Номера

2017

2016

2015

2014

2013

2012

2011

2010

2009

2008

2007

2006

Главная / №4 (40) Июль-Август 2011 / Аналитика

Современные трансформаторы: анализ состояния производства в РФ силовых масляных трансформаторов I–III габарита

САВИНЦЕВ Юрий Михайлович,
канд. техн. наук, генеральный директор ЗАО «Корпорация «Русский трансформатор»

Два десятилетия назад политический строй в России и экономическая модель хозяйствования существенно изменилась. Единый народнохозяйственный механизм, как его тогда называли, развалился на части, из которых стали формировать новые независимые рыночные экономики стран СНГ.

После распада СССР значительное количество трансформаторных производств оказалось за пределами России. Оставшимся в РФ крупным трансформаторным заводам: ОАО ХК «Электрозавод» (г. Москва), ООО «Тольяттинский Трансформатор» (г. Тольятти), ЗАО «Энергомаш (Екатеринбург) — Уралэлектротяжмаш» (г. Екатеринбург), ОАО «ЭТК «Биробиджанский завод силовых трансформаторов», ОАО «Алттранс», — приходится противостоять в конкурентной борьбе заводам из стран ближнего зарубежья и мощным фирмам Европы, Азии и США. Первые три из названных заводов выпускают в основном продукцию IV–VIII  габарита,и только ОАО «ЭТК «БирЗСТ» выпускает всю линейку силовых масляных трансформаторов I–III габарита. Потребность в силовых трансформаторах I–III габарита для предприятий различных отраслей экономики РФ, безусловно, не могла быть удовлетворена только ОАО «ЭТК «БирЗСТ», поэтому, естественно, появился ряд новых заводов, продукция которых способствовала удовлетворению потребностей рынка. На базе существовавших еще в СССР производств сформировалось ЗАО «Группа компаний «Электрощит» — ТМ Самара». Выпускают трансформаторы I–II габарита Курганский электромеханический завод и завод НВА (г. Рассказово, Тамбовская обл.). Два новых завода появились в Подмосковье в конце ХХ — начале XXI века: ОАО «Электрощит» (г. Чехов) и ЗАО «Трансформер» (г. Подольск).

Энергично продвигаются на отечественный рынок силовые трансформаторы I–III габарита из Италии, Германии, Финляндии, Словакии, Сербии, Индии, Китая и др. стран.

Данные о количестве выпущенных силовых трансформаторов в разные годы в СССР приведены в таблице 1. [Российский рынок электро-оборудования//Аналитический обзор. РБК. 2008].

Таблица 1. Объемы производства трансформаторного оборудования в 1970–1985годы (в СССР), шт./тыс. кВА
Номенклатурные группы трансформаторов по мощности и напряжению1970197519801985
25–6300 кВА, 6–35 кВ 109 595/27 800 118 827/37 000 134 815/44 800 131 696/40 800
6300–80 000 кВА, 110–150 кВ 1009/20 700 1385/32 400 1497/31 600 1443/29 700
Все мощности: 220, 330 и 500 кВ 324/33 200 273/36 700 282/43 800 299/42 600

Основные производители и примерные объемы производства силовых масляных трансформаторов I–III габарита в РФ и в странах СНГ по состоянию на 2009–2010 гг. представлены в таблице 2 и на диаграмме 1.

Таблица 2.
Объемы производства действующих заводов, специализирующихся на производствеI–IIIтрансформаторов габариташт. /год
УП «МЭТЗ им. В.И. Козлова», РБ, г. Минск 20 000
ОАО «ЭТК «БирЗСТ», г. Биробиджан 2000
ЗАО «Группа компаний Электрощит-ТМ-Самара» г. Самара 3000
Кентауский трансформаторный завод, РК, г. Кентау 2000
ОАО «Укрэлектроаппарат», Украина, г. Хмельницкий 2000
ОАО «Алттранс», г. Барнаул 4000
ЗАО «Трансформер», г. Подольск 2000
ОАО «Электрощит», г. Чехов 3000
ОАО «Курганский электромеханический завод», г. Курган 1000
ООО «Завод НВА», г. Рассказово, Тамбовская обл. 1000
ВСЕГО 40 000

Потребность в силовых трансформаторах I–III габарита в 2011–2012 гг. с разбивкой по мощностям, определенная автором на основе собственных оригинальных моделей прогнозирования, приведена в таблице 3 [Савинцев Ю. М. Плановое развитие рынка силовых трансформаторов: утопия или необходимость?/ Электротехнический рынок. 2011. № 1-2(37-38). С.39–41].

