Стоя перед недавно доставленным распределительным трансформатором мощностью 500 кВА на вашем участке подстанции, вы сталкиваетесь с заводским актом передачи, в котором перечислены двадцать деталей, с которыми вы едва знакомы. Однако, даже если вы чувствуете себя неуверенно в отношении основных частей трансформатора, тот факт, что трансформатор поставляется с 12-месячной гарантией, ничего не значит, так как вы не можете определить, был ли сердечник произведен на одобренном заводе или соответствуют ли изоляторы требованиям стандарта IEC 60137. Пробел в знаниях часто проявляется в виде высоких показаний температуры масла, неисправных переключателей отводов или неудачных диэлектрических испытаний.
Эта статья описывает основные компоненты трансформатора для потенциальных покупателей – от сердечника до консерватора и от охлаждающих радиаторов до различных видов аксессуаров. Вы узнаете назначение каждой части вместе с применимыми стандартами, дефектами, на которые следует обратить внимание, а также ориентировочными ценами на 2024 год.
Каковы ключевые компоненты трансформатора?
Используя электромагнитную индукцию, сердечник трансформатора обеспечивает средство передачи электричества между цепями, состоящее всего из трех основных частей: сердечник обеспечивает оптимальный путь для магнитного потока, обмотки проводят электричество, а изоляционная система гарантирует, что две цепи остаются изолированными.
Для трансформаторов с масляным погружением основные компоненты включают:
– Сердечник – изготовлен из слоеной или намотанной ламинации электрической стали, ориентированной по зерну (тип CRGO), толщина которой варьируется от 0,23 до 0,35 мм, с содержанием кремния около 3%.
– Обмотка – изготовлена из медной или алюминиевой проволоки, которая может быть расположена в концентрических или слоистых слоях, обмотка изолирована с использованием бумаги, эмали или Nomex для сухих типов.
– Отвод – может быть в форме переключателей отводов вне цепи, также известных как переключатели отводов без нагрузки (DETC), или переключателей отводов под нагрузкой (OLTC).
– Изолятор – может быть изготовлен из фарфора или эпоксидных/крипажных материалов, которые используются для передачи тока через крышку трансформатора, оцененные в соответствии со стандартом IEC 60317.
– Резервуар – это корпус, оснащенный расширительным сосудом для стабильности масла в зависимости от изменения температуры.
– Система охлаждения – включает такие элементы, как гофрированные ребра, конвекционные охладители и масляный насос для циркуляции масла.
– Защитные устройства – включают реле Бухгольца, устройство сброса давления и индикатор температуры масла (OTI).
Определение может быть полезно для покупателей, так как каждый из таких компонентов имеет свои соответствующие стандарты и может испытывать различные неисправности.
Как компоненты трансформатора работают вместе
Когда переменное напряжение подается на первичную обмотку, оно намагничивает сердечник и индуцирует напряжение во вторичной обмотке, пропорциональное соотношению витков. Сердечник концентрирует магнитный поток, так что связь между обмотками почти идеальна, а переключатель отводов регулирует соотношение витков для компенсации дрейфа напряжения в сети. Тем временем система охлаждения удаляет тепло, генерируемое потерями I²R в обмотках и потерями в сердечнике от гистерезиса и вихревых токов.
Типичный трансформатор с масляным погружением мощностью 1,000 кВА при полной нагрузке производит около 8-12 кВт общих потерь, разделенных примерно 60/40 между потерями нагрузки и потерями без нагрузки. Радиаторы и естественная конвекция масла обеспечивают охлаждение ONAN до примерно 2,500 кВА; сверх этого вентиляторы (ONAF) увеличивают мощность на 30-35%, а принудительная циркуляция масла (OFAF) используется на крупных силовых трансформаторах. Реле Бухгольца располагается в трубе между баком и консерватором и срабатывает при накоплении газа выше 250-300 см³ или при всплеске масла выше 1 м/с, улавливая внутренние неисправности до того, как они станут катастрофическими.
