Вы находитесь в диспетчерской 110кВ подстанции в 7 утра в теплое июльское утро. Спрос на кондиционирование воздуха в городе растет, и диспетчер хочет знать, почему напряжение шины на уровне 10кВ упало до 9.8кВ, а не осталось на целевом уровне 10.5кВ. В обычном трансформаторе, который не имеет устройства переключения отводов, эта ситуация означает прерывание обслуживания или ночь, проведенную в повторном подключении цепей. Однако, когда у вас есть трансформатор SZ11-31500kVA 35/10.5kV с переключателем отводов под нагрузкой, все решается автоматически, и напряжение шины возвращается к требуемым 10.5кВ за считанные секунды.
Вот почему коммунальные службы, производственные предприятия и независимые производители электроэнергии продолжают обращаться к производителям трансформаторов с масляным погружением и переключателями отводов под нагрузкой, а не к гораздо более дешевым моделям, которые используют отводы вне цепи. В данной статье рассматривается, как работает трансформатор SZ11-31500kVA 35/10.5kV, какова его цена на трансформатор с масляным погружением и как его приобрести без сюрпризов.
Трансформатор SZ11-31500kVA 35/10.5kV является трехфазным устройством с масляным погружением мощностью 31,500 кВА. Он имеет высоковольтную обмотку на 35 кВ и низковольтную обмотку на 10.5 кВ. Это устройство использует переключатель отводов под нагрузкой (OLTC), что означает, что оно может регулировать напряжение во время работы. Потребление без нагрузки обычно составляет около 20-25 кВт, а потери при нагрузке составляют около 130-150 кВт. Он имеет стандартное сопротивление 8% и обычно принадлежит векторной группе YNd11.
Что такое трансформатор SZ11-31500kVA 35/10.5kV?
Обозначение серии SZ11 соответствует национальной классификационной системе Китая для силовых трансформаторов. Буква “S” обозначает трехфазные трансформаторы, “Z” указывает на трансформаторы с переключателями отводов под нагрузкой, а число “11” обозначает серию конструкций трансформаторов с потерями без нагрузки, которые на 30% ниже потерь предыдущей серии S9 согласно GB/T 6451 и GB 20052. Трансформатор мощностью 31500 кВА позволяет подключить сеть среднего напряжения 35кВ к распределительной шине 10.5кВ и часто используется на подстанциях 110/35/10кВ, крупных промышленных парках и объектах возобновляемой энергетики.
Основная причина использования трансформатора SZ11-31500kVA вместо фиксированного трансформатора заключается в улучшении качества напряжения. Напряжение в распределительных сетях постоянно колеблется, что делает необходимым переключение шины 10.5кВ с 9.5кВ на 11кВ. Переключатель отводов под нагрузкой позволяет регулировать напряжение на шине в любое время в процессе работы. Оценочный диапазон отводов для таких трансформаторов составляет (согласно IEC 60076-1) ±8 x 1.25%, что дает общий диапазон ±10%. Тем не менее, обычно трансформаторы SZ11, предназначенные для сетей 35кВ, работают в диапазоне 35 ± 3 x 2.5% или 35 ± 8 x 1.25%, в зависимости от специфики проекта.
В случае трансформатора мощностью 31,5 МВА есть две стороны: одна может удовлетворить потребности целого района города или среднего промышленного предприятия, но он также транспортируем как единое целое. Вес 45-55 тонн позволяет легко транспортировать устройство через многие регионы.
Как работает регулирование напряжения под нагрузкой
Использование переключателя с под нагрузкой означает, что трансформатор может регулировать свое отношение витков даже во время активного протекания тока. Это отличается от любых изменений витков в отключенном состоянии, поскольку при изменении витков в отключенном состоянии или обесточивании трансформатор не должен проводить электроэнергию никаким образом. Оба типа изменений включают одни и те же элементы переключения и переходную систему, основанную на резисторах или реакторах, которые облегчают процесс изменения витков без повреждения дугой системы, подлежащей изменению, или прерывания любой силовой цепи во время последовательности переключения.
В случае резисторных OLTC выполняется последовательность переключающих шагов. Таким образом, для OLTC трансформатора, работающего на 35 кВ и представляющего один из основных типов на практике, шаги в процессе переключения следующие:
- Переключатель отклонения действует как переключающий элемент, соединяя как входящие, так и исходящие проводники с переходным резистором.
