Планировщик коммунальных услуг оценивает два предложения на силовой трансформатор мощностью 20 МВА и на уровнях напряжения 66/11 кВ. Оба производителя предложили одинаковую мощность с идентичными потерями и примерно одинаковой ценой, но основное различие заключается в их масляных системах. Один производитель разработал трансформатор на основе традиционного внешнего резервуара для масла с дыхательной мембраной из силикагеля, в то время как другой производитель разработал гофрированный расширительный бак без консерватора. Планировщик понимает, что тип выбранной масляной системы влияет не только на саму систему сохранения масла, но также влияет на график обслуживания, уровень риска возгорания и цену; как правило, стоимость устройства с консерватором будет на 5-10% выше, чем цена запечатанного устройства, но первый вариант позволяет управлять маслом в соответствии с упрощенными правилами на протяжении многих лет.
Руководство предоставляет информацию о том, для чего нужен консерватор, какие различные конструкции существуют на рынке, как рассчитать его размер и как выбрать те, которые лучше всего соответствуют системе сохранения масла маслонаполненного трансформатора.
Что такое консерватор трансформатора?
Консерватор можно определить как вспомогательный цилиндрический или прямоугольный бак, расположенный в верхней части основного бака трансформатора, соединенный с основным баком через трубу. Он содержит объем масла в резерве, чтобы уровень мог колебаться в зависимости от изменения температуры (нагрузки). Когда масло расширяется из-за нагрева, оно может заполнять консерватор, чтобы в основном баке не создавалось давление. Масло течет между консерватором и основным баком, не создавая дополнительного вакуума во время работы. Консерватор остается открытым для атмосферного воздуха через дыхательную мембрану (или запечатан мембраной), что является еще одной важной причиной, по которой он должен располагаться в верхней части основного бака.
В отсутствие консерватора полностью запечатанный бак означал бы, что внутреннее давление возрастает по мере расширения масла, и в случае его охлаждения внутри возникает вакуум, что приводит к напряжениям в конструкции бака и его заключениям.
Три характеристики приводят к этим результатам.
Масло расширяется в зависимости от температуры. Минеральное масло расширяется примерно на 0,071% на каждый градус Цельсия температуры. Используя бак емкостью 10 000 литров, подвергнутый изменению температуры на 50°C, и учитывая, что объем масла и давление увеличатся на 350 литров, становится очевидно, что жесткий запечатанный бак может либо разорваться, либо вытолкнуть масло через дыхательное отверстие.
Основной бак всегда должен быть полным. Если масло в основном баке падает, его верхняя обмотка становится открытой и позволяет влаге проникать в изоляцию в газовое пространство. С помощью консерватора масло легко заполняет основной бак.
Давление в газовом пространстве должно контролироваться. Конструкция консерватора позволяет иметь небольшое газовое пространство над маслом, которое контролируется через воздухоотводчик. Если конструкция без консерватора, газовое пространство будет увеличиваться и уменьшаться с увеличением нагрузки, и, как следствие, воздух будет перемещаться внутрь и наружу из бака.
Таким образом, становится возможным изготовление системы “свободного дыхания” для сохранения масла.
Сравнение конструкций консерваторов
| Конструкция | Как это работает | Типичный резерв объема масла | Относительная стоимость |
|---|---|---|---|
| Внешний цилиндрический консерватор | Отдельный барабан над баком, воздухоотводчик сверху, масляная труба снизу | 8-15% объема бака | Базовый уровень |
| Мембранный / мешочный консерватор | Резиновый мешок или мембрана отделяет масло от воздуха; герметичное газовое пространство | 8-15% | +10-20% по сравнению с обычным консерватором |
| Конструкция стенки бака с гофрированием | Нет отдельного консерватора; гибкая гофрированная стенка бака поглощает расширение | Интегрированная | Похоже на обычный консерватор |
| Герметичный / газозаполненный бак | Фиксированный бак с азотной подушкой или мембраной; без воздухоотводчика | Нет (газовое пространство) | +5-15% |
Внешний консерватор с воздухоотводчиком остается самой распространенной конструкцией в мире, поскольку он прост, дешев в изготовлении и легок в инспекции. Мембранный консерватор добавляет резиновый мешок, который полностью отделяет масло от внешнего воздуха, так что масло никогда не контактирует с кислородом или влагой от дыхания — за счет мешка, который необходимо проверять на повреждения. Конструкция гофрированного бака исключает отдельный сосуд и популярна на распределительных трансформаторах, где пространство и простота важнее удобства обслуживания.
