Планировщик распределения смотрит на карту сети региона, который все еще растет. Хотя магистраль 110 кВ хорошо развита, проблема заключается в распределительных линиях 10 кВ, которые расположены на конце каждого ответвления 35 кВ: самые удаленные деревни получают только 9,2 кВ в вечерний пик нагрузки, в то время как на шине подстанции, расположенной рядом со станцией 110/35 кВ, можно увидеть 10,8 кВ. Решения проблемы в виде новых линий нет — коммунальное предприятие не может позволить себе эти инвестиции в текущем году, но можно лучше понять позиционирование и размеры масляных трансформаторных станций 35 кВ, которые расположены между двумя уровнями напряжения, где они понижают, регулируют и распределяют электричество по всем выходам ниже.
Статья предоставляет описание ситуации с масляным трансформатором 35 кВ и объясняет, почему это оборудование считается ключевым узлом электрической сети, как оно соотносится с иерархией 110/35/10 кВ, какие спецификации имеют значение на этом уровне и какова их цена, а также как клиентам из развивающихся экономик следует с этим справляться.
Трансформатор 35 кВ относится к масляному трансформатору, который помогает снизить высокое напряжение, обычно номиналом 110 кВ или 66 кВ, до уровня переключателей около 10 кВ и даже ниже до номинала трансформатора 400 В. Обычно используемый трансформатор имеет номинал где-то между 3,150 кВА и 31,500 кВА, в то время как эффективность устройства превышает 99%. Приобретение трансформатора должно основываться на результатах испытаний, влиянии производителя на потери трансформатора, а также уровне обслуживания электрического оборудования, а не только на стоимости покупки.
Роль уровня напряжения 35 кВ
Распределение электроэнергии происходит по слоям, поскольку передача на низком напряжении на большие расстояния нецелесообразна. Уровень 35 кВ играет важную роль во многих сетях по всему миру, находясь между уровнями распределения 10-20 кВ и уровнями передачи 110-220 кВ. В Китае и во многих регионах Азии, Африки, Ближнего Востока и частях Европы 35 кВ является стандартным под-трансляционным напряжением, позволяющим собирать электроэнергию от подстанций 110 кВ и поставлять электроэнергию на распределительные линии 10 кВ, производственные предприятия и крупных потребителей электроэнергии.
Но почему 35 кВ, а не более высокое или низкое напряжение? Это уровень, который оптимален для коммунальных компаний, поскольку они способны обслуживать несколько сотен квадратных километров, используя практическое количество подстанций и воздушных линий. При 10 кВ распределение электроэнергии от подстанций 110 кВ привело бы к примерно тройному увеличению токов на линиях, что потребовало бы значительно больших объемов меди или алюминия. Практически везде увеличение напряжения до 110 кВ значительно увеличивало бы расходы, связанные с подстанциями.
Что делает трансформатор 35 кВ ключевым узлом
Трансформаторы являются узловыми точками, где одновременно изменяются напряжение, защита и управление. В электрической подстанции 35кВ масляный трансформатор является самым дорогим устройством, так как именно он обеспечивает электроэнергией все вторичные линии. Поэтому, если он выйдет из строя, подача электроэнергии всем пользователям также будет потеряна (до 100 распределительных подстанций или тысячи пользователей). Если трансформатор слишком велик, коммунальное предприятие понесет затраты на потери без нагрузки в течение многих лет. Если трансформатор слишком мал, горячие точки повредят изоляцию.
Будучи трансформатором 35кВ, он также является узлом управления. Это связано с наличием переключателей под нагрузкой, которые стабилизируют напряжение на уровне 10кВ во время колебаний нагрузки. Если трансформатор не может поддерживать это, напряжение будет колебаться в соответствии с кривой нагрузки в течение всего дня. Трансформатор 35кВ также является экономическим узлом, и уровень потерь, импеданс и положение отводов будут влиять на эксплуатационные расходы и надежность всей сети.