Понимание этого взаимодействия помогает вам читать отчет о тестировании. Если потери без нагрузки превышают допустимое значение IEC 60076-1 в +15%, в то время как соотношение витков правильное, сердечник из стали подозрителен. Если напряжение импеданса выходит за пределы допустимого диапазона ±7.5%, геометрия обмотки или расстояния изоляции были изменены, что также сдвигает механическую прочность в условиях короткого замыкания.
Компоненты сердечника по функции
| Компонент | Функция | Типичный материал / тип | Соответствующий стандарт |
|---|---|---|---|
| Сердечник | Обеспечивает путь магнитного потока | CRGO кремнистая сталь, ламинации 0.23-0.35 мм | IEC 60076-1, IEEE C57.12.00 |
| Обмотки | Передает энергию через соотношение витков | Электролитическая медь или алюминий, изолированные бумагой/CTP | IEC 60076-1 |
| Переключатель отводов | Регулирует соотношение витков для контроля напряжения | Вне цепи (DETC) или под нагрузкой (OLTC) | IEC 60214-1 |
| Вводы | Пропускает проводники через стенку бака | Фарфор, композит, RIP; до класса 1,050 кВ | IEC 60137 |
| Изоляционная система | Электрическая изоляция + охлаждающая среда | Минеральное масло, эфирная жидкость, прессованная бумага, бумага | IEC 60296 |
| Охлаждающие радиаторы | Рассекает потери в сердечнике + нагрузке | Радиаторы типа "плавник", вентиляторы, масляные насосы | IEC 60076-2 |
| Консерватор и воздухоотводчик | Компенсирует расширение масла; удаляет влагу | Резиновая диафрагма, силикагель | IEC 60076-1 |
| Защитные устройства | Обнаруживает неисправности, защищает актив | Реле Бухгольца, PRV, OTI/WTI | IEC 60076-22-1 |
Основные компоненты против аксессуаров
Признание различия между “ключевыми компонентами” и “дополнениями” значительно влияет на ваш подход к переговорам о цене. Когда возникает неисправность в ключевом компоненте, это обычно приводит к полной перемотке или замене его сердечника, в отличие от неисправности дополнения, которая обычно требует простой замены детали. В этом контексте ваш запас запасных частей и общая стоимость владения сильно зависят от различия между этими двумя группами.
| Аспект | Основные компоненты | Аксессуары |
|---|---|---|
| Примеры | Сердечник, обмотки, бак, вводы, переключатель отводов | Термометры, осушители, клапаны, колеса, табличка |
| Доля цены трансформатора | 75-85% | 15-25% |
| Последствия отказа | Устройство вне службы в течение недель | Заменено на месте за часы |
| Типичный срок службы | 25-40 лет | 5-15 лет (реле, прокладки) |
| Фокус на заводских испытаниях | Полные рутинные испытания по IEC 60076-1 | Визуальные, функциональные, калибровочные |
Распространенная ошибка заключается в запросе “полностью укомплектованной” сметы, не указывая никаких аксессуаров, а затем узнавая, что дополнительные элементы стоят дороже. Включите в вашу техническую спецификацию название каждого аксессуара для сравнения цен.
Спецификации компонентов для проверки
Когда вы получаете технический паспорт трансформатора, это те числовые показатели компонентов, на которые стоит обратить внимание перед сравнением цен:
| Параметр | Что проверить | Типичное значение (1,000 кВА, 11/0.4 кВ) |
|---|---|---|
| Потребление без нагрузки | Марка стали сердечника и качество соединений | 1,100-1,600 Вт |
| Потеря при нагрузке | Материал обмотки и размеры проводников | 10,000-13,000 Вт |
| Напряжение импеданса | Конструкция на выдерживание короткого замыкания | 5.0-6.0% |
| Диапазон отводов | Шаги OLTC и диапазон напряжения | ±5% в 2.5% шагах, или 15-17 шагов для OLTC |
| Уровень изоляции | Выдержка LI/AC для класса системы | 75/28 кВ для класса 12 кВ |
| Качество масла | Напряжение пробоя перед заливкой | ≥50 кВ по IEC 60296 для нового масла |
| Повышение температуры | Запас по конструкции охлаждения | 65 K верхнее масло, 78 K горячая точка (IEC) |
Рекомендуется запросить сертификат на сталь сердечника (например, Baosteels 23ZH90 или 27ZH100, Nippon Steel или ThyssenKrupp) и сертификат на медный проводник, подтверждающий его проводимость 99.9%, так как эти два документа раскрывают самые популярные уловки для снижения затрат в отрасли. Наиболее распространенные схемы включают использование переработанной меди и снижение толщины ламинации до 0.35 мм, что позволяет увеличить потери в холостом режиме на 10-15%.
