В витой пространственной конструкции магнитопровода обмотки располагаются на двух полустержнях независимых элементов и нет перехода магнитного потока из одной половины сечения в другую. Поэтому магнитный режим магнитопровода характеризуется наличием гармоник, кратных трем, в потоках элементов и отсутствием этих гармоник в напряженности поля и токе холостою хода. Появление третьей гармоники в магнитном потоке и приводит к росту потерь холостого хода готового магнитопровода, состоящего из трех cocтыкованных в трехфазную группу элементов. Теоретические расчеты коэффициента увеличения потерь подтверждены экспериментальными исследованиями.
Так как на коэффициент увеличения потерь в витом магнитопроводе практически не оказывает влияния изменение магнитных характеристик исходной электротехнической стали, можно сделать вывод, что применение высококачественных сталей типа Hi-В наиболее эффективно в магнитопроводах.
При разработке новой серии трансформаторов проанализированы достоинства и недостатки всех вариантов планарных и витых магнитопроводов и принято решение до стадии техническою проекта разработку вести на том и другом варианте магнитопровода.
В качестве основного материала для магнитной системы выбрана холоднокатаная электротехническая сталь с жаростойким покрытием толщиной 0,28 - 0,30 мм с удельными потерями не хуже Р 1,7/50 =1,20 Вт/кг (марка 3407)
Технический процесс изготовления витого пространственного магнитопровода пока отработан только на Минском электротехническом заводе имени В.П. Козлова. В настоящее время с целью улучшения технологичности конструкции и повышения ремонтоспособности трансформатора на заводе проводятся работы по разъемному витому магнитопроводу. Получены удовлетворительные результаты испытаний макетных образцов, что позволяет надеяться на дальнейшее снижение массы магнитопровода, а следовательно, и потерь холостого хода трансформаторов.
Принципиально новым в созданной серии является то, что трансформаторы выполнены герметичными. Эта серия обеспечивает снижение эксплуатационных издержек в результате исключения обслуживания, ремонтов и годовых эксплуатационных издержек вследствие уменьшения потерь электроэнергии, вызванных отказами трансформаторов и их простоями.
Разработанная конструкция обеспечивает повышенную надежность за счет:
· отсутствия в трансформаторах новой серии контакта масла с окружающей средой. Это значительно улучшает условия эксплуатации масла, исключает ею увлажнение, окисление и шлакообразование и, как следствие, позволяет полностью отказаться oт ухода за маслом в процессе эксплуатации;
· применения глубокого вакуума при заливке трансформатора, что увеличивает надежность работы его изоляции в течение всего срока службы;
· использования новой конструкции и материала уплотнения между крышкой и баком, обеспечивающего гарантированную равномерную затяжку резины по всему периметру, новой технологии испытания баков, жидкостью с люминофором;
· использования новой технологии подготовки и окраски баков методом струйного облива, новой водорастворимой эмали, обеспечивающей окрасочный слой повышенной долговечности;
· применения неразъемных контактных соединений в активной части, выполненных методом холодной сварки;
· использования новой конструкции переключателя ответвлений, исключающей вывод трансформатора из строя при неправильных действиях обслуживающего персонала;
· применения для сварки гофр автоматической плазменной сварочной установки, повышающей маслоплотность сварного соединения.
Проведенные исследования показали высокую эксплуатационную надежность герметичных трансформаторов с гофрированными баками Создание и производство герметичных распределительных трансформаторов мощностью до 630 кВ ∙ А , помещенных в баки с гофрированными стенками и не имеющих свободного пространства для газовой подушки, т.е. с полным заполнением бака жидким диэлектриком основное направление в развитии современных распределительных трансформаторов.
Одной из задач создания герметичных трансформаторов является снижение эксплуатационных затрат за счет отказа от периодических ревизий, регенерации и замены масла и необходимости в капитальном ремонте и течение всею срока службы.
При такой постановке задачи возникает проблема оптимального выбора размера бака, количества и размеров гофр, способных отвести выделяемое тепло и не допускающих возникновения механических напряжений, опасных для бака во всех экстремальных режимах.
Трансформаторное масло проявляет свойства механической несжимаемости. Поэтому температурное расширение деталей и масла в процессе работы трансформатора должно компенсироваться температурным и механическим расширителем оболочки.