- Введение резистора в цепь позволяет ограничивать циркулирующий ток в момент, когда трансформатор соединен с энергосистемой.
- Процесс переключения завершается в течение нескольких миллисекунд после начала изменения напряжения на отводе.
За исключением практического аспекта OLTC, работа устройства во многом связана с функционированием аппарата, известного как автоматический регулятор напряжения (AVR). Устройство может управлять процессом OLTC удаленно, контролируя фактические уровни напряжения. Задача контроллера AVR заключается в контроле вторичных значений напряжения с использованием потенциометра в качестве измерительного устройства. Он отправляет команду на изменение, когда время, проведенное в зоне напряжения, превышено, что часто происходит во время переключающих процедур.
Обслуживание OLTC критически важно с точки зрения затрат, связанных с эксплуатацией любого из типов трансформаторов. В этом отношении подключаемые ванны масляных OLTC являются самой времязатратной частью процесса, поскольку эти OLTC, такие как тип MR VACUTAP или переключатели типа ABB UZ, требуют регулярного контроля масла в их баке для обеспечения работоспособности.
| Тип переключателя отводов | Типичный диапазон | Интервал обслуживания | Влияние на стоимость |
|---|---|---|---|
| Вне цепи (DETC) | ±2 × 2.5% | Только для проверки | Базовый уровень |
| Масляный резисторный OLTC | ±8 × 1.25% | 50,000–100,000 операций | +$6,000–$12,000 |
| Вакуумный OLTC | ±8 × 1.25% | 150,000–200,000 операций | +$10,000–$18,000 |
Для блока подстанции мощностью 31,5 МВА, который меняет отводы несколько раз в день, более длительный интервал обслуживания вакуумного типа часто оправдывает его премиум-класс.
Особенности проектирования и конструкции
Трансформатор SZ11-31500kVA 35/10.5kV относится к трансформатору масляного типа с консерватором, что означает, что он имеет запечатанный расширительный бак, заполненный силикагелем, а не полностью газонепроницаемый бак. Основные строительные части включают следующее:
- Сердечник: Сердечник изготовлен из холоднокатаной кремнистой стали с зерновой ориентацией (CRGO) типа 30ZH120 или 27ZH110 и может иметь трехлапый или пятилопастной ступенчатый сердечник. Использование ступенчатых соединений позволяет уменьшить потери в холостом режиме и уровень шума.
- Обмотки: Обмотки выполнены из медного проводника, при этом обмотка высокого напряжения 35 кВ выполнена в виде непрерывной дисковой обмотки, а обмотка низкого напряжения 10,5 кВ выполнена спиральным или винтовым способом, чтобы выдерживать высокие силы во время короткого замыкания в соответствии со стандартом IEC 60076-5.
- Изоляция: Изоляция здесь выполнена из трансформаторной изоляционной бумаги и масла-пропитанного прессованного картона с изоляцией типа класса A для среднего повышения температуры обмотки 65K и повышения температуры горячей точки 78 K при уровне 40°C.
- Переключатель отводов под нагрузкой: Переключатель отводов под нагрузкой расположен внутри бака или в отдельной камере и работает с моторным механизмом, имеет индикатор положения и интерфейс удаленного мониторинга.
- Присоединенные устройства: реле Бухгольца (газ), датчик уровня масла, устройство сброса давления, индикатор температуры масла, индикатор температуры обмотки и два или более силикагельных воздухоотводчиков.
- Охлаждение: Режим работы - ONAN (естественное масло, естественный воздух) для этих уровней мощности, но возможно переключение на вариант ONAF для увеличения производительности на 20-30% при кратковременной перегрузке.
Сам бак изготовлен из стальной пластины и покрыт двухслойной системой краски, которая защищает его от коррозии. Бак предназначен для процедуры вакуумного заполнения. Объем масла для трансформатора типа 31,5 МВА составляет около 9,000-12,000 литров, а общий вес устройства с маслом составляет примерно 50-60 тонн, что важно для проектирования фундамента и транспортировки задолго до доставки трансформатора на место работы.