Общий годовой объем рынка трансформаторов I–III габарита в РФ автор оценивает в 10–12млрд руб.

Таблица 3.
Мощность, кВАПрогноз новые, шт.Прогноз замены, шт.
63 23 835 3940
100 8785 1452
160 4900 810
250 3238 535
400 2348 388
630 1806 299
1000 621 102
1600 512 84
2511 433 71
4000 372 61
6300 324 53
ВСЕГО 47 173 7796
I–IIгабарит 44 911 7424
III габарит 2262 372

При анализе состояния современного производства силовых трансформаторов и состояния в целом российского рынка силовых трансформаторов I–III габарита можно исходить из «маркетингмикс» (комплекса маркетинга), который представляет основные факторы, являющиеся предметом маркетингового управления. Комплекс состоит из четырех элементов, так называемых «четырех P»: товара, цены, канала (место) распространения и продвижения (англ. Product, Price, Place, Promotion).

На сегодняшний день в распределительных подстанциях систем электроснабжения потребителей нашли применение следующие типы конструкций трехфазных силовых масляных трансформаторов: ТМ, ТМГ, ТМЗ, ТМФ, ТМЭ, ТМБ, ТМЖ, ТМН, ТМПН.

Принципиально отличающихся по конструкции типов масляных силовых трансформаторов всего четыре: ТМ, ТМГ, ТМЗ и ТМН.

Стенки баков трансформаторов ТМ изготовлены из стального листа толщиной от 2,5 до 4 мм; тепловое увеличение объема масла компенсируется расширением в дополнительный расширительный бак (расширитель). Выводы обмоток ВН и НН расположены на крышке бака. Охлаждение масла происходит в коробчатых или пластинчатых радиаторах, расположенных вдоль стенок основного бака.

Преимущества: очень высокая стойкость к случайным механическим воздействиям при монтаже, при транспортировке и т.п. Продолжительность эксплуатации достигает сорока—пятидесяти лет. Недостаток: требуется периодический контроль влагосодержания трансформаторного масла. Трансформатор ТМФ — это тот же трансформатор ТМ, но с боковыми выводами обмоток ВН и НН, закрытыми защитными коробами.

Стенки баков трансформаторов (герметичных) ТМГ изготовлены из стального листа толщиной от 1,0 до 1,5 мм — это так называемый гофробак. Выводы обмоток ВН и НН расположены на крышке бака. Расширитель и воздушная или газовая «подушка» отсутствуют. Температурные изменения объема масла компенсируются упругой деформацией гофров бака. Контакт масла с окружающей средой полностью отсутствует. Это обстоятельство намного улучшает условия работы масла, исключает возможность его увлажнения, загрязнения или окисления. Трансформаторное масло перед заливкой дегазируется. Именно по этой причине свойства масла практически не меняются на протяжении всего срока службы. Благодаря этому нет необходимости производить забор пробы масла. Достоинства: сокращение массогабаритных характеристик, значительное сокращение эксплуатационных расходов (на 30–40%).Недостаток: низкая стойкость к случайным механическим воздействиям при монтаже, при транспортировке и т.п.

Конструкция бака трансформаторов ТМЗ по толщине такая же, как и у ТМ, но при этом бак выполнен в герметичном исполнении. Выводы ВН и НН расположены на боковых стенках бака, как у трансформатора ТМФ. Защитой масла от окисления, загрязнения, насыщения влагой выступает сухой азот (по принципу азотной подушки между крышкой трансформатора и зеркалом масла). Этот тип трансформаторов сочетает в себе положительные эксплуатационные свойства трансформаторов ТМ и ТМГ.

Трансформаторы типов ТМ, ТМГ, ТМЗ имеют возможность использования5-тиступенчатой регулировки напряжения, в диапазоне ±2×2,5% от номинального напряжения по стороне ВН. Регулировка происходит по принципу «Переключения Без Возбуждения» (ПБВ), т.е. в выключенном состоянии.

