esprit :

  • Préparez un budget de $65,000-$110,000 FOB pour une unité en provenance de Chine ; les marques européennes et japonaises coûteront plus cher.
  • Calculez les pertes selon le concept de coût de cycle de vie, car elles dépasseront le coût de l'équipement dans 25 ans.
  • Choisissez délibérément la marque OLTC et la gamme de prises, car elles déterminent les coûts d'exploitation à long terme.
  • Planifiez le transport, les tests d'installation et l'entretien DGA de routine dès le premier jour.

Si vous recherchez les fabricants, Jiangsu Subian Electric Power vous fournira l'équipement SZ11 conforme à la norme IEC 60076 aux prix d'exportation en fournissant la documentation de test d'usine à votre demande. Consultez leur gamme à subian-electric.com avant de finaliser votre liste restreinte d'appels d'offres.