Ключевые технические характеристики
| Параметр | Типичное значение (IEC 60076) | Примечания |
|---|---|---|
| Номинальная мощность | 31,500 кВА | Рейтинги ONAN / ONAF различаются |
| Напряжение | 35 ± 8 × 1.25% / 10.5 кВ | Диапазон зависит от спецификации |
| Частота | 50 Гц | Доступны варианты 60 Гц |
| Векторная группа | YNd11 | Дельта НН, заземленная звезда ВН |
| Импеданс короткого замыкания | 8% (±7.5% допуск по IEC) | По IEC 60076-5 |
| Потребление без нагрузки | ~20–25 кВт | Значение серии GB/T 6451 |
| Потеря при нагрузке | ~130–150 кВт | При 75°C в качестве эталона |
| Ток холостого хода | ~0.6–0.81ТП3Т | Измерено при номинальном напряжении |
| Эффективность при полной нагрузке | > 99.51ТП3Т | Коэффициент мощности 1.0 |
| Метод охлаждения | ОНАН / ОНАФ | Обозначение IEC 60076-2 |
| Повышение температуры | 65K среднее обмотка | 40°C окружающая среда |
| Общий вес | ~50–60 метрических тонн | Включая масло |
| Стандарт | IEC 60076 серия | Также GB/T 6451 |
Мы должны уделять особое внимание эффективности. При работе на полной мощности и с коэффициентом мощности 1.0 трансформатор мощностью 31.5 MVA с потерей в холостом режиме 20 кВт и потерей при нагрузке 140 кВт достигает эффективности около 99.49%. Хотя 0.5% может показаться незначительным, после 25 лет службы и средней нагрузки 60% это может привести к накопительным потерям около 14–18 ГВтч, что обойдется примерно в $1.1–$1.7 миллиона при типичной промышленной цене на электроэнергию $0.08–$0.10 за кВтч. Вот почему капитализация потерь является неотъемлемой частью тендеров на трансформаторы в большинстве энергетических компаний, и именно поэтому TCO трансформатора обычно значительно превышает первоначальную цену его покупки.
| Элемент стоимости | 20 кВт потери в холостом режиме / 140 кВт потери при нагрузке | 25-летняя стоимость при $0.08/кВтч |
|---|---|---|
| Потери в холостом режиме (P0) | 20 кВт × 8,760 ч | $350,000 |
| Потери при нагрузке (Pk) при нагрузке 60% | 140 кВт × 0.36 × 8,760 ч | $882,000 |
| Общая стоимость потерь | — | $1,232,000 |
| Типичная цена покупки | FOB, китайский экспорт | $65,000–$110,000 |
Потери многократно превышают стоимость трансформатора за его жизнь — основная причина, по которой капитализация потерь должна быть в каждом тендере.
SZ11 против S11 против других типов 35kV
| Тип | Потребление без нагрузки | Переключатель отводов | Наилучшее соответствие | Относительная цена |
|---|---|---|---|---|
| S9 (наследие) | Эталонная база | Вне цепи | Бюджетный модернизация | Наименьший |
| S11 | ~30% ниже, чем у S9 | Вне цепи | Распределение с фиксированным соотношением | +10–15% против S9 |
| SZ11 | ~30% ниже, чем у S9 | Под нагрузкой (OLTC) | Сетевые системы с критическим напряжением | +20–35% против S11 |
| S13 | ~50% ниже, чем S9 | Вне цепи | Проекты с ультранизкими потерями | +25–40% против S9 |
| Аморфный (SBH15) | ~70% ниже, чем S9 | Варируется | Подстанции с высоким коэффициентом нагрузки | +40–60% против S9 |
Основное различие между SZ11 и трансформатором с фиксированным соотношением обычно будет заключаться в колебаниях напряжения. Например, если у вас есть сеть 35kV, которая стабильна, уровни напряжения на вводах останутся в пределах ±2.5%, когда изменения нагрузки происходят очень медленно, тогда трансформатор S11 или S13 с ручным переключателем, работающим на ±2 x 2.5%, будет выполнять свою задачу за гораздо меньшую первоначальную стоимость. Однако, если вы обеспечиваете колеблющуюся промышленную производственную деятельность или длинную линию вводов, принадлежащих объекту возобновляемой генерации, использование трансформатора OLTC окупится в терминах избежания отключений из-за недостаточного напряжения и повреждений от избыточного напряжения.