В силовых трансформаторах ТМН, имеющих конструкцию бака аналогичную ТМ, предусмотрена возможность автоматического регулирования напряжения без отключения трансформатора от сети с помощью устройства РПН типа РНТА 35/125 или аналогичного устройства. Имеется девять ступеней регулировки напряжения по стороне ВН с диапазоном регулирования ±4×2,5% от номинального. Переключение трансформатора ТМН на другой диапазон может производиться как в автоматическом, так и в ручном режимах. Выводы обмоток ВН и НН расположены на крышке бака.

Трансформаторы типов ТМЭ, ТМБ, ТМЖ и ТМПН достаточно специфичны, спрос на них «привязан» к конкретным потребителям.

Трансформаторы ТМЭ предназначены для питания электрооборудования экскаваторов и работают в условиях тряски, вибрации воздействия инерционных сил при разгоне и торможении поворотной платформы, крена и дифферента до 12°, могут располагаться на расстоянии до 6 м от оси поворота платформы.

Трансформаторы ТМБ предназначены для питания электрооборудования буровых установок.

Силовые трансформаторы ТМЖ выпускаются с номинальным напряжением первичной обмотки (высокого напряжения) 27,5 кВ и вторичной обмотки (низкого напряжения) — 0,4 кВ и предназначены для питания электрооборудования железных дорог.

Трансформаторы ТМПН с первичным напряжением 0,38 кВ предназначены для преобразования электроэнергии в составе электроустановок питания погружных электронасосов добычи нефти. ТМПН с первичным напряжением 6; 10 кВ предназначены для преобразования электроэнергии в составе комплектных трансформаторных подстанций, питающих погружные электронасосы добычи нефти.

Все трансформаторы имеют ВН 6 (10) кВ. ТМН выпускают, как правило, класса напряжения 35 кВ. Трансформатор ТМПН выпускается также класса напряжения до 3 кВ.

Потребность в трансформаторах типов ТМ, ТМГ, ТМЗ, ТМН была оценена автором на выборке заявок, поступивших от конкретных заказчиков в течение 2008–2010 гг.и представлена в таблице 4 и на диаграмме 2.

Таблица 4.
Тип конструкции трансформатораТМТМГТМЗТМН
Доля в потребительском спросе 45% 35% 10% 10%

Однако, несмотря на потребительский спрос, подавляющее большинство отечественных и зарубежных трансформаторных заводов выпускают только типы ТМ и ТМГ как пользующиеся наибольшим спросом. На сегодняшний день единственный завод в России изготавливает все перечисленные выше типы трансформаторов — ОАО «ЭТК «БирЗСТ».

В соответствии с ГОСТ 15467-79 качество продукции — это совокупность свойств продукции, обуславливающих ее пригодность удовлетворять определенные потребности в соответствии с ее назначением. Применительно к силовому трансформатору такими свойствами являются, прежде всего, его электротехнические характеристики (потери холостого хода и короткого замыкания, токи холостого хода и короткого замыкания) и характеристики надежности (долговечность, безотказность, ремонтопригодность и сохраняемость). ГОСТ Р 52719-2007 устанавливает основные технические требования, исходя из которых параметры трансформаторов, изготавливаемых сегодня на отечественных заводах, примерно соответствуют значениям, приведенным в таблице 5.

