18.01.2024

Магнитопроводы UNICORE для трансформаторов собственных нужд подстанций: надёжность и экономическая эффективность при длительной эксплуатации

Трансформаторы собственных нужд подстанций (ТСН) работают иначе, чем обычные силовые. Они питают охлаждение, релейную защиту, освещение и оперативные цепи. Поэтому находятся под напряжением постоянно, независимо от загрузки основного оборудования. Эта особенность делает требования к надёжности и экономичности ТСН особенно высокими. Разберём, что даёт UNICORE в таких условиях.

Условия работы ТСН

Непрерывный режим

ТСН подключены к сети постоянно. Срок службы нормируется на уровне не менее 30 - 45 лет. За это время аппарат не отключается, даже когда основное оборудование не работает.

Широкий диапазон температур

Рабочая температура - от −45°С до +40°С. По заказу - до −60°С. Для отдельных регионов требуется сейсмостойкость до 9 баллов по шкале MSK-64.

Повышенные требования к надёжности

Отказ ТСН означает потерю питания собственных нужд подстанции. Это может вызвать серьёзные технологические нарушения. Поэтому к надёжности ТСН предъявляют особые требования.

Что критично для надёжности ТСН

С точки зрения надёжности для ТСН важны четыре параметра:

1. Стабильность характеристик во времени. Индуктивность, потери, ток холостого хода не должны деградировать за срок службы.
2. Устойчивость к токам короткого замыкания. Аппарат должен выдерживать динамические и термические воздействия КЗ.
3. Нагревостойкость изоляции. Класс F (155°С) или выше.
4. Минимальное обслуживание. Сухие модели с литой изоляцией не требуют замены масла и контроля его состояния.

Как UNICORE решает задачи надёжности

Нет деградации характеристик

Традиционные магнитопроводы с сосредоточенным зазором со временем теряют свойства. Причины - старение изоляционных прокладок, ослабление стяжки, окисление поверхностей. Магнитные характеристики в зоне стыка ухудшаются.

Технология UNICORE устраняет эту проблему принципиально. Распределённый стык обеспечивает непрерывность магнитного контура без концентрации поля в одной плоскости. Это даёт:

• стабильность индуктивности на протяжении всего срока службы;
• отсутствие необходимости в периодической подтяжке стыков;
• сохранение магнитных свойств без риска локального насыщения.

Меньше ток возбуждения и пусковые токи

Конструктивные параметры сердечника напрямую влияют на ток возбуждения и пусковой ток (inrush current). UNICORE обеспечивает уменьшенное насыщение магнитного потока за счёт улучшенного распределения плотности. Это даёт:

• снижение пусковых токов при включении - критично для селективности релейной защиты;
• уменьшение термических и электродинамических нагрузок на обмотки;
• снижение вероятности ложных срабатываний защит при коммутациях.

Механическая прочность и стойкость к вибрациям

UNICORE-магнитопроводы обладают повышенной механической жёсткостью. Конструкция цельная, без стяжных лент. Последняя пластина может быть приварена методом TIG - это даёт дополнительную фиксацию. Результат:

• устойчивость к вибрациям при работе;
• стойкость к динамическим воздействиям при коротких замыканиях;
• снижение уровня шума.

Ниже нагрев - дольше срок службы изоляции

Отсутствие необходимости в пропитке смолой для ряда исполнений позволяет эксплуатировать магнитопровод при более высокой температуре. В сочетании с пониженными потерями это даёт:

• снижение рабочей температуры активной части;
• увеличение срока службы изоляции. Здесь работает правило Монтсингера: снижение температуры на 8 - 10°С удваивает срок службы изоляции;
• возможность работы в более тяжёлых температурных условиях.

Экономика при длительной эксплуатации

Потери холостого хода - ключевая статья

Для ТСН, работающих непрерывно, постоянные потери - доминирующая статья эксплуатационных расходов. Число часов включения принимается максимальным: 8000 - 8700 ч/год. Это отражает непрерывный характер работы.

UNICORE обеспечивает снижение удельных потерь на 20 - 40% по сравнению с классическими C-образными магнитопроводами. Даже при консервативной оценке снижения на 10 - 30% экономия электроэнергии за срок службы 30 - 45 лет становится значительной.

Снижение материалоёмкости

Технология UNICORE даёт:

• экономию веса магнитопровода за счёт оптимизированной геометрии;
• экономию обмоточного провода;
• снижение трудоёмкости сборки - не нужны стяжные ленты;
• снижение производственных затрат.

Совокупный эффект - снижение полной себестоимости трансформатора при сохранении или улучшении характеристик.

Меньше эксплуатационных затрат

Помимо экономии на потерях, UNICORE даёт:

• снижение затрат на обслуживание - не нужно периодически подтягивать стыки и контролировать зазоры;
• повышенная надёжность - ниже вероятность отказов, а значит, и затрат на аварийные ремонты и замены;
• увеличенный срок службы - стабильность характеристик во времени.

Сравнение с альтернативами

Критерий	UNICORE	Традиционные шихтованные	Аморфные
Потери холостого хода	Низкие (-20 - 40%)	Базовый уровень	Очень низкие
Стабильность характеристик	Высокая	Средняя	Средняя
Стоимость изготовления	Низкая	Средняя	Высокая
Механическая прочность	Высокая	Средняя	Низкая
Ремонтопригодность	Высокая	Высокая	Ограниченная

UNICORE занимает промежуточное положение между традиционными шихтованными магнитопроводами и аморфными. Для ТСН это оптимальное соотношение цены и эффективности.

Практика применения

Совместимость с существующими конструкциями

UNICORE может использоваться с существующими типами обмоточных форм. Переход на новую технологию не требует перепроектирования аппарата в целом.

Технологические ограничения

Для ТСН подстанций - как правило, это мощности 25 - 630 кВА и напряжение 6 - 10 кВ - ограничения UNICORE не критичны:

• максимальный вес - до 1500 кг;
• максимальная высота - до 300 мм;
• толщина стали - 0,2 - 0,35 мм.

Рекомендуемые типы

Для трансформаторов собственных нужд оптимальны:

• DUO 2 - баланс между потерями и технологичностью сборки;
• DGAP - для применений с повышенными требованиями к потерям и току холостого хода.

Коротко о главном

Трансформаторы собственных нужд работают под напряжением постоянно, 30 - 45 лет. Это предъявляет особые требования к надёжности и экономичности.

UNICORE снижает постоянные потери на 20 - 40%. Распределённый стык устраняет деградацию характеристик во времени. Меньшие ток возбуждения и пусковые токи повышают надёжность релейной защиты и снижают электродинамические нагрузки на обмотки.

Экономия складывается из трёх частей: меньше материалов при изготовлении, меньше потерь при эксплуатации, меньше затрат на обслуживание. За 30 - 45 лет суммарный эффект становится значительным.

Все модели сухих силовых трансформаторов собраны в каталоге. Подробнее о технологии - на странице «Магнитопровод UNICORE». Полный список продукции - в разделе «Продукция».

Нужен подбор трансформатора собственных нужд с UNICORE?
Напишите нам - подберём решение под ваш проект. Подробнее о заводе - на главной странице.