Типичные применения
- Подстанции сетей 110/35/10kV: SZ11 предлагает трансформаторную мощность 31.5 MVA и служит этапом трансформации 35 kV в 10.5 kV для вторичных подстанций, которые контролируют напряжение шины для всего региона.
- Промышленные предприятия: Крупные заводы по производству стали, переработке цемента, химическим приложениям или добыче минералов с двигателями или дугами приводят к падению уровня напряжения, что делает непрерывное регулирование выгодным.
- Сбор возобновляемой энергии: Солнечные станции или ветровые фермы, которые имеют очень большие колебания в процессе генерации; OLTC используется для обеспечения законной работы сбора шины.
- Городское распределение: Смешанные вводы, обеспечивающие как коммерческих, так и жилых потребителей, сталкивающихся с пиковыми нагрузками в вечернее время, нуждаются в некотором регуляторном обслуживании напряжения на уровне 95% от номинального.
- Электрифицированная инфраструктура: Центры обработки данных, транспортные сети и медицинские кампусы, где качество электроэнергии является предметом контракта.
Для многих из вышеупомянутых проектов трансформатор может работать на высоких уровнях регулирования напряжения в режиме ONAN охлаждения и на уровне до 100% номинальной нагрузки, а также принимать перегрузку на уровне 130% в течение двух часов с помощью вентиляторов, согласно рекомендациям IEC 60076-7. Одной из причин, почему трансформатор мощностью 31,5 МВА так популярен среди разработчиков и инженеров, является его высокая гибкость в эксплуатации.
Топовые бренды и ценовые категории
Класс 31,5 МВА — это поистине глобальный рынок. Ниже приведено ориентировочное сравнение цен; фактические цифры варьируются в зависимости от цены на медь, уровня потерь, бренда OLTC и направления.
| Бренд | Происхождение | Типичная цена (USD, FOB) | Примечания |
|---|---|---|---|
| ABB | Швейцария/Глобально | 1ТП4Т130,000–1ТП4Т190,000 | Премиум, глобальная сервисная сеть |
| Siemens Energy | Германия/Глобально | 1ТП4Т125,000–1ТП4Т185,000 | Сильные позиции на тендерах для коммунальных услуг |
| Hitachi Energy | Япония/Глобальный | 1ТП4Т130,000–1ТП4Т200,000 | Высокие характеристики, длительные сроки поставки |
| Хендай / Тошиба | Корея/Япония | 1ТП4Т110,000–1ТП4Т170,000 | Качество промышленного класса |
| Schneider Electric | Франция/Глобально | 1ТП4Т120,000–1ТП4Т175,000 | Фокус на распределении |
| Индийские производители (TBEA, EMCO) | Индия | $80,000–$120,000 | Конкурентоспособные для региональных проектов |
| Jiangsu Subian Electric Power | Китай | $65,000–$110,000 | Сертифицировано по IEC 60076, ориентировано на экспорт |
Международные организации, такие как ABB, Siemens Energy и Hitachi Energy, возглавляют развитие инженерной экспертизы и послепродажного обслуживания, поэтому их цены отражают их статус. Их основными конкурентами в области технологий являются китайские и индийские производители, которые могут удовлетворить большинство технологических требований по значительно более низким ценам благодаря полностью установленным цепочкам поставок для зерноориентированной стали, меди и изоляционных материалов.
В качестве примера компании, производящей надежные масляные трансформаторы мощностью до 110 кВ, Jiangsu Guomai Electric Co работает в соответствии со стандартами IEC 60076. Суточное производство Jiangsu Guomai включает современные трансформаторы 35/10.5kV SZ11-31500kVA, которые являются стандартным продуктом компании и изготавливаются и тестируются в соответствии с рекомендациями IEC 60076 по испытаниям материалов, включая потери, сопротивление и температуру. Ассортимент завода включает трансформаторы различных версий как для поставщиков электроэнергии, так и для подрядчиков по установке электрического оборудования в Азии, Африке и Южной Америке, включая трансформаторы, изготовленные на заказ. subian-electric.com для ассортимента продукции и тестовой документации.
Как выбрать этот трансформатор
- Подтвердите спецификацию потерь. Потери преобразуются в стоимость на протяжении всего срока службы. Сравните предложения на основе TCO от местного тарифа, а не только по первой цене.
