Применение инновационных силовых трансформаторов в городских электрических сетях

Актуальность работы. Проблема низкой эффективности работы электрических сетей энергосистемы России известна. Однако, по разным причинам внедрения мер по ее решению почти не происходит.
Научные разработки и достижения исследователей, занимающихся задачами повышения энергетической эффективности функционирования электрических систем и сетей очень часто остаются лишь в теории. Такая ситуация объясняется в некоторых случаях сложностью внедрения определенных научных результатов и решений, необходимостью осуществления значительных капиталовложений на реконструкцию и модернизацию оборудования, сроком окупаемости прогрессивных решений. Очень часто это противоречит интересам отечественного бизнеса в стремлении получения практически мгновенной прибыли.

Введение 2
1. Теоретические основы использования инновационных силовых трансформаторов 4
1.1 Основные эволюционные пути развития силовых трансформаторов 5
1.2 Особенности инновационных силовых трансформаторов 10
1.3 Нормативное регулирование применения инновационных силовых трансформаторов 21
1.4 Характеристика инновационных силовых трансформаторов 24
1.5 Техническое состояние распределительных электрических сетей 29
2. Анализ применения инновационных силовых трансформаторов в городских электрических сетях 32
2.1 Эффективность силовых трансформаторов 32
2.2. Применение инновационных конструкций силовых трансформаторов для городского электроснабжения 35
2.3 Практика применения инновационных силовых трансформаторов в городских электрических сетях 41
2.4. Практика применения силового трансформатора на примере трансформатора ТМГ 21-1000/10-У1 (ХЛ1) 48
Заключение 56
Список литературы 58

1.1 Основные эволюционные пути развития силовых трансформаторов
В настоящее время необходимость замены существующих трансформаторов становится все более острой проблемой. Одной из главных причин является их износ. По некоторым данным, сегодня в России 60% силовых трансформаторов работают с истекшим сроком службы. Другой основной причиной их замены является то, что они уже не отвечают требованиям сегодняшнего дня, в связи с тем, что их эксплуатация связана с большими потерями. Но сегодня существуют технические и технологические решения, позволяющие устранить этот недостаток.
Рассмотрим основные эволюционные пути развития силовых трансформаторов, начиная со дня их применения в электроэнергетике в масштабах не отдельного государства, а мира в целом.
Первые трансформаторы в мире появились в 1885 г. 80-е годы XIX века вошли в историю электротехники под названием "трансформаторная битва".
...

1.2 Особенности инновационных силовых трансформаторов
Электричество на пути к потребителям многократно трансформируется. Несмотря на высокий КПД трансформаторов, потери электрической энергии в них значительны, поэтому желательно сократить количество преобразований, лучше использовать трансформаторы и улучшить их технические характеристики.
Данная проблема особенно актуальна для силовых распределительных трансформаторов, поскольку их доля в структуре систем электроснабжения является наибольшей. В современных условиях к трансформаторам, как новых конструкций, так и традиционным, значительно возросли требования по энерго- и ресурсосбережению, пожаро- и взрывобезопасности, экологичности, конкурентоспособности.
Силовые трансформаторы, автотрансформаторы и реакторы (сокращенно трансформаторное оборудование) являются основными элементами электрических сетей и систем, определяют надежность и эффективность их работы. Сбои в работе и аварийные отключения приводят к значительным потерям.
...

1.3 Нормативное регулирование применения инновационных силовых трансформаторов
В Европе внедрение и широкое распространение инновационных энергоэффективных трансформаторных изделий определяется двумя основными нормативными актами, регулирующими потери энергии при использовании трансформаторов. Это Европейский Стандарт EN 50464-1, который заменил утвержденный документ HD428 для трансформаторов с масляным охлаждением, и действующий утвержденный документ HD538 для трансформаторов сухого типа.
Хотя в Европе нет обязательных стандартов, существует процедура закупок (внутренние стандарты энергоснабжающих компаний), которая тщательно соблюдается в Бельгии, Нидерландах, Люксембурге, Австрии, Швейцарии и всех скандинавских странах.
В этих странах большинство распределительных компаний покупают трансформаторы, соответствующие стандартам HD 428 и 50464.
...

