Силовые трансформаторы являются важным звеном в цепи поставки энергии. Они должны иметь длительный срок службы в сочетании с высокой степенью надежности в эксплуатации. Система изоляции обычных трансформаторов подвергается старению в зависимости от нагрузки/температуры. Это еще больше усиливается кислородом и влагой, поглощаемым из атмосферы. При этом силовые трансформаторы должны отвечать современным требованиям их эксплуатации. А именно высокая эффективность, частая максимальная нагрузка. Потому герметичные трансформаторы стали хорошим решением.
Основной целью разработки герметичных трансформаторов являлось уменьшение старения целлюлозы и масла. Эта разработка началась в Германии в 1960-х годах в области распределительных трансформаторов с начальной мощностью от 50 до 1600 кВА. В зависимости от температуры и увеличения объема масло поглощалось не традиционным консерватором. Для этого использовали специально разработанные гофры корпуса. Этот тип трансформатора уже более тридцати лет надежно и безотказно работает в промышленности и энергоснабжении. Сегодня данная технология доступна с мощностью до 8000 кВА.
GE начала разработку герметичных силовых трансформаторов больше десяти лет назад. В связи с текущими изменениями в энергоснабжении, ожидается, что силовые трансформаторы будут поддерживать более высокую степень работы и иметь более длительный срок службы. Техническое обслуживание или так называемые затраты жизненного цикла также играют все большую роль. Ответом на эти требования является герметичный трансформатор GE, который благодаря своей инновационной технологии предлагает применение до 245 кВ и 250 МВА.
Стандартная конструкция силового трансформатора GE 12,5 – 80 (100) МВА, 110 кВ, изложена в DIN 42508 в Германии и IEC 60076-1, IEEE C57.12.00. Эти стандарты определяют внешний вид и конфигурацию трансформатора. В основном он состоит:
Конструкция герметично закрытого силового трансформатора в основном соответствует DIN 42508, IEC 60076-1 или IEEE Std C57.12.00. Но у него нет ни консерватора, ни никаких осушителей. Радиаторы имеют особую конструкцию для выполнения двух функций:
Кроме того, можно использовать новый тип устройства, не требующего обслуживания, например Vacutap OLTC. Он снабжен вакуумными контактными камерами. Благодаря чему гашение дуги происходит не в масле устройства, а в камерах. Результатом является то, что из-за операций переключения не происходит разложение масла, а следовательно, и загрязнение масла в устройстве. По сравнению с обычным устройством интервал обслуживания переключателя Vacutap продлен до 15 лет.
Для повышения надежности обычные клиновые задвижки заменены на сферические задвижки из нержавеющей стали.
Другой способ защитить трансформаторное масло от атмосферы – использовать герметичный масло/воздушный сепаратор. Это резиновый мешок, закрепленный через фланец в масляном консерваторе. Внутренняя часть соединена с окружающей атмосферой через фланец, трубку и вентиляционную систему для обезвоживания. У этого метода есть недостатки:
Трансформаторное масло защищено от атмосферы:
Без масляного консерватора и соответствующих устройств, требующих технического обслуживания:
Это обеспечивает основные преимущества для клиентов:
Поскольку герметичные трансформаторы не нуждаются в консерваторе, для обнаружения неисправностей не требуется реле потока масла. Поэтому для защиты трансформатора требуется всего два устройства:
Изоляционная система трансформатора состоит из изоляционного масла и жесткой изоляции, такой как:
Изоляционная бумага и пресс-картон изготовлены из целлюлозы. Целлюлоза — это цепная молекула, состоящая из колец глюкозы, соединенных мостиками ОН. Количество колец глюкозы в молекуле целлюлозы также известно как степень полимеризации (DP), которая составляет около 1000 для новой целлюлозы.
Целлюлоза подвергается старению, которое в обычном трансформаторе состоит из трех компонентов:
Вода растворяет кислородные мостики между кольцами глюкозы. Испытания показали, что при наличии кислорода и содержания воды 2% в бумажной изоляции скорость старения увеличивается в 20 раз. В герметично закрытых трансформаторах процессы старения в большинстве своем ограничиваются термическим старением.
Разработан новый тип радиатора для герметичных силовых трансформаторов. Конструкция базируется на обычных радиаторах, чтобы сделать ее экономичной, но объем меняется в максимально возможной степени, не влияя на срок службы. В сотрудничестве со специалистами были спроектированы, изготовлены и подвергнуты испытаниям на долговечность несколько типов радиаторов. Результатом стал радиатор с переменным объемом, прошедший испытание на выносливость с 5800 циклами нагрузки. В соответствии со стандартами DIN 42 500-6 и EN 50216-6 это соответствует сроку службы 87 лет. Параллельно с исследованиями, проведёнными с Hochschule Aachen, элитным немецким инженерным университетом, проводились теоретические исследования напряжения. Теоретические результаты полностью подтверждены результатами испытаний на выносливость.
Радиаторы сконструированы таким образом, что при максимальной температуре/давлении их расширение не влияет на естественную конвекцию охлаждающего воздуха между элементами радиатора. В конструкции новых радиаторов пришлось пойти на два компромисса:
В исследовании стоимости жизненного цикла сравнивались трансформаторы с идентичными техническими данными. В них входили такие показатели как коэффициент напряжения, напряжение полного сопротивления, векторная группа и потери. Но с тремя разными форматами конструкции:
В течение 40 лет эксплуатации на трансформаторе производятся определенные периодические работы по техническому обслуживанию:
В течение всего срока службы герметичный трансформатор не требует особого технического обслуживания или ремонта. Только РПН, требующая неприхотливого обслуживания, если он есть (например, РПН Vacutap), нужно обслуживать примерно каждые 15 лет, но, без какого-либо разложения масла или загрязнения, работа гораздо меньше, чем стандартное устройство РПН.
При расчете и сравнении стоимости технического обслуживания с общими затратами в течение жизненного цикла для разных типов трансформаторов становится очевидным, что герметичные силовые трансформаторы обеспечивают значительную экономию в дополнение к сокращению старения бумаги и масла.