Типы масляных трансформаторов 35кВ
| Тип | Типичное номинование | Переключатель отводов | Типичное использование |
|---|---|---|---|
| Распределительный тип (35/0.4кВ) | 315–2,500 кВА | Вне цепи | Поставка для деревень и малых городов |
| Энергетический тип (35/10.5кВ) | 3,150–31,500 кВА | Под нагрузкой или вне цепи | Понижающая подстанция |
| Повышающий тип (генератор) | 5,000–50,000 кВА | Обычно вне цепи | Возобновляемые и малые тепловые станции |
| Трехобмоточный тип (35/10/6кВ) | 6,300–31,500 кВА | Под нагрузкой на ВН | Подстанции смешанного напряжения |
| Сельская / однофазная | 50–200 кВА | Ничего | Удаленное однофазное распределение |
Большинству клиентов будут продаваться либо небольшие распределительные системы (35/0.4кВ), отвечающие за подачу электроэнергии в местные деревни, либо более крупные энергетические системы (35/10.5кВ или 35/10кВ), которые обслуживают фабрики и подстанции. Устройства мощностью 6.3–20 МВА являются наиболее широко используемыми, достаточно большими для обеспечения хорошего инженерного качества и достаточно доступными по стоимости доставки и установки.
Ключевые спецификации и стандарты
Все трансформаторы 35кВ строятся и тестируются в соответствии с серией IEC 60076 (или параллельным стандартом IEEE C57.12.00 в Америке). Важные параметры для 35кВ:
| Параметр | Типичное значение | Примечания |
|---|---|---|
| Выдержка импульса молнии | 170 кВп | IEC 60076-3, класс 35кВ LI |
| Испытание на выдержку при рабочей частоте | 70 кВ | Испытание переменным током согласно IEC 60076-3 |
| Импеданс короткого замыкания | 7–8% | IEC 60076-5 |
| Повышение температуры обмотки | 65K в среднем | При температуре окружающей среды 40°C |
| Векторная группа | YNd11 (35/10.5кВ) | Или Dyn11 для 35/0.4кВ |
| Эффективность | 99.0–99.5% | Зависит от номинала и уровня потерь |
| Охлаждение | ОНАН / ОНАФ | IEC 60076-2 |
| Уровни потерь | GB/T 6451 или класс IEC | Применяются классы эффективности GB 20052 |
При 35 кВ важно внимательно учитывать импеданс. Более низкий импеданс (7%) снижает падение напряжения, но увеличивает ток короткого замыкания, что создает нагрузку на оборудование и на обмотки самого трансформатора. Более высокий импеданс (8-9%) снижает ток короткого замыкания, но ухудшает регулирование напряжения. Достаточные значения определяются в зависимости от уровня короткого замыкания сети и от номинала оборудования подстанции, поэтому следует проявлять осторожность и проводить правильную координацию всех изучаемых схем перед изменением импеданса.
Размеры и характеристики нагрузки
Для определения размеров трансформатора 35 кВ необходимо тщательно учитывать 3 параметра нагрузки:
- Пиковый спрос – это наивысшая совпадающая нагрузка в кВА, полученная из опросов нагрузки или показаний счетчиков; трансформатор должен быть способен управлять этой нагрузкой постоянно в режиме базового охлаждения.
- Средний коэффициент нагрузки – рассчитывается с учетом годового среднего значения и делением его на пиковую нагрузку. Если коэффициент нагрузки высокий (около 0,7 и выше), рекомендуется использовать конструкции с низкими потерями в холостом режиме; если коэффициент нагрузки низкий, предпочтительнее низкая начальная стоимость.
- Запас на рост – как правило, этот коэффициент составляет около 15-25% от запланированного срока службы, но только если план сети это позволяет. Слишком большой трансформатор не принесет прибыли.
В качестве одного из примеров использования подстанций 35/10,5 кВ можно сказать, что трансформатор мощностью 10 МВА будет достаточен для города с примерно 8000-15000 семей или мини-промышленностью.
| Номинал (35/10,5 кВ) | Типичная обслуживаемая нагрузка | Типичное применение |
|---|---|---|
| 3,15 МВА | 2000–5000 домохозяйств или малое промышленное | Сельские подстанции, небольшие заводы |
| 6,3 МВА | 4000–8000 домохозяйств | Подстанции городов |
| 10 МВА | 8000–15000 домохозяйств / средний бизнес | Районные подстанции |
| 20 МВА | 15000–30000 домохозяйств | Городское распределение |
| 31,5 МВА | 30000+ домохозяйств / крупный промышленный комплекс | Основные подстанции |
Коэффициент нагрузки и сценарии роста влияют на эти цифры, и они являются инструментом планирования, а не заменой для исследования нагрузки.