Таблица 5.
Мощность, кВАНапряжениеСхема и группа соединенияUk, %Ixx, %Потери, ВтГабаритные размеры, ммМасса, кг
ВН, кВНН, Вх.хк.з.LВН
40 6 10   ДЛн-11 У/Ун-0 У/Zh-I1 4,5 4,5 4,7 3,0 155 880 880 1000 800 500 1000 300
63 6 10   ДЛн-11 У/Ун-0 У/Zh-I1 4,5 4,5 4,7 3,0 220 1280 1280 1470 1000 500 1000 420
100 6 10   ДЛн-11 У/Ун-0 У/Zh-I1 4,5 4,5 4,7 1,6 270 1970 1020 750 1180 1180 1260 550
160 6 10   ДЛн-11 У/Ун-0 У/Zh-I1 4,5 4,5 4,7 1,5 410 2600 1100 780 1120 1120 1200 700
250 6 10 20 400 ДЛн-11 У/Ун-0 4,5 1,0 530 3700 1250 760 1350 1350 1430 950 950 970
400 6 10 20 ДЛн-11 У/Ун-0 4,5 0,8 800 5500 1500 850 1380 1380 1470 1350 1350 1370
630 6 10 20   ДЛн-11 У/Ун-0 5,5 0,6 1240 7600 1640 940 1510 1510 1600 2000
1000 6 10 20   ДЛн-11 У/Ун-0 5,5 0,5 1600 10 800 1715 1120 1640 1640 1740 2850 2850 2900
1250 6 10 20   ДЛн-11 У/Ун-0 6,0 0,5 1800 12 400 1800 1200 2020 2020 2100 3200 3200 3250
1600 6 10 20   ДЛн-11 У/Ун-0 6,0 0,5 2100 16 500 2180 1260 2170 2170 2200 4200 4200 4300

Сравнительные характеристики трансформаторов ТМГ номинальной мощностью 100–630 кВА некоторых заводов представлены в таблице 6.

Таблица 6.
Мощность, кВАЗаводыТипРхх, ВтРкз, ВтУровень шума, Lа, дбУровень шума, Lра, дбГабаритные размеры, ммМасса, кг
LBH
100 МЭТЗ им. Козлова ТМГ 270 1970 50 59 1020 750 1180 540
ТМГМШ 220 2270 43 52 1000 720 925 540
Укрэлектроаппарат ТМГ 305 - - - 1310 750 1050 700
ЭТК «БирЗСТ» ТМГ 280 2000 - - 942 595 1175 580
160 МЭТЗ им. Козлова ТМГ 410 2600 53 62 1100 780 1180 700
ТМГМШ 320 2900 45 54 1120 750 1220 710
Укрэлектроаппарат ТМГ 410 - - - 1330 765 1450 938
ЭТК «БирЗСТ» ТМГ 400 2600 - - 986 672 1240 750
250 МЭТЗ им. Козлова ТМГ 580 3700 56 65 1220 840 1220 950
ТМГМШ 450 4200 47 56 1220 840 1320 1020
Укрэлектроаппарат ТМГ 550 - - - 1460 790 1570 1233
ЭТК «БирЗСТ» ТМГ 550 3500 - - 1196 735 1345 1050
400 МЭТЗ им. Козлова ТМГ 830 5400 59 68 1300 860 1300 1360
ТМГМШ 600 5400 49 58 1300 860 1480 1480
Укрэлектроаппарат ТМГ 830 - - - 1390 670 1695 1795
ЭТК «БирЗСТ» ТМГ 760 5500 42,4 49,7 1252 766 1407 1308
630 МЭТЗ им. Козлова ТМГ 1240 7600 60 70 1540 1060 1470 2000
ТМГМШ 940 7600 52 62 1540 1060 1600 2100
Укрэлектроаппарат ТМГ 1050 - - - 1590 1000 1735 2100
ЭТК «БирЗСТ» ТМГ 1000 7600 47,1 53,8 1578 862 1579 1780

Как видно из таблицы 6, параметры потерь у трансформаторов разных заводов примерно одинаковы, однако выпускаются и трансформаторы с потерями х.х., уменьшенными на 20%.

К сожалению, десятки тысяч продаваемых на сегодняшний день силовых распределительных трансформаторов (I–III габарита), как новых, так и выдаваемых за новые, по техническим данным, представленным в технической документации невозможно отличить друг от друга! Такая ситуация сложилась в связи с тем, что только ГОСТ11920-85 «Трансформаторы силовые масляные общего назначения напряжением до 35 кВ включительно» регламентирует потери в трансформаторах, да и то, лишь начиная с мощности 1000 кВА, и только для трансформаторов 1000/35 и 1000/10 для собственных нужд электростанций. В результате, если в паспорте на трансформатор, к примеру, ТМ-1000/10 будет указано, что потери холостого хода не превышают 2200 Вт, а потери к.з. не превышают 12 200 Вт, то данный трансформатор с точки зрения электротехнических характеристик эквивалентен новому, даже... если он был выпушен 15 лет назад или подвергался ремонту (так называемые «трансформаторы с хранения»).