Правильный расчет размера консерватора
Консерватор должен иметь достаточную емкость, чтобы учесть объем масла, который будет расширяться между минимальной температурой во время работы и максимальной допустимой температурой верхнего масла. Необходимо выполнить каждый из шагов: Определить диапазон температур. В нормальных умеренных условиях масло ведет себя от -10 градусов при холодном пуске до 90 градусов под нагрузкой, что соответствует температурному колебанию в 100 K. В случае горячих регионов — используйте реальные данные. Рассчитайте объем масла, который будет расширяться, умножив объем масла на коэффициент расширения, грубо говоря 0.0007 на K, умноженный на степень температурного колебания. Таким образом, например, объем масла достигает 10,000 кг при 100K, что будет равно примерно 700 литрам. Необходимо учесть резервное пространство для индикатора уровня масла. Консерватор должен показывать уровень масла все время от максимальной отметки при горячем состоянии и минимальной отметки при холодном состоянии, таким образом предлагая 20 до 30% больше масла, чем точный объем масла, который считается примерно 8 до 15% от общего объема масла в баке. Неправильный расчет всего этого обойдется в значительные деньги. Если консерватор мал, масло будет вытекать наружу через воздухоотводчик, что приведет к масляным пятнам на баке и поглощению влажного воздуха; в то время как если консерватор слишком велик, у него будет избыток материалов и масла. Чтобы быстро рассчитать, мы начинаем с общего объема масла в трансформаторе, вот примерные инженерные справочные значения для консерватора при температурном колебании 100 k:
| Рейтинг трансформатора | Типичный общий объем масла | Рабочий объем консерватора (10-12%) | Объем бака консерватора (с резервом для измерения) |
|---|---|---|---|
| 100 kVA распределение | 300-400 Л | 35-50 Л | 60-80 Л |
| 1 MVA распределение | 1,500-2,000 Л | 150-240 Л | 250-350 Л |
| 10 MVA мощность | 8,000-12,000 Л | 800-1,400 Л | 1,200-2,000 Л |
| 40 MVA мощность | 25,000-35,000 Л | 2,500-4,200 Л | 3,500-6,000 Л |
Аксессуары и защита консерватора
| Аксессуар | Цель | Типичная спецификация |
|---|---|---|
| Силикагельный воздухоотводчик | Обезвоживание воздуха, поступающего в консерватор | 1-15 кг осушитель, индикатор изменения цвета |
| Уровнемер масла (магнитный) | Показать уровень масла на первый взгляд | Поплавок + указатель, шкала с отметками Мин/Макс |
| Реле Бухгольца (газовое) | Обнаружение газа и всплеска масла в трубке консерватора | DN50-DN100, два поплавковых переключателя |
| Мембрана / воздушная ячейка | Отделяет масло от атмосферы в герметичных конструкциях | Резиновый мешок, заменяемый |
| Обогреватель консерватора (по желанию) | Предотвращает конденсацию в холодном климате | Термостатический, защищенный от погодных условий |
На трансформаторе с консерватором реле Бухгольца устанавливается в трубке между основным баком и консерватором — его правильное, стандартное место. Дышалка устанавливается на верхней части консерватора, а уровень масла — на заглушке. Все эти аксессуары тестируются в рамках рутинного тестирования трансформатора на правильно управляемом заводе.
Консерватор против гофрированного бака против герметичных конструкций
| Характеристика | Внешний консерватор | Гофрированный бак | Герметичный / газозаполненный |
|---|---|---|---|
| Контакт масла с воздухом | Контролируется через дышалку | Контролируется через дышалку | Нет (герметичный) |
| Доступ для обслуживания | Отлично; легко проверять и пополнять | Хорошо; уровень по индикатору | Ограничено; только отбор масла |
| Влияние на стоимость трансформатора | +5 до +10% | +3 до +8% | +5 до +15% |
| Типичное применение | Большинство силовых и распределительных трансформаторов | Распределение, места с ограниченным пространством | Где необходимо минимизировать проникновение влаги |
| Риск возгорания | Похожие; объем масла является определяющим | Похожие | Немного меньшее воздействие кислорода |
Для трансформаторов мощностью выше 5 МВА внешний консерватор является преобладающим выбором, поскольку он упрощает управление маслом, проверку уровня и обслуживание газового реле. Гофрированные баки доминируют в классе распределительных трансформаторов 100-2,500 кВА, где цена и занимаемая площадь важнее удобства обслуживания. Герметичные конструкции появляются там, где масло никогда не должно контактировать с воздухом — но они усложняют пополнение и проверку, поэтому они являются исключением, а не правилом.
Какой дизайн для какого трансформатора
- Распределительные трансформаторы (50-2,500 кВА): внешний консерватор или гофрированный бак, оба с дышалкой; консерватор упрощает сезонные проверки.