Применения на разных уровнях напряжения
Несмотря на наличие схожих элементов, компоненты, которые они используют, и их конфигурация различаются от одного применения к другому. Например, распределительные трансформаторы требуют высокой перегрузочной способности и низкого обслуживания; поэтому они используют охлаждение ONAN, переключатели отводов вне цепи и стандартные сердечники CRGO. В то время как в случае силовых трансформаторов, из-за высоких затрат на отказы, силовые трансформаторы требуют регулировки напряжения OLTC, принудительного охлаждения и консерваторов с защитой Бухгольца.
У возобновляемых проектов есть свои проблемы. Например, ветровые и солнечные электростанции используют специальные трансформаторы повышающего напряжения, которые должны поддерживать колеблющиеся нагрузки и переключения. Кроме того, накопление энергии заставляет трансформаторы работать в двунаправленном режиме, что создает нагрузку на переключатели отводов и вводы.
Ведущие бренды и ценовые диапазоны для компонентов
Когда речь идет о распределительных трансформаторах, не принято покупать компоненты по отдельности, скорее вы склонны покупать готовое устройство. Однако, при покупке запасных частей или спецификаций, знание ценовых диапазонов может помочь в торгах. Ниже приведены цены, которые представляют собой ориентировочные ценовые диапазоны на 2024 год и корректируются в зависимости от спецификации, бренда и региона.
| Артикул | Бренды / Поставщики | Ценовой диапазон | Примечания |
|---|---|---|---|
| Сталь сердечника CRGO | Баостил, Ниппон Стил, ТиссенКрупп | $1,500-$3,200 / тонна | Класс 23ZH90 более высокая стоимость |
| Медь обмоточный провод | Luvata, Liljedahl, местные заводы | $8,500-$10,500 / тонна | Трек LME медь |
| Внецепной переключатель | АББ, Рейнхаузен, Шанхай Хуамин | $200-$1,500 / единица | Низковольтный рейтинг дешевле |
| Регулятор отводов под нагрузкой (OLTC) | Рейнхаузен, ABB, Hitachi Energy | $3,000-$15,000 / единица | Вакуумный тип на высоком уровне |
| ВВ вводы | ABB, HSP, Trench, местные производители керамики | $150-$3,000 / единица | Зависит от напряжения и пробега |
| Реле Бухгольца | MR, Comem, JD, местные бренды | $80-$400 / единица | Пороговые значения газа и импульсного отключения |
| Полный трансформатор на 100 кВА | Jiangsu Subian Electric Power, TBEA, местные ОЕМ | $2,500-$5,000 FOB | Маслонаполненный, стандартный CRGO |
| Полный трансформатор на 1,000 кВА | Jiangsu Subian Electric Power, TBEA, местные ОЕМ | $15,000-$30,000 FOB | Зависит от гарантии потерь |
Компании, такие как ABB, Siemens и Schneider, занимают лидирующие позиции среди производителей OLTC, вводов и реле, и известны своей надежностью и качеством. В случае крупных распределительных трансформаторов компании, обслуживающие этот рынок в Северной Америке и Европе, - это Hitachi Energy и Prolec GE. Когда клиенты сталкиваются с выбором между высококачественными продуктами ОЕМ и ценой, они все чаще склоняются к покупке у Jiangsu Subian Electric Power, которая производит маслонаполненные и сухие распределительные трансформаторы, соответствующие требованиям IEC 60076, и экспортирует свою продукцию клиентам в Азии, Африке, на Ближнем Востоке и в Южной Америке. Ключевым моментом является основание решения о покупке на тестах, а не на ценах.