1.4 Характеристика инновационных силовых трансформаторов
Распределительные трансформаторы мощностью 25-2500 ква и напряжением 6-10 кВ являются самой популярной линейкой производимых и эксплуатируемых трансформаторов в нашей стране и за рубежом. По данным [4], общее количество распределительных трансформаторов в России составляет более 3 млн единиц.Ежегодное потребление электроэнергии в России находится на уровне 1000 млрд кВт * ч. Общие потери электроэнергии в распределительных трансформаторах оцениваются в 75 млрд кВт * ч в тарифе на компенсацию потерь порядка 2 руб. / кВт * ч стоимость потерь в год составила 150 млрд руб.
При передаче энергии от первичной обмотки к вторичной возникают потери электроэнергии. Потери в трансформаторе можно разделить на потери холостого хода Ro - это потери, которые присутствуют в трансформаторе, подключенном к сети, всегда независимо от нагрузки, и потери короткого замыкания PK-это потери, которые зависят от нагрузки трансформатора.
...

2.1 Эффективность силовых трансформаторов
Сегодня силовые распределительные трансформаторы с аморфным стальным сердечником серийно производятся в США, Канаде, Японии, Индии, Словакии. Всего в мире уже произведено 60-70 тыс. единиц трансформаторов мощностью 25-100 кв-а, около 1000 единиц прошли успешные многолетние испытания в различных энергосистемах. Наибольших успехов добились США и Япония. Японская компания "Хитачи" в сотрудничестве с американской "Allied Signal" выпустила группу силовых трансформаторов мощностью от 500 до 1 тыс. кв-А. сердечники этих трансформаторов изготовлены из аморфного сплава. Испытания показали, что потери энергии в сердечнике таких трансформаторов на 80% меньше, чем в стальных аналогах [4].
Недостатком стержней из аморфных материалов является их более высокая стоимость по сравнению с традиционными материалами. В японской фирме эта разница достигает 15-20% [4].
Компания "Allied Signal" производит аморфный сплав для трансформаторов на заводе в Конвее (США).
...

2.2. Применение инновационных конструкций силовых трансформаторов для городского электроснабжения

В последние годы наблюдается значительный рост объемов и плотности потребления электроэнергии в системах электроснабжения (Эс) во всех отраслях народного хозяйства. Учитывая жесткие требования к его качеству и надежности, наиболее эффективным и кардинальным решением данной проблемы является использование инновационного электрооборудования (ЭО). Для подстанций это СТ, обмотки которых выполнены с использованием явления высокотемпературной сверхпроводимости (ВТСТ), а сердечники выполнены из аморфных ферромагнитных материалов (АФТ). Такие решения применяются в конструкциях СВ, как по отдельности, так и совместно.
Используя метод экспертных оценок, был сделан прогноз расчетных паспортных данных ЭА, который только планируется к производству.
...

2.3 Практика применения инновационных силовых трансформаторов в городских электрических сетях
На Уфимском трансформаторном заводе холдинга "Электрозавод" разработаны и запущены в производство новые серии трансформаторов типа ТМГ для электрических сетей 6-10 кВ.
Трехфазные герметичные трансформаторы с охлаждением естественной циркуляцией масла и воздуха предназначены для эксплуатации в городских и сельских электрических сетях, промышленных объектах и объектах энергетики. Должный к герметичной конструкции, этот тип оборудования безуходн. Его высокое качество обеспечивается высококвалифицированным персоналом завода, использованием современного технологического оборудования и комплектующих от ведущих производителей.
Данная серия трансформаторов соответствует всем необходимым эксплуатационным показателям, имеет сниженную стоимость за счет оптимизации конструкции. Также, блоки серии TMG уменьшали потери нулевой нагрузки средним 15% и потери короткого замыкания 10%.
...

