Модернизация производства энергоэффективных трансформаторов с сердечником из аморфной стали

В соответствии с концепцией технологического развития Российской Федерации, к 2030 году коэффициент технологической зависимости страны должен быть снижен в 2,5 раза по сравнению с 2022 годом. Отдельные положения приняты для каждой из отраслей, в том числе для энергетической — здесь значительное внимание уделяется осуществлению планового перехода на путь энергоэффективного развития.

Одним из видов энергоэффективного оборудования являются силовые трансформаторы с сердечником из аморфной стали, пришедшие на смену трансформаторам с сердечниками из электротехнической стали. Впервые производство полного цикла этих изделий в России было запущено в 2021 году на базе ООО «НПК «Автоприбор». Растущая популярность изделия обусловлена целым рядом факторов. Прежде чем поговорить о последних достижениях инженерии в области трансформаторостроения, кратко напомним основные отличия классических трансформаторов от аморфных.

Материал сердечника. Аморфные сплавы отличаются от электротехнических отсутствием кристаллической решетки. Такая структура уменьшает удельные потери на перемагничивание в сердечнике на 30–70%.

Тип конструкции. Для классического трансформатора будет характерно расположение катушек в ряд (стержневая или бронестержневая конструкция). Катушки аморфного трансформатора, который выпускают в НПК АВТОПРИБОР, расположены на равноудаленном расстоянии друг от друга (пространственная конструкция). Благодаря этому все процессы внутри трансформатора протекают симметрично: распределение магнитных потоков в сердечнике, температурное распределение, обмывание маслом.

Разница в потерях холостого хода. Трансформатор затрачивает часть энергии на свою работу вне зависимости от того, подключена ли к нему нагрузка. За счет сниженных удельных потерь в материале сердечника потери холостого хода у аморфного трансформатора будут пропорционально ниже, чем у трансформатора с сердечником из электротехнической стали. Вследствие этого и нагрев трансформатора в процессе работы будет меньше.

Разница в перегрузочной способности. Аморфные трансформаторы имеют более высокую перегрузочную способность по температурному расчету.

Преимущества энергоэффективных силовых трансформаторов высоко оценили в таких странах, как США, Китай, Япония. В России эти изделия по полному циклу производит ООО «НПК «Автоприбор». Его представители регулярно анализируют обратную связь от заказчиков и внедряют необходимые улучшения. За прошедшие несколько лет аморфный трансформатор уже удалось модернизировать по целому ряду показателей.

Герметичное исполнение трансформатора. В первых трансформаторах 2019–2020 годов выпуска использовались маслорасширительные баки. Это приводило к тому, что масло могло напитываться влагой, что не очень положительно сказывалось на качестве диэлектрических свойств изделия в течение продолжительного срока эксплуатации трансформаторного масла. Для улучшения конструкции и снижения эксплуатационных затрат НПК АВТОПРИБОР совместно с Ивановским государственным энергетическим университетом имени В.И. Ленина разработали конструкцию трансформатора герметичного исполнения.

Усовершенствование технологии покраски. Производители отказались от однокомпонентных красок и быстросохнущих однокомпонентных грунтов ввиду не подтвержденной долговечности сроков эксплуатации и слабой стойкости к ультрафиолету. Вместо этого был осуществлен переход на более сложную систему окрашивания — двухкомпонентные эпоксидные эмали и грунты. Это позволило предотвратить мелкие сколы, которые приводят к ржавчине и к растрескиванию покрытия.

Повышение герметичности изделия в месте соединения крышки и бака трансформатора. Данная проблема достаточно распространена по России в целом. Из-за слабой прокладки были зафиксированы случаи протечки масла. Для решения этой проблемы была осуществлена замена резиновой прокладки на более стойкую резинопробковую: она производится полностью на территории России. С использованием данного материала возможность протечки в месте соединения крышки и бака трансформатора полностью исключилась.

Повышение надежности конструкции бака трансформатора. После перехода на герметичное исполнение трансформатора возникла необходимость в замене материала для изготовления бака и крышки. В связи с этим было принято решение о переходе на сталь вида 09Г2С, которая является конструкционной и предназначена для изготовления сосудов, работающих под давлением. Герметичное исполнение также требовало сокращения количества сварных швов. Если раньше каждая из стенок была отдельным структурным элементом, то теперь изделие стало представлять собой изогнутую конструкцию.

Проведена модернизация технологии подготовки трансформаторного масла. С этой целью была приобретена специальная установка для дегазации, нагрева, осушения и фильтрации трансформаторного масла, которая позволяет извлекать из него остаточные газы и производить осушку. За счет этого удалось достигнуть стабильно высоких диэлектрических свойств трансформаторного масла перед заливкой в силовой трансформатор.

Модернизация конструкции. Произошло снижение веса арматуры внутренней активной части на 10–15%, а также осуществлена замена импортных комплектующих: за последние несколько лет в России появились поставщики отечественных деталей, которые освоили серийный выпуск импортозамещающей продукции для трансформаторостроения.

Достижение уровня удельных потерь классов Х4(+) К3(+). Этот показатель предполагает снижение потерь холостого хода на 30–50% по сравнению с существующим наивысшим классом энергоэффективности. А по сравнению с эксплуатируемыми и выпускаемыми в настоящее время трансформаторами на рынке РФ уровень потерь холостого хода в трансформаторах НПК АВТОПРИБОР снижен более чем в 2 раза.

Снижение материалоемкости изделия. Наконец, аморфные трансформаторы стали более компактными: размеры изделия были сокращены на 25 см в высоту и стали легче почти на 800 кг. За счет конструктивных решений также удалось снизить геометрические размеры трансформатора на 15–20%.

Работы по модернизации энергоэффективных аморфных трансформаторов продолжаются, и сегодня они могут применяться не только для государственных нужд, но и на коммерческих предприятиях для снижения операционных затрат холостого хода и короткого замыкания. Инновационные решения в сфере трансформаторостроения были высоко оценены еще на этапе их первого ввода в эксплуатацию. В перспективе эти изделия позволят не только значительно снизить энергозатраты, но также сократить углеродный след.