- Укажите схему отводов. Решите, использовать ли ±8 × 1.25%, ±6 × 1.67% или ±3 × 2.5% в зависимости от напряженческой характеристики вашей сети. Не позволяйте производителю диктовать этот процесс.
- Выбирайте марку OLTC с умом. OLTC MR и ABB дороже, но обеспечивают более высокую надежность, в то время как универсальные OLTC могут сэкономить вам от $5,000 до $10,000 за счет более частого обслуживания.
- Убедитесь, что проверили стойкость к короткому замыканию. Запросите отчет IEC 60076-5 или обоснование проектирования, если в вашей сети происходят неисправности.
- Проверьте транспортные размеры. Длина устройства составляет около 4.5–5.5 метров, а весит оно 50–60 тонн. Убедитесь, что транспортировка по мостам или дорогам разрешена.
- Подтвердите режим охлаждения. Укажите только ONAN или ONAN/ONAF в случае ожидаемых перегрузок.
- Запросите полный FAT. Наблюдайте/снимайте на видео рутинные испытания и требуйте сертификаты испытаний как часть тендера.
Установка, испытания и обслуживание
Процесс установки трансформаторов с консервативным типом масла включает стандартную процедуру. Устройство поставляется с оборудованием для сухой транспортировки с азотом или с маслом, устанавливается на фундамент высотой 300 мм или выше для дренажа и подключается к башне вводов и кабельным коробкам. Следующие действия должны быть выполнены рабочей бригадой до включения устройства:
- Определите сопротивление изоляции на всех обмотках с помощью мегомметра. Для устройства, рассчитанного на 35kV, допустимое значение сопротивления изоляции составляет более 1000MΩ при 20°C.
- Проверьте диэлектрическую прочность масла трансформатора. Масло должно соответствовать минимальной диэлектрической прочности 50kV/2.5mm.
- Подтвердите с помощью реле Бухгольца и системы сброса давления, что цепи сигнализации и отключения работают правильно.
- Проведите операцию OLTC в полном диапазоне без нагрузки.
- Держите устройство в течение 168 часов без нагрузки, выполняя отбор проб DGA.
Рутинные проверки для устройства SZ11-31500 могут включать квартальную проверку воздухоотводчика, если его силикагель находится в розовом состоянии, а также ежегодный отбор проб масла для DGA и проверки состояния рабочей жидкости OLTC в соответствии с требованиями системы производителя.
| Деятельность | Частота | Ключевая проверка |
|---|---|---|
| Визуальный осмотр | Ежеквартально | Воздухоотводчик, силикагель, уровень масла, утечки, коррозия |
| Отбор образцов масла и DGA | Ежегодно | Ключевые газовые соотношения по IEC 60599 |
| Обслуживание OLTC | По количеству операций | Контакты, состояние масла, моторный механизм |
| Испытание защитного устройства | Ежегодно | Срабатывания газа/перепада давления Бухгольца, PRD, сигнализации |
| Сопротивление изоляции | Каждые 2–3 года | Тренды показаний мегомметра по сравнению с базовым уровнем |
Игнорирование трендов DGA является самой распространенной причиной преждевременных отказов, поэтому предусмотрите бюджет на контракт с лабораторией DGA, даже если сам трансформатор был дешевым.
Часто задаваемые вопросы
Сколько стоит трансформатор SZ11-31500kVA 35/10.5kV?
Грубая оценка показывает, что цена на печь китайского производства составляет около $65,000–$110,000 FOB, в то время как европейские или японские производители берут где-то в диапазоне $120,000–$190,000, не включая расходы на транспортировку, страхование или работы на месте. Окончательная оценка цены зависит от уровня потерь, марки OLTC, дополнительного оборудования и цен на медь на данный момент. Транспортировка единицы весом 50–60 тонн добавляет $8,000–$25,000, при этом общая стоимость зависит от расстояния между портами отправления и назначения.
Что на самом деле означает обозначение “SZ11”?