Трансформатор 31,5 МВА используется в крупной городской зоне или промышленном объекте. Типичный распределительный трансформатор на 35/0,4 кВ имеет мощность от 400 до 1000 кВА в зависимости от района, в соответствии с теорией исследований нагрузки, уже рассмотренной на одном уровне ниже.
Позиция в иерархии сети
Место трансформатора 35 кВ в сетевой структуре лучше всего видно в виде таблицы:
| Уровень напряжения | Типичное оборудование | Функция |
|---|---|---|
| 220/110 кВ передача | Крупные силовые трансформаторы 63–400 МВА | Массовая передача на большие расстояния |
| 110/35 кВ под-передача | Силовые трансформаторы 20–63 МВА | Питает региональную сеть 35 кВ |
| 35/10 кВ распределение | Масляные трансформаторы 3,15–31,5 МВА | Понижает напряжение для 10 кВ линий |
| 10/0,4 кВ последний километр | Распределительные трансформаторы 50–2000 кВА | Последний шаг к потребительскому напряжению |
Уровень напряжения 35/10 кВ действует как “стебель” узла распределения. Это также точка, в которой сеть становится радиальной, где защитные зоны уменьшаются, и где регулирование напряжения достигает своей последней возможности перед тем, как линии подают нагрузки на уличные трансформаторы. Именно поэтому сбой трансформатора 35 кВ вызывает такие широкие последствия; это стебель, и все, что следует за ним, теряет питание.
| Рейтинг | Потери в холостом режиме (индикативные) | Потери нагрузки (индикативные) | Эффективность при полной нагрузке |
|---|---|---|---|
| 3,15 МВА | ~4,5 кВт | ~20 кВт | >99,21% |
| 10 МВА | ~10 кВт | ~50 кВт | >99,41% |
| 20 МВА | ~18 кВт | ~95 кВт | >99,41% |
| 31,5 МВА | ~22 кВт | ~140 кВт | >99.51ТП3Т |
Ведущие бренды и ценовые диапазоны
Рынок 35 кВ обслуживается каждым крупным производителем трансформаторов. Представительные цены FOB на силовые трансформаторы 35/10.5 кВ:
| Бренд | Происхождение | Цена 3.15 МВА | Цена 10 МВА | Цена 31.5 МВА |
|---|---|---|---|---|
| Hitachi Energy | Япония/Глобальный | 1ТП4Т38,000–1ТП4Т52,000 | $55,000–$82,000 | 1ТП4Т130,000–1ТП4Т200,000 |
| ABB | Швейцария/Глобально | 1ТП4Т35,000–1ТП4Т48,000 | $52,000–$78,000 | 1ТП4Т130,000–1ТП4Т190,000 |
| Siemens Energy | Германия/Глобально | $34,000–$47,000 | $50,000–$75,000 | 1ТП4Т125,000–1ТП4Т185,000 |
| Schneider Electric | Франция/Глобально | 1ТП4Т32,000–1ТП4Т44,000 | $48,000–$72,000 | 1ТП4Т120,000–1ТП4Т175,000 |
| Toshiba / Hyundai | Япония/Корея | 1ТП4Т30,000–1ТП4Т42,000 | $46,000–$68,000 | 1ТП4Т110,000–1ТП4Т170,000 |
| Jiangsu Subian Electric Power | Китай | $18,000–$30,000 | $28,000–$48,000 | $65,000–$110,000 |
Различия в ценах отражают глубину инженерии, возможности мониторинга полевых служб и риск бренда каждого значимого производителя и не представляют собой чистую наценку. Более престижные производители имеют за собой десятилетия доказательств неудач, многочисленные типовые испытания и мировые службы запасных частей. Коммунальные компании, которые полагаются на критическую, но единственную установку, могут принять премию. При установках с высоким объемом, где доступна местная служба, компании из Китая предлагают эквивалент испытаний IEC 60076 по ценам ниже 40-50%.
