Экспертный анализ рынка силовых трансформаторов России

Савинцев Ю.

Сегодня 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.

Сравнительные проектные параметры силовых распределительных трансформаторов с сердечником из аморфной (АС) и из холоднокатаной электротехнической стали (ЭС) представлены ниже в таблице 1.1.1.

Таблица

Особенности АС потребовали изменения конструкции магнитопровода. В связи с малой толщиной аморфный материал наиболее пригоден для витой конструкции магнитопровода, то есть для трансформаторов I – II габарита (до 1000 кВА). К условно витой конструкции магнитопровода можно отнести технологию производства магнитопроводов UNICORE, разработанную и запатентованную австралийской компанией A.E.M.Cores (рисунок 1).

Рисунок 1. Трансформатор 630/6/1,2 собранный с магнитопроводом по технологии UNICORE.

Технология UNICORE является очень гибкой, высокоточной и надежной. Одним из основных преимуществ UNICORE технологии является получение минимальных потерь в сердечнике. Магнитный поток не преодолевает препятствие в виде воздушного зазора, а минует его, используя соседние несущие ленты (дорожки), которые, в свою очередь, таких препятствий в этом месте не имеют.

Пункт 4. Уменьшение мощности потерь короткого замыкания Рк (потери в обмотках) – это инновации в конструкции обмоток силового трансформатора. В этой области наиболее интересны два направления.

Первое связано с использованием высокотемпературных сверхпроводниковых (ВТСП) материалов. Отметим следующие преимущества трансформаторов с обмотками из ВТСП-материалов:

1) снижение нагрузочных потерь при номинальном токе почти в два раза, что значительно увеличивает КПД трансформатора;

2) уменьшение веса и габаритов трансформатора до 40%, что, в свою очередь, позволяет применять такие трансформаторы в уже существующих подстанциях без их конструкционных изменений со значительным увеличением мощности. Облегчается и транспортировка трансформаторов;

3) свойство ограничения токов короткого замыкания, что в аварийных режимах защищает электрооборудование сети;

4) значительное уменьшение реактивного сопротивления, что позволяет обеспечить стабилизацию напряжения, не прибегая к его регулированию;

5) большая перегрузочная способность без повреждения изоляции и старения трансформатора;

6) уменьшение уровня шума.

Кроме того, трансформатор с ВТСП-обмотками пожаробезопасен и экологичен.

Рисунок 2.

Кабельный трансформатор типа DryFormer.

Второе направление уменьшения мощности потерь короткого замыкания – это новый тип трансформатора DryFormer (фирма АВВ Tranformatoren, рисунок 2), обмотки которого выполняются из специального кабеля. Этот кабель имеет многопроволочную медную или алюминиевую токопроводящую жилу, поверх которой наложен тонкий слой полупроводящего материала, что позволяет устранить неравномерность электрического поля, вызванного многопроволочностью жилы. Изоляция такой жилы изготавливается из полиэтилена, ее толщина выбирается из соображений электрической прочности (практически достижим уровень напряжения 220 кВ). Поверх изоляции наложен экран, выполненный также из полупроводящего материала, который заземляется, что обеспечивает рациональное распределение электрического поля. Отсутствие масла, снижение более чем вдвое доли горючих материалов по сравнению с обычным трансформатором устраняют риск пожара, взрыва, загрязнения воды и почвы при повреждении трансформатора. Это позволяет применять такие аппараты в зонах с большой плотностью населения, в подземных установках, в экологически охраняемых регионах. Для такого трансформатора не нужны вводы высокого напряжения; просто кабель, которым выполнена обмотка, протягивается к распределительному устройству на любую длину.

Российские трансформаторные заводы успешно освоили выпуск энергоэффективных силовых распределительных трансформаторов типа ТМГ, почти соответствующих европейским нормам в области энергоэффективности. Характеристики таких трансформаторов приведены в таблице 1.1.2.

К сожалению, серийное производство трансформаторов с сердечником из аморфной стали, освоил пока только МЭТЗ им. В. И. Козлова. Отдельные трансформаторы изготовили «Электрозавод» и «Подольский трансформаторный завод».

Электротехнические характеристики зарубежных трансформаторов с сердечником из АС приведены в таблице.

Таблица. Характеристики лучших российских трансформаторов в сравнении с европейскими требованиями.

Таблица. Характеристики трансформаторов с магнитопроводом из аморфной стали.

В содружестве с ведущими конструкторами нескольких трансформаторных заводов автор данного отчета спроектировал и рассчитал стоимость аморфного трансформатора типа ТМГ с сердечником из аморфной стали.

На основе (также разработанной автором) модели оценки совокупной стоимости владения силовым трансформатором был произведен сравнительный анализ совокупной стоимости трансформаторов с обычными характеристиками и инновационного энергоэффективного трансформатора.

Ниже приведены лишь данные результаты расчетов по совокупной стоимости владения для трансформатора ТМГ-630/10/0,4 с магнитопроводом из обычной электротехнической стали и с магнитопроводом из аморфной стали. Уже на временном горизонте срока эксплуатации 5 лет дисконтированная стоимость владения стоимость энергоэффективного трансформатора ТМГ-630/10/0,4 составляет 663 632,75 рублей, в то время как для обычного трансформатора эта сумма равна 732 934,14 рублей. Т.е. энергоэффективный трансформатор практически по истечении двух – трех лет эксплуатации окупает свою более высокую закупочную цену.

Весь приведенный выше материал свидетельствует о необходимости предусмотреть выпуск ЭНЕРГОЭФФЕКТИВНЫХ ИННОВАЦИОННЫХ СИЛОВЫХ ТРАНСФОРМАТОРОВ по мере становления проекта по производству силовых трансформаторов.

Оценка объема спроса и емкости рынка силовых трансформаторов I – III габарита

Оценкой объема спроса на рынке силовых трансформаторов I – III габарита автор занимается 2008 года. К настоящему времени автором настоящего отчета было обработано огромное количество статистического материала на основе поступающих на заводы заявок на приобретение силовых трансформаторов, по тендерам на закупку трансформаторного оборудования.