Принципиально иная ситуация у европейских производителей силовых трансформаторов. Там существуют стандарты на показатели энергоэффективности [Энергосбережение в Европе: применение энергоэффективных распределительных трансформаторов/Перевод с английского Е. В. Мельниковой. Редактор перевода В. С. Ионов// Энергосбережение. 2003. № 4, 2004. № 1]. Согласно стандарту HD428 для распределительных трансформаторов с масляным охлаждением и максимальным напряжением до 24 кВ основными параметрами (показателями) энергетической эффективности являются приведенные в таблице 7 нормы потерь короткого замыкания (к.з.) и «холостого хода» (х.х.). Для масляных трансформаторов допускается три уровня потерь к.з. (А, В и С) и три уровня потерь х.х. (А’, В’ и С’), которые определяются по специальной методике с определенным допуском на погрешность. Наиболее эффективной является комбинация С’ — С. Если сравнить параметры потерь для трансформатора мощностью 630 кВА, то очевидно, что эти показатели для наиболее эффективной комбинации по стандарту HD428 существенно лучше показателя энергоэффективного трансформатора производства МЭТЗ им. В.И. Козлова (РБ, г. Минск), и тем более лучше показателей основной массы силовых трансформаторов, покупаемых российскими потребителями.

Таблица 7.
Мощность, кВАДопустимые уровни потерь короткого замыкания, ВтДопустимые уровни потерь «холостого хода», Вт
АВСА’В’С’
100 1750 2150 1475 320 260 210
160 2350 3100 2000 460 375 300
250 3250 4200 2750 650 530 425
400 4600 6000 38500 930 750 610
630 6500 8400 5400 1300 1030 860
1000 10 500 13 000 9500 1700 1400 1100
1600 17 000 20 000 14 000 2600 2200 1700
2500 26 500 32 000 22 000 3800 3200 2500

Однако качество силового трансформатора — это не только «хорошие» паспортные характеристики. ГОСТ Р 52719-2007 требует,что наработка на отказ должна быть не менее 25 000 часов, а полный срок службы — не менее 30 лет. Нетрудно видеть, что трансформатор с момента ввода в эксплуатацию должен проработать безотказно 3 года!

Так какую же трансформаторную продукцию выбирает отечественный покупатель? Выше отмечалось, что на российском рынке широко представлены российские производители, и продукция заводов стран СНГ, и трансформаторы зарубежных производителей. Качественная продукция европейских заводов имеет естественно более высокую цену при равной мощности. Срок поставки при изготовлении на заказ достигает нескольких месяцев. Новая продукция российских заводов имеет приемлемую цену и средний срок поставки — до полутора месяцев.

Так называемая продукция «с хранения» (отремонтированный трансформатор, купленный предприимчивыми «производителями» по цене металлолома, качественно покрашенный, с поддельным паспортом) всегда есть на складе и имеет цену на 40–50% ниже новой продукции, выпускаемой российскими заводами. Отрадно заметить, что все большее число покупателей «не ведется» на агрессивную рекламу поставщиков «трансформаторов с хранения», а требует только новую продукцию. Среднерыночные цены (с НДС) на новые силовые масляные трансформаторы представлены в таблице 8.

Таблица 8.
  
ТМ(Г) 100\6-10 100 000 руб.
ТМ(Г) 160\6-10 130 000 руб.
ТМ(Г) 250\6-10 170 000 руб.
ТМ(Г) 400\6-10 220 000 руб.
ТМ(Г) 630\6-10 330 000 руб.
ТМ(Г) 1000\6-10 500 000 руб.
ТМ 1600\6-10 970 000 руб.
ТМ 2500\6-10 1 410 000 руб.
ТМ 4000\6-10 2 400 000 руб.
ТМ 6300\6-10 3 100 000 руб.

Каковы перспективы развития трансформаторного производства в России, да и в мире вообще?