Заключение
Таким образом, в данной работе было применение инновационных силовых трансформаторов в городских электрических сетях.
Выявлено, что основными характеристиками, определяющими технический уровень силовых трансформаторов являются потери электроэнергии (холостого хода и короткого замыкания), материалоемкость (расход электротехнической и конструкционной стали, обмоточного провода, электроизоляционных материалов, трансформаторного масла и др.), качество изготовления, надежность и удобство обслуживания в эксплуатации.
Мощность нагрузки трансформатора меньше чем мощность, потребляемая на входе первичной обмотки вследствие наличия потерь. Потери в трансформаторе в процессе преобразования энергии делятся на потери в обмотках и потери в стали.
...

1 Савинцев Ю.М. Экспертный анализ рынка силовых трансформаторов России. Часть I. I-III габарит.-[б.м.]: Издательские решения, 2016. 88 с.
2 Савинцев Ю.М. Экспертный анализ рынка силовых трансформаторов России. Часть I. IV-VIII габарит.-[б.м.]: Издательские решения, 2016. 104 с.
3 Савинцев Ю.М., Карамутдинов Р.Н., Боков В.А. Энергоэффективные распределительные трансформаторы: проблемы и надежды// ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЕ: ЭКСПЛУАТАЦИЯ И РЕМОНТ. 2010. № 7. С. 11–19.
4 Электроэнергетика. Транспорт, надежность и учет: сборник статей / Алт. гос. техн. ун-т им. И. И. Ползунова. – Барнаул: Изд-во АлтГТУ, 2012. – 113 с.
5 Савинцев Ю.М. Анализ состояния производства в РФ силовых масляных СТ I-III габаритов// Электрооборудование: эксплуатация и ремонт. — 2012. - №°1. — С. 43-53.
6 Александров Н. В. Исследование влияния сверхпроводниковых трансформаторов на режимы электроэнергетических систем. Автореферат дис. канд. техн. наук по специальности 05.14.02. НГТУ. Новосибирск. 2014.
7 Гольдштейн В.Г., Инаходова Л.М., Казанцев АА., Молочников Е.Н. Анализ эксплуатационных свойств трансформаторов с сердечниками из аморфных материалов и защита их с помощью нелинейных ограничителей перенапряжений. Вестник СамГТУ. Серия "Техн. науки". — Самара, №°4 (40). 2013 г. с. 149-157.
8 Кузнецов Д.В., Гольдштейн В.Г. Совершенствование концепции и методов организации энергоснабжения мегаполисов. Промышленная энергетика 2014. №2.
9 Манусов В.З., Александров Н.В. Ограничение токов короткого замыкания с помощью трансформаторов с высокотемпературными сверхпроводящими обмотками // Известия ТПУ. - 2013. - №°4. - с. 100-105.
10 Berger A., Cherevatskiy S., Noe M., Leibfried T. Comparison of the efficiency of superconducting and conventional transformers / A. Berger, // Journal of Physics: Conference Series 234. 2010.
11 ВТСП трансформатор [Электронный ресурс] // ОАО «Русский сверхпроводник»: сайт. URL: http://russuperconductor.ru/produkciya/prototipy-vtsp-izdeliy-1/transformator.
12 Елагин П. Высокотемпературные сверхпроводниковые трансформаторы. Новое поколение подстанционного оборудования [Электронный ресурс] // Новости электротехники. 2005. № 1(31). URL: http://www.news.elteh.ru/arh/2005/31/04.php.
13 Колтмен Дж.У. Трансформатор // В мире науки. 1988. № 3. С. 68-76.
14 Савинцев Ю.М. Анализ состояния производства в РФ силовых масляных трансформаторов I-III габаритов // Электрооборудование: эксплуатация и ремонт. 2012. № 1. С. 43-53.