- Силовые трансформаторы (5-100 МВА): внешний консерватор с дышалкой, реле Бухгольца, магнитный уровнемер масла; мембранный консерватор, где указано низкое поглощение влаги.
- Генераторные трансформаторы и трансформаторы сети: мембранный или герметичный консерватор для соблюдения строгих гарантий качества масла.
- Установки в холодном климате: консерватор с обогревателем и адекватным размером для низкотемпературного диапазона.
- Компактные подстанции и пакеты на шасси: гофрированный бак или мембранный консерватор для экономии высоты и пространства.
Сравнение брендов и цен
| Бренд | Происхождение | Предложение консерваторов | Приблизительный диапазон цен (отдельно) |
|---|---|---|---|
| ABB | Швейцария/Швеция | Полный ассортимент консерваторов и герметичных конструкций | $1,200-$9,000 |
| Сименс | Германия | Силовые трансформаторы с консерватором | $1,500-$10,000 |
| Hitachi Energy | Швейцария | Опции мембранного консерватора для крупных единиц | $1,500-$12,000 |
| Schneider Electric | Франция | Консерваторы распределительных трансформаторов | $800-$5,000 |
| Производители специализированных аксессуаров (Comem и др.) | Италия / Китай | Бак консерватора, мешки, уровнемеры | $500-$6,000 |
| Jiangsu Subian Electric Power | Китай | Конструкции консерватора и гофрированные, полный набор аксессуаров | $600-$6,000 |
Европейские лидеры, такие как ABB, Siemens, Hitachi Energy и Schneider Electric, разрабатывают конструкции консерваторов как часть полных пакетов трансформаторов, а специализированные производители аксессуаров поставляют автономные консерваторы и уровнемеры по всему миру. На самом трансформаторе консерватор обычно включен в базовую цену, поэтому реальное сравнение происходит между полными пакетами. Производители, такие как Jiangsu Subian Electric Power предлагают как конструкции внешних консерваторов, так и конструкции с гофрированными резервуарами, с включением и тестированием в комплекте воздухоотводчика, реле Бухгольца и магнитного уровня масла — вся сборка указана в сертификате рутинного тестирования. Цены Subian на трансформатор с консерватором примерно на 40-60% ниже эквивалентных предложений европейских брендов, что и делает их распространенным выбором для коммунальных служб и OEM в Азии, Африке и Латинской Америке. При сравнении предложений всегда подтверждайте, что консерватор, аксессуары и их тестирование указаны отдельно, а не скрыты в цене резервуара.
Советы по выбору подходящего консерватора
Прежде всего, примите решения о методах сохранения масла. Будете ли вы выбирать свободно дышащий консерватор с воздухоотводчиком, мембранно-запечатанный или полностью запечатанный консерватор? Ваш выбор определяет конструкцию консерватора.
Следующий шаг — учесть размер относительно температуры. Пожалуйста, используйте фактические минимумы и максимумы для вашего объекта; правило 8-15% предполагает диапазон 100 K, что означает, что в более холодном климате потребуется больший резервуар.
Теперь проверьте аксессуары. Ваш консерватор должен иметь воздухоотводчик, уровень масла и реле Бухгольца в позициях, требуемых схемой защиты.
Еще один шаг — проверить доступ к обслуживанию. Если ваш объект не обслуживается, предпочтительно приобрести консерватор с уровнемером, который можно читать с расстояния, или конструкцию, которая не требует проверки уровня масла.
Учитывайте площадь. Следует ли использовать гофрированную конструкцию для контейнеризированных подстанций или внешние консерваторы?
Вам также необходимо запросить записи о том, как тестировались аксессуары.
Эксплуатация и обслуживание
Требования к обслуживанию консерватора просты, но специфичны:
Каждую неделю проверяйте уровень масла в консерваторе на соответствие стандартной температурной таблице уровня; любое отклонение от таблицы уровня указывает на наличие утечки масла или проникновение влаги в масло.
Заменяйте или перезаряжайте силикагель, расположенный в воздухоотводчике, каждые 3-6 месяцев или сразу после изменения цвета силикагеля, указывающего на насыщение.
Ежегодно проводите функциональное тестирование реле Бухгольца, установленного в трубе консерватора, чтобы подтвердить, что этот компонент работает должным образом.
Каждый раз, когда происходит отключение, проверяйте мембрану, которая может быть уложена внутри консерватора, на наличие отверстий или затвердевания и подтверждайте наличие достаточного пространства между мешком и стенкой консерватора.
На контрольной точке консерватора возьмите пробу масла на наличие воды и растворенных газов, так как масло в консерваторе считается индикатором всей системы смазки.