Jiangsu Subian Electric Power — это компания из Китая, которая продает масляные трансформаторы с напряжением 35 кВ от 3.15 МВА до 31.5 МВА, включая модели 35/10.5 кВ, 35/0.4 кВ и трехобмоточные трансформаторы в соответствии с IEC 60076. Subian представила свою продукцию в Азии, Африке, на Ближнем Востоке и в Южной Америке, чтобы поддержать коммунальные службы и EPC-контракторов как с стандартным, так и с индивидуальным уровнем потерь, а также соответствующими отчетами о приемочных испытаниях на заводе. Subian — хороший выбор для планировщиков коммунальных услуг, которым нужны их трансформаторы 35 кВ в рамках бюджета и в соответствии со стандартами IEC. Подробности о продукте и сертификаты находятся на subian-electric.com.
Как закупить трансформатор 35 кВ
- Убедитесь, что спецификация исключает неоднозначность. Укажите детали о соотношении напряжения, номинале, импедансе, векторной группе, классе потерь, уровне импульса, диапазоне отводов, методе охлаждения и применимом стандарте (IEC или IEEE). Неоднозначность указывает на самое дешевое соответствующее предложение, а не на лучшее.
- Проанализируйте общую стоимость владения. Учитывайте влияние потерь в холостом и рабочем режиме на ваш тариф и рассчитывайте на период 20–25 лет. Разница в $10 кВт в потерях в холостом режиме переводится в $7,000–8,700 ежегодно на основе $0.08 до $0.1 за кВтч.
- Предоставьте результаты испытаний. Запросите отчет о рутинных испытаниях на единицу и отчет о типовых испытаниях для конструкции (включая повышение температуры, импульс молнии, стойкость к короткому замыканию).
- Включите инспекции третьих сторон. В случае экспортных заказов аудит завода или свидетельские испытания в критической точке контроля оцениваются в 1-2% заказа и защищают от качественных сюрпризов.
- Обсудите логистику. Установка 10 МВА весит около 25 тонн и может быть перевезена на стандартном грузовике, в то время как установка 31.5 МВА весит примерно 50-60 тонн и требует обследования маршрута и планирования крана.
- Учитывайте запчасти и обслуживание. Обсудите реле Бухгольца, прокладки, воздухоотводчики и запасные контакты для переключателя отводов в процессе заказа вместе с обязательством по обслуживанию от производителя.
Эксплуатация и уход
Срок службы трансформатора 35 кВ контролируется с помощью следующих четырех рутинных мероприятий по обслуживанию:
- Ежегодный анализ масла: DGA в соответствии с IEC 60599 и диэлектрическая прочность в соответствии с IEC 60422 (>50 кВ/2.5 мм для этого класса в эксплуатации), включая оценку воды, кислотности и тангенса дельта.
- Ежеквартальная визуальная проверка: Проверьте силикагель воздухоотводчика, уровень масла, утечки, коррозию и управление растительностью радиатора и бака.
- Обслуживание переключателя отводов: Соблюдение графика обслуживания OLTC. В большинстве случаев это должно составлять около 50,000-100,000 для типов с масляным резистором в эксплуатации.
- Мониторинг температуры: Температуры верхнего масла и обмоток должны контролироваться в соответствии с кривыми нагрузки IEC 60076-7 и в случае мониторинга горячих точек.
Реализация этих рутинных мероприятий оказывается способной обеспечить увеличение проектного срока службы трансформатора с 25 лет до более чем 30 лет. Большинство случаев отказа трансформаторов в эксплуатации можно объяснить небольшими изменениями, которые остаются незамеченными: увеличение газового соотношения, снижение диэлектрической прочности масла или утечка уплотнения.
Часто задаваемые вопросы
Сколько стоит трансформатор 35 кВ?
Энергетические установки 35/10.5 кВ стоят в среднем $18,000–$30,000 (3.15 МВА), $28,000–$48,000 (10 МВА) и $65,000–$110,000 (31.5 МВА) согласно поставщику продукции китайского производства. Цены на продукцию европейских и японских производителей, как правило, на 50–80% выше для того же номинала. Более того, стоимость установок варьируется в зависимости от потерь, типа переключателя отводов или аксессуаров.