Здесь S представляет трехфазное обозначение, а Z обозначает переключатель отводов под нагрузкой, известный как “有载调压” на китайском. Число 11 указывает на то, что это конструкция, снижающая потери (она имеет примерно на 30% меньше потерь в холостом режиме, чем серия S9). Таким образом, обозначение SZ11 указывает на трехфазный трансформатор с переключателем отводов под нагрузкой на современных уровнях потерь 11-й серии в соответствии со спецификацией GB/T 6451.
Может ли этот трансформатор работать в системах на 60 Гц?
Ответ — да, благодаря переработанным характеристикам сердечника и обмотки. Выбор частоты между 50/60 Гц будет влиять на плотность магнитного потока, и поэтому размеры сердечника всегда должны указывать рабочую частоту в запросе, так как пересчет номинальных значений мотора по 50 Гц не может быть напрямую перенесен на 60 Гц без проверки потерь в холостом режиме и пределов насыщения.
Как часто требуется обслуживание переключателя отводов под нагрузкой?
Переключатель отводов под нагрузкой (OLTC) типа резистора, погруженный в масло, должен проверяться после каждых 50,000 до 100,000 операций или через 5–7 лет, в зависимости от того, что наступит раньше. OLTC типа вакуума могут достигать около 150,000 до 200,000 операций до проверки. Отслеживайте количество операций с помощью счетчика механизма мотора и следуйте графику производителя OLTC, так как это, вероятно, будет происходить чаще, чем у трансформатора.
Почему выбрать 10.5 кВ вместо 10 кВ или 11 кВ на стороне НН?
5 кВ стал установленным проектным напряжением для китайских распределительных систем класса 10 кВ, где номинальное напряжение составляет 10 кВ с допуском 5%. Внедрение проектного напряжения 10.5 кВ учитывает падение импеданса трансформатора в процессе нагрузки, при этом напряжение в режиме холостого хода регулируется до примерно 10.5 кВ, а загруженная шина выдает напряжение 10 кВ. В районах, где применяются сети 11 кВ, которые широко используются в странах Азии и Ближнего Востока, следует упоминать 11 кВ.
Ссылки
- IEC 60076-1: Трансформаторы мощностью – Часть 1: Общие сведения — Определяет номиналы, отводы и требования к повышению температуры для силовых трансформаторов.
- IEC 60076-5: Способность выдерживать короткое замыкание — Указывает требования к стойкости к короткому замыканию и процедуры испытаний.
- IEC 60296: Жидкости для электротехнических приложений – Минеральные изоляционные масла — Устанавливает требования к качеству трансформаторного изоляционного масла.
- IEEE C57.12.00: Стандарт для распределительных и силовых трансформаторов, погруженных в жидкость — Североамериканский аналог IEC 60076, полезный для сравнения.
- Maschinenfabrik Reinhausen (MR) трансформаторы с переключателями под нагрузкой — Документация производителя по эксплуатации и интервалам обслуживания OLTC.
- Трансформаторы Hitachi Energy — Справочная информация о продукте для крупных силовых трансформаторов и систем OLTC.
- Официальный сайт Jiangsu Subian Electric Power — Ассортимент продукции производителя, сертификаты и контактная информация.
Заключение
Трансформатор SZ11-31500kVA 35/10.5kV с масляным охлаждением и переключателем под нагрузкой предназначен для использования в сетях среднего напряжения с стабильным напряжением при изменениях условий нагрузки. Он достигает выдающейся эффективности благодаря использованию типа масляного охлаждения, который включает в себя консерватор и возможность изменения отводов в любой момент с эффективностью более 99.5%. Важные моменты, которые следует учитывать:
- Подготовьте бюджет в размере $65,000-$110,000 FOB за единицу из Китая; европейские и японские бренды будут стоить дороже.
- Рассчитайте потери по концепции жизненного цикла, так как они превысят стоимость оборудования через 25 лет.
- Умышленно выбирайте бренд OLTC и диапазон отводов, так как они определяют затраты на эксплуатацию в долгосрочной перспективе.
- Планируйте транспортировку, испытания установки и регулярное обслуживание DGA с первого дня.
Если вы ищете производителей, Jiangsu Subian Electric Power предоставит вам оборудование SZ11, соответствующее IEC 60076, по экспортным ценам, предоставив документацию о заводских испытаниях по вашему запросу. Ознакомьтесь с их ассортиментом на subian-electric.com перед тем, как окончательно утвердить свой список тендеров.