Игнорирование манометра консерватора является одной из основных причин отказа оборудования в охлаждении на практике; постоянная утечка масла снижает уровень масла, и поскольку реле реагирует на основное образование газа, оператор обнаруживает, что бак не заполнялся месяцами. Несмотря на то, что консерватор стоит всего 100 долларов, он мог бы давно указать на низкий уровень масла.
Часто задаваемые вопросы
Сколько стоит консерватор трансформатора?
В качестве отдельного компонента, бак консерватора стоит $800-$8,000 в зависимости от объема и материала, плюс $50-$1,200 за воздухоотводчик, манометр и реле. На полном трансформаторе конструкция консерватора добавляет примерно 5-10% к общей цене по сравнению с герметичным баком. Для распределительного устройства мощностью 1 МВА пакет консерватора обычно добавляет $500-$2,000 к смете.
Какой размер консерватора мне нужен?
Размерьте его так, чтобы он мог поглощать полное расширение масла между минимальными и максимальными температурами масла на вашем объекте. Инженерное правило — 8-15% от объема масла основного бака, при этом 10-12% является общим значением по умолчанию для колебания в 100 К. В холодном климате требуется больший размер; тропические районы с узкими температурными диапазонами могут использовать меньший размер.
В чем разница между консерватором и баком для расширения масла?
Это одно и то же, только разными словами. Консерватор (также называемый масляным консерватором, баком для расширения или баком для сохранения масла) — это небольшой сосуд, установленный над основным баком, который принимает термическое расширение масла и поддерживает бак полным. Термин “консерватор” является стандартом в проектировании трансформаторов, в то время как “бак для расширения” является более общим инженерным термином.
Может ли трансформатор работать без консерватора?
Да — конструкции с гофрированным баком, мембраной и полностью герметичными работают без отдельного внешнего консерватора. Но каждый трансформатор, погруженный в масло, нуждается в какой-либо форме сохранения масла. Гофрированный бак использует гибкую стенку, герметичный бак использует азотную подушку или мембрану, и только консерватор дает вам видимый уровень масла и легкий доступ для обслуживания. Для трансформаторов мощностью выше 5 МВА консерватор в практике настоятельно предпочтителен.
Почему уровень масла в моем консерваторе падает?
Сначала проверьте его по температурной корректировке уровня — падение уровня в холодную ночь нормально. Если уровень опускается ниже значения, указанного для текущей температуры, это может быть либо утечка масла (проверьте сварные швы, прокладки и пробковый клапан), либо попадание влаги, потребляющее пространство масла. Рассматривайте реальное падение уровня как приоритетную находку: низкий уровень консерватора может в конечном итоге обнажить верхнюю часть обмотки и вызвать срабатывание реле Бухгольца.
Ссылки
- IEC 60076-1 — Силовые трансформаторы, общие требования — Основной стандарт, охватывающий системы сохранения масла, консерваторы и аксессуары.
- IEEE C57.12.00 — Общие требования к трансформаторам с жидким заполнением — Требования Северной Америки к оборудованию для сохранения масла.
- IEEE C57.106 — Руководство по приемке и обслуживанию изолирующего минерального масла — Влага в масле и качество, которые защищает консерватор.
- Hitachi Energy — Продукты трансформаторов — Справочник по вариантам проектирования консерватора и герметичного трансформатора.
- Трансформаторы ABB — Отраслевой справочник по документации систем сохранения масла.
- Журнал Трансформеры — Практические статьи по обслуживанию консерватора и проектированию масляной системы.
Заключение
Консерватор действует как спокойное ядро системы сохранения масла трансформатора. Он поглощает тепловое расширение, обеспечивает защиту масляного бака, служит опорой для воздухоотводчика, а также для газового реле и облегчает мониторинг со стороны обслуживающего персонала, имея видимую и измеримую масляную систему. В зависимости от того, предпочитаете ли вы конструкцию консерватора, основанную на твердой форме ради компактности, или хотите использовать внешний консерватор ради удобства, или вам нужно мембранное решение ради чистоты масла, его все равно нужно выбирать мудро, а не наследовать от шаблонной инженерной спецификации.
Убедитесь, что размер консерватора соответствует реальным температурам на вашем объекте (8-15% объема бака).
Убедитесь, что используете масляный манометр, воздухоотводчик и реле Бухгольца как комплект.
Проверяйте уровень манометра по температурной таблице каждую неделю.
Указывайте консерватор и аксессуары в каждом предложении.
Для трансформаторов с масляным погружением, оснащенных консерватором и построенных в соответствии с IEC 60076-1 с полным тестированием аксессуаров, свяжитесь Jiangsu Subian Electric Power на www.subian-electric.com и запросите детализированное предложение с вашими данными по кВА, напряжению и температуре на объекте.