Каково стандартное сопротивление для трансформатора 35/10.5 кВ?
Обычно 7-8%. Точное значение зависит от уровня короткого замыкания сети и номинальной мощности переключающего оборудования. Стандартное значение составляет 7.5% для распределительных трансформаторов и 8% для трансформаторов большей мощности, плюс/минус 7.5% в соответствии с IEC 60076-1.
Можно ли использовать трансформатор 35 кВ для систем 33 кВ?
Не в том виде, в котором он есть. Конструкция для 35 кВ может почти всегда быть перенастроена или переработана для уровня 33 кВ, но существуют различия в уровнях изоляции, импульсном тестировании и диапазонах отводов. 33 кВ является нормой в странах Содружества и в Персидском заливе, в то время как 35 кВ является нормой в Китае и во многих частях Европы. Всегда указывайте напряжение вашей системы и получайте наиболее подходящий проект.
Как узнать, нужен ли мне переключатель отводов под нагрузкой?
Если вы используете напряжение шины 35 кВ или 10 кВ и испытываете около ±2.5% во время нормальной работы — обычно в случае длинных линий, изменяющихся промышленных нагрузок и слабых сетей — и вам нужно платить дополнительно за наличие таких шин, в этом случае это означает, что OLTC может быть полезен. В случаях, когда нет колебаний в токе или нагрузке, достаточно использовать фиксированные отводы с ±2 × 2.5%.
Каков типичный срок службы трансформатора 35 кВ?
Регулярное обслуживание составляет от 25 до 35 лет. На возраст изоляции влияет температура горячей точки (каждые 6K выше проектной температуры примерно сокращают срок службы бумаги вдвое), качество масла и способ нагрузки. Два основных фактора, влияющих на ожидаемый срок службы, — это ежегодный DGA и поддержание нагрузки в соответствии с рекомендациями IEC 60076-7.
Ссылки
- IEC 60076-1: Силовые трансформаторы – Общие сведения — Номиналы, отводы, повышение температуры и требования к испытаниям для силовых трансформаторов.
- IEC 60076-3: Уровни изоляции, диэлектрические испытания и внешние зазоры в воздухе — Определяет уровень импульса 170 кВп для класса 35кВ.
- IEC 60076-5: Способность выдерживать короткое замыкание — Проверка проектирования на короткое замыкание для силовых трансформаторов 35кВ.
- IEC 61936-1: Электрические установки, превышающие 1 кВ переменного тока. — Требования к установке оборудования подстанции 35кВ.
- IEEE C57.12.00: Жидкостные распределительные и силовые трансформаторы — Требования Северной Америки, эквивалентные IEC 60076.
- Портфель трансформаторов Siemens Energy — Справочник по предложениям трансформаторов класса утилиты на 35 кВ.
- Официальный сайт Jiangsu Subian Electric Power — Ассортимент трансформаторов на 35 кВ с масляным погружением и детали сертификации.
Заключение
Трансформатор на 35 кВ с масляным погружением представляет собой ядро сети. Это актив, где принимаются решения по стоимости, защите и напряжению, и где аварии влияют на тысячи клиентов. Правильные спецификации для такого трансформатора, такие как его номинальная мощность, класс потерь и импеданс, становятся самым важным инженерным выбором для распределителя.
Основные моменты:
- 35 кВ представляет собой переходную точку между линиями передачи и окончательным распределением стоимости и работает в пределах сотен километров.
- На этом уровне стандартные спецификации включают 170 кВ импульс, 7-8% импеданса, 65K высоты.
- Приблизительная цена китайского устройства составляет $18000-110000 FOB в зависимости от его класса.
Если вы ищете трансформаторы на 35 кВ для подстанции или промышленного проекта, Jiangsu Subian Electric Power предоставляет сертифицированные по IEC 60076 устройства с масляным погружением в диапазоне 3,15–31,5 МВА по ценам, удобным для экспорта. Ознакомьтесь с ассортиментом и запросите сертификаты испытаний на subian-electric.com.