Как выбрать компоненты в качестве покупателя
Следуйте этому контрольному списку, когда оцениваете предложение на трансформатор, чтобы компоненты соответствовали вашим реальным условиям эксплуатации:
- Сначала определите бюджет потерь. Потери капитализируются на 20-30 лет; разница в 1 кВт при $0.10/кВтч стоит примерно $8,760 в год. Установите допустимые потери в холостом и нагруженном режимах перед запросом цен.
- Подтвердите класс стали сердечника. Попросите сертификат завода. Высококачественный CRGO 0.23-0.27 мм снижает потери в холостом режиме, но добавляет 5-10% к стоимости; это окупается, когда трансформатор работает с легкой нагрузкой.
- Выбирайте материал обмотки осознанно. Медь стоит дороже, но лучше выдерживает перегрузки и является стандартом для критических нагрузок; алюминий приемлем для слабо нагруженного сельского распределения, где доминирует начальная стоимость.
- Соответствуйте переключателю отводов сети. Если ваше напряжение питания колеблется более чем на ±5%, инвестируйте в OLTC. Для стабильных сетей достаточно переключателя отводов вне цепи на ±2.5% и ±5%.
- Укажите вводы для вашей среды. Прибрежные и промышленные площадки требуют вводов с увеличенным пробегом (специфический пробег ≥ 25 мм/кВ для высокого класса загрязнения по IEC 60815).
- Проверьте класс охлаждения в соответствии с профилем нагрузки. ONAN подходит для большинства распределительных задач; запросите возможность ONAF, если ожидаете пиковые перегрузки.
- Запросите список запасных частей. Разумный пакет включает один комплект прокладок, запасной воздухоотводчик и запасные индикаторы температуры, чтобы вы не ждали недели из-за поломки.
Проверка и обслуживание на заводе
Перед отправкой желательно участвовать в заводском приемочном тесте или FAT хотя бы один раз, если не провести его обзор. Стандартные испытания в соответствии со стандартами IEC 60076-1 включают измерение сопротивления обмотки, коэффициента трансформации, потерь при нагрузке, потерь без нагрузки, различные диэлектрические испытания и испытание на повышение температуры на образце устройства. Если MVA (Мегавольт-ампер) превышает 3,15 MVA, вы должны настаивать на получении испытания на стойкость к короткому замыканию, которое гарантирует, что обмоточные системы могут выдерживать такую неисправность.
После ввода устройства в эксплуатацию детали, требующие внимания, не меняются. Убедитесь, что проверяете силикагельный воздухоотводчик каждый месяц и заменяете его, как только 60-70% кристаллов окрасятся. Также необходимо отбирать образцы масла каждый год для проверки пробивного напряжения, кислотности, а также анализа растворенных газов (DGA). Масло считается нормальным, если его минимальное пробивное напряжение составляет 50 кВ и нет увеличения уровней водорода или ацетилена. Также следует проверять поверхность вводов на наличие трещин каждый раз при отключении и использовать переключатели с отводом цепи раз в год, так как коррозия возникает, если контакты остаются статичными.
| Задача по обслуживанию | Частота | Компонент, который охватывается |
|---|---|---|
| Проверка воздухоотводчика / замена геля | Ежемесячно | Консерватор, воздухоотводчик |
| Отбор образцов масла и DGA | Ежегодно | Изоляционная система |
| Термографическое сканирование клемм | Каждые 6 месяцев | Вводы, кабельные коробки |
| Проверка переключателя | Ежегодно | DETC / OLTC |
| Тест функции реле | Каждые 2 года | Бухгольц, ПРВ, ОТИ/ВТИ |
| Обзор тренда растворенных газов | Ежегодно | Состояние сердечника и обмоток |
Часто задаваемые вопросы
Какой компонент трансформатора выходит из строя чаще всего?
Отчеты о сбоях в электросетях часто указывают на вводы и переключатели как на компоненты с наивысшими показателями отказов. Вместе они составляют примерно 20% до 30% всех вынужденных отключений трансформаторов. Это также причина, по которой вводы с увеличенной длиной утечки и ежегодная эксплуатация экономайзеров полезны в загрязненных условиях.