Распоряжением Правительства РФ от 1 декабря 2009 г. № 1830-рутвержден «План мероприятий по энергосбережению и повышению энергетической эффективности в Российской Федерации», в котором предусматривается разработка и реализация комплекса мер по созданию благоприятных условий для развития производства энергосберегающих устройств и стимулированию роста предложения в соответствии с потенциальным спросом. В «Плане...» дано указание на формирование предложений по ограничению (запрету) оборота энергетических устройств, характеризующихся неэффективным использованием энергоресурсов.

Силовые распределительные трансформаторы мощностью 25–630 кВА напряжением 6–10 кВ —наиболее массовая серия производимых и эксплуатируемых силовых трансформаторов как в нашей стране так и за рубежом. Общее количество распределительных трансформаторов в России составляет более чем 4 млн штук.

Ежегодное потребление электроэнергии в России находится на уровне 900–1000 миллиардов кВт*ч, при этом общие потери электроэнергии в распределительных трансформаторах оцениваются в 7,5 миллиардов кВт*ч и примерно 50% — это потери в магнитопроводах трансформаторов.

Ежегодные затраты на обслуживание одного распределительного трансформатора с магнитопроводом из холоднокатаной электротехнической стали составляют примерно 8% от его первоначальной стоимости.

Наиболее перспективный путь снижения затрат на производство и эксплуатацию силовых распределительных трансформаторов — это применение магнитопроводов из аморфных (нанокристаллических) сплавов, при этом обеспечивается более чем пятикратное снижение потерь холостого хода трансформаторов по сравнению с традиционными магнитопроводами из электротехнической стали.

Силовые распределительные трансформаторы с сердечником из аморфной стали серийно выпускаются в США, Канаде, Японии, Индии, Словакии. Всего в мире уже изготовлено 60–70 тыс.единиц трансформаторов мощностью 25–100 кВА,примерно 1000 единиц прошли успешные многолетние испытания в различных энергосистемах. Наибольших успехов добились США и Япония. Японская фирма Hitachi в сотрудничестве с американской Allied Signal выпустила на рынок гамму силовых трансформаторов (мощностью от 500 до 1 тыс. кВА), сердечник которых изготовлен из аморфного сплава. Как показали испытания, он позволяет сократить потери энергии в сердечнике трансформатора на 80% по сравнению со стальным аналогом. По оценке, если бы во всех действующих в мире трансформаторах установить сердечники из аморфных металлов, среднегодовая экономия энергии составила бы 40 млн кВт*ч. Недостатком сердечников из аморфных материалов является их более высокая стоимость по сравнению с традиционными материалами — у японской фирмы эта разница достигает 15–20%. Компания Allied Signal производит аморфный сплав для трансформаторов на заводе в г. Конуэй (США). Его цена не превышает стоимости кремнистой стали — 2–2,5 долл./кг. Тем не менее, руководство фирмы утверждает, что производство таких сердечников обходится дороже в силу большего потребления металла и неотработанности технологического процесса. Еще одной проблемой является усложнение процесса изготовления сердечника по мере увеличения его размеров. Японской фирме с этой целью пришлось освоить специальную технологию. Allied Signal имеет два завода по выпуску сердечников из аморфных сплавов: один в Индии (с 1993 г.) и другой в КНР (в г. Шанхай с 1996 г.). Годовая мощность последнего составляет 450 т, в ближайшее время предполагается ее увеличение в три раза. Фирмы-партнеры рассчитывают на сбыт силовых трансформаторов с сердечником из аморфных металлов на рынках стран с дорогой электроэнергией.

Сравнительная таблица проектных параметров силовых распределительных трансформаторов с сердечником из аморфной (АС) и из обычной стали (ЭС) представлена ниже в таблице 9.

Таблица 9.
Параметр100 кВА250 кВА400 кВ630 кВА
АС В=1,ЗТлЭСАС В=1,285ТлЭСАС В=1,35 ТлЭСАС В=1,31 ТлЭС
Потери, Вт
Холостого хода 64 300 128 580 161 830 238 1200
Короткого замыкания 1617 1700 3129 3100 4457 4400 6353 6200
Напряжение короткого замыкания, % 4,42 4,5 4,37 4,5 4,5 4,5 6,06 6,0
Ток холостого хода, % 0,2 2,5 0,093 1,9 0,078 1,6 0,074 1,3