Отсюда следует, что чем меньше жесткость оболочки, тем легче она компенсирует изменение внутреннего объема. Напрашивается вывод об уменьшении толщины оболочки как эффективного способа снижении цилиндрической жесткости. Однако оболочка должна выполнять функции корпуса и обладать достаточной прочностью для удержания трансформаторного масла в баке, а повышение прочности требует увеличения толщины оболочки. Поэтому соотношение прочности и жесткости с учетом теплового и экономического расчета являются основными успениями оптимизации параметров оболочки. Проведены необходимые расчеты и исследования, позволяющие выбрать правильные конструкторские и технологические решения.
Технико-экономические показатели проектируемых трансформаторов
В результате проведенной с применением ФСА работы выявлены проблемы, намечены технические решения и мероприятия, которые позволят снизить затраты h а производство и эксплуатацию распределительных трансформаторов I-II габаритов.
По срокам внедрения технических решении можно выделить три этапа
Первый этап предложения и рекомендации, имеющие базу внедрения и предварительную конструкторскую проработку. В основном они связаны с модернизацией отдельных узлов и деталей.
К мероприятиям этого этапа относятся: внедрение раскроя трансформаторной стали с применением ЭВМ, а также водорастворимых эмалей, изменение конструкции вволок и переключателя, применение стали 3407 вместо 3405, отказ от термометров. Экономия oт вышеперечисленных мероприятий: трансформаторной стали-130 т, алюминиевого литья - 35 т, лесоматериалов 4 т, лакокрасочных материалов 15т. Снижение себестоимости выпускаемых трансформаторов составит 800 тыс. р.
Второй этап - это предложения и мероприятия на ближайшую перспективу, для которых имеются принципиальные технические решения. Их внедрение охватывает всю серию, требует проведения опытно-конструкторских работ.
К мероприятиям этого этапа относятся: внедрение герметизированной серии, не требующей обслуживания в эксплуатации, с учетом реальных требований эксплуатации, с учетом реальных требований эксплуатации (выбор Рх.х. и Рк.з. с учетом характера нагрузок), разработка методики выбора трансформаторов, уточнение нормативов стоимости потерь, обоснование схемы соединения обмотки. Ориентировочные сроки внедрения – 1986-1989 гг. Экономия трансформаторной стали составит 600 т, трансформаторного масла 950 т. Затраты потребителя на обслуживание снизятся на 90%. Годовой экономический эффект в народном хозяйстве составит 4,5 млн р.
Третий этап предложения на отдаленную перспективу (до 2000 г.), существенно затрагивающее технологию и конструкцию, требующие теоретических и экспериментальных исследований. К ним можно отнести поисковую работу по созданию конструкции и технологии витых разрезных магнитопроводов, применение аморфных сталей |1, 2|
Зарубежные достижения в области распределительных трансформаторов
Распределительные трансформаторы напряжением 10 кВ мощностью до 630 кВ · А выпускаются многими фирмами стран Западной Европы, США и Японии. Наиболее высокие технические характеристики имеют распределительные трансформаторы фирм Trafo-Union (ФРГ), Stromberg (Финляндия), Transunel (Франция), Brush (Великобритания).
Конструктивные особенности основных узлов трансформаторов
Конструкторские решения, принятые передовыми зарубежными фирмами, заключаются в следующем. Магнитопровод - планарный, ступенчатый, с косыми стыками во всех углах из холоднокатаной рулонной стали типаHi-B с удельными потерями при Р1,5/50 = 0,8-0,9 Вт/кг.
Усовершенствованием в области конструктивного исполнения магнитопровода является решение, примененное фирмой Trafo - Union в серии трансформаторов Tumetik. Оно сводится к использованию прямоугольного бесступенчатого сечения ярма и стержня, что позволило, не изменяя технических параметров, на 25 -30% снизить трудозатраты при изготовлении трансформатора и на 3- 6% массу магнитопровода за счет уменьшения межосевого расстояния.
Передовые европейские фирмы для распределительных трансформаторов используют только планарные шихтованные магнитопроводы с косыми стыками во всех углах. Фирмы идут по пути применения более высококачественной трансформаторной стали и снижения производственных затрат при изготовлении магнитопроводов, используя высокоавтоматизированные линии по производству пластин, шихтовке магнитопроводов (без верхнего ярма). Основным производителем этих линий является фирма Georg (ФРГ).