В чем разница между DETC и OLTC?
DETC можно включать только когда трансформатор отключен от сети и обычно он имеет три или пять положений, обеспечивая выход ± 2.5% и ±5% соответственно. OLTC предназначен для работы под нагрузкой с многочисленными переключателями, до 17 или 27 положений и стоит в диапазоне 3000-15000 в зависимости от мощности. Если требуется автоматическое регулирование напряжения или если отклонение напряжения превышает ±5%, следует использовать OLTC; в противном случае использование DETC более уместно.
Почему сердечник является самым дорогим отдельным компонентом?
Сталь сердечника CRGO составляет около 25-35% от стоимости материалов трансформатора, потому что количество большое, а сама сталь дорогая. Устройство мощностью 1,000 кВА использует примерно 1.2-1.8 тонны сердечниковой стали, что при цене $1,500-$3,200 за тонну быстро накапливается. Выбор сорта имеет значение: переход от ламинаций 0.35 мм к 0.23 мм снижает потери в холостом режиме на 10-15%, но увеличивает стоимость стали на 5-10%.
Сколько стоят заменяемые изоляторы?
Изолятор класса 12 кВ для распределительного трансформатора обычно стоит $150-$500, в то время как изоляторы класса 33 кВ стоят $500-$1,500, а устройства класса 110 кВ достигают $2,000-$3,000 и более. Цена зависит от типа изоляции (фарфор против композитного материала), длины утечек для класса загрязнения и включает ли он трансформатор тока для защиты и измерения.
Могу ли я купить трансформатор без OLTC и сэкономить деньги?
Это правда, что OLTC добавляет около 8-15% к общей стоимости трансформатора. Вы могли бы сэкономить на стоимости OLTC, если входное напряжение стабильно, а также требования к нагрузке. OLTC также полезен для возобновляемых или коммерческих нагрузок, поскольку существуют колебания уровней напряжения.
Ссылки
- IEC 60076-1: Силовые трансформаторы – Общие сведения – Международный стандарт, охватывающий номиналы, методы испытаний и допуски для силовых и распределительных трансформаторов.
- IEC 60214-1: Переключатели отводов – Требования к производительности и испытаниям для переключателей отводов под нагрузкой и вне цепи.
- IEC 60137: Изолированные изоляторы для переменных напряжений выше 1,000 В – Размерные, диэлектрические и требования к загрязнению для изоляторов.
- IEC 60296: Жидкости для электротехнических приложений – Неиспользуемые минеральные изоляционные масла – Параметры качества масла, включая напряжение пробоя и пределы кислотности.
- IEEE Std C57.12.00 – Общие требования для распределительных, силовых и регулирующих трансформаторов, погруженных в жидкость, используемых на североамериканских рынках.
- Стандарты NEMA для трансформаторов – Североамериканские стандарты энергоэффективности и строительства, включая NEMA TP-1 для распределительных трансформаторов.
- Jiangsu Subian Electric Power – Производитель трансформаторов, сертифицированный по IEC 60076, предлагающий распределительные и силовые трансформаторы с масляным погружением и сухого типа.
Заключение
Когда дело касается трансформаторов, важно знать о компонентах при расходовании денег. Ключевые компоненты трансформатора, а именно сердечник, обмотка, переключатель отводов, изоляторы и система охлаждения, обеспечивают его эффективность и надежность, а стоимость этих компонентов составляет 80-90% от цены. Бюджет потерь покупателя должен быть определен в первую очередь, затем он должен проверить сертификаты сердечника из стали и меди, убедиться, что компоненты соответствуют требованиям конкретной сети и окружающей среды, и только после этого он должен запросить отчеты об испытаниях и произвести оплату.
В случае, если вы ищете купить распределительные трансформаторы или силовые трансформаторы, Jiangsu Subian Electric Power производит трансформаторы, которые соответствуют стандартам IEC 60076 и предлагает подробную информацию о компонентах и отчетах о тестировании. Все, что вам нужно сделать, это предоставить ваш бюджет потерь и соответствующую информацию об условиях эксплуатации.