Технические характеристики силовых трансформаторов 220 кВ для проектов расширения электросетей

Расширение энергосистемы может потребовать установки нового трансформатора, который будет работать параллельно с существующими агрегатами, принимать на себя переданную нагрузку во время отключения и обеспечивать подключение источников генерации, меняющих направление потокораспределения. Выбор силового трансформатора 220 кВ только по напряжению и мощности в МВА может привести к несовместимому сопротивлению, недостаточной мощности охлаждения или диапазону регулирования ответвлений, который не позволяет поддерживать требуемое напряжение на шинах.

Поэтому разработку спецификации следует начинать с исследований энергосистемы и анализа условий на площадке, а затем на их основе устанавливать гарантируемые электрические, тепловые, механические и испытательные требования. Сравнивайте предложения по одинаковым условиям эксплуатации: схеме обмоток, номинальной мощности при каждой ступени охлаждения, координации изоляции, стойкости к токам короткого замыкания, потерям, регулированию напряжения и ограничениям монтажа. Более низкая цена закупки не является преимуществом, если предложенная конструкция не соответствует этим требованиям.

Определите режим работы в сети до выбора мощности

Установите роль трансформатора в расширенной энергосистеме. Присоединение к сети передачи электроэнергии, точка питания распределительной сети и повышающая подстанция для подключения возобновляемой генерации могут быть подключены к системе 220 кВ, но предъявляют разные требования к нагрузке, заземлению и регулированию напряжения. В спецификации необходимо указать номинальное напряжение каждой обмотки, частоту системы, направления потокораспределения и ожидаемые режимы работы.

При выборе мощности необходимо различать нормальную нагрузку и режим работы при аварии. Используйте прогноз нагрузки и сценарии отключений, чтобы определить продолжительность нагрузки, температуру окружающей среды и доступное оборудование охлаждения для каждого случая. Требования к аварийной перегрузке должны включать согласованные тепловые условия и оценку старения изоляции; их нельзя трактовать как неограниченное увеличение мощности, указанной на паспортной табличке.

• Нормальная работа: Определите длительную мощность в МВА, суточные колебания нагрузки, сезонные условия окружающей среды и ожидаемый рост спроса.
• Работа при аварии: Укажите передаваемую нагрузку, продолжительность, предшествующую нагрузку и возможность недоступности какого-либо оборудования охлаждения.
• Подключение генерации: Учтите обратное направление потокораспределения, режим по реактивной мощности, воздействие гармоник и диапазон напряжения в точке присоединения.
• Будущее расширение: Укажите планируемые параллельно работающие агрегаты, схемы шин и изменения ожидаемого тока короткого замыкания.

Укажите, требуется ли двухобмоточный трансформатор, трехобмоточный трансформатор или автотрансформатор. Автотрансформатор может подходить для связи сетей разных классов напряжения, однако его электрическое соединение между системами влияет на заземление и режимы короткого замыкания. Для третичной обмотки необходимо определить назначение и номинальную мощность, включая нагрузку вспомогательного питания или компенсации реактивной мощности.

Преобразуйте результаты исследований в сопоставимые гарантируемые параметры

Полезная техническая ведомость отделяет требования заказчика от гарантируемых поставщиком характеристик. Если оставить важные поля незаполненными, участники тендера смогут оптимизировать предложения, исходя из разных допущений. В результате цены будут выглядеть сопоставимыми, хотя в них будет заложено оборудование с разными характеристиками.

Требуйте от участников тендера явно указывать отклонения, а не прятать оговорки в общих чертежах или брошюрах. Для гарантируемых значений необходимо указывать основу измерения и допустимые отклонения согласно выбранному стандарту. В противном случае номинально лучшие показатели потерь или сопротивления могут не означать более строгих договорных обязательств.

Изоляция и сопротивление: две спецификации, которые нельзя выбирать независимо друг от друга

Ориентируйтесь на координацию изоляции, а не только на номинальное напряжение

Обозначение 220 кВ указывает номинальное напряжение системы, но не определяет в полной мере требования к изоляции трансформатора. Укажите наибольшее напряжение для оборудования, а также требуемые уровни выдерживаемого напряжения при грозовом импульсе, при коммутационном импульсе, если это необходимо, и при напряжении промышленной частоты. Эти значения должны соответствовать оценке перенапряжений в системе и выбранным требованиям IEC или IEEE.

Защитные характеристики ограничителей перенапряжений, место их установки, длина соединительных проводников и заземление влияют на напряжение, воздействующее на выводы трансформатора. Изоляцию нейтрали также необходимо определить отдельно с учётом практики заземления и возможных переходных режимов. Не следует без соответствующего исследования предполагать, что нейтрали требуется полная или пониженная изоляция.

Внешняя изоляция должна соответствовать высоте площадки над уровнем моря, уровню загрязнения и конструкции вводов. Если условия на площадке отличаются от стандартных условий эксплуатации, запросите у производителя описание необходимых изменений конструкции и подтверждение пригодности как внутренней, так и внешней изоляции.

Проверьте сопротивление с учётом токов короткого замыкания и характеристик напряжения

Более высокое сопротивление может ограничить ток сквозного короткого замыкания, но также увеличивает падение напряжения и может повлиять на потребность в реактивной мощности. Более низкое сопротивление может улучшить регулирование напряжения, но повысить уровни токов короткого замыкания в нижестоящем распределительном устройстве. Допустимое значение должно определяться исследованием энергосистемы, а не предпочтением предложения с наименьшим процентным значением.

Для трехобмоточных конструкций укажите сопротивления между каждой парой обмоток с чётко определёнными базисными значениями. При необходимости включите требования для соответствующих положений ответвлений, если их изменение существенно влияет на работу системы. Оцените предлагаемые допуски: одно только гарантируемое номинальное значение не отражает полного диапазона, возможного для поставленного трансформатора.

Параллельная работа добавляет ещё одно ограничение. Коэффициент трансформации, группа соединения обмоток, чередование фаз, модуль и угол сопротивления влияют на циркулирующие токи и распределение нагрузки. Данные с паспортных табличек существующего оборудования следует дополнить протоколами испытаний, если они доступны. Новый агрегат, совпадающий только по напряжению и мощности, может привести к перегрузке одного из трансформаторов до того, как общая установка достигнет запланированной мощности.

Оцените охлаждение и потери с учётом фактического профиля работы

Конструкция системы охлаждения должна учитывать условия окружающей среды на площадке и ожидаемую нагрузку, а не только заявленную максимальную мощность в МВА. Укажите номинальные мощности при режимах ONAN, ONAF или других предлагаемых схемах охлаждения, а также требуемые характеристики при недоступности группы вентиляторов, насоса или вспомогательного питания.

Запросите гарантируемые превышения температуры масла и обмоток, основу теплового расчёта и метод оценки температуры наиболее нагретой точки обмотки. Оценка допустимой нагрузки должна выполняться по применимому руководству по нагрузке с учётом состояния изоляции, предположений о влажности и доступности охлаждения. Длительная номинальная мощность и способность выдерживать кратковременную перегрузку — разные обязательства.

Условия монтажа могут снижать эффективность охлаждения. До утверждения чертежей следует проверить зазоры вокруг радиаторов, близость стен, геометрию укрытия и рециркуляцию горячего воздуха. Система вспомогательного питания подстанции также должна обеспечивать пусковые и рабочие требования предлагаемого оборудования охлаждения.

При оценке потерь различайте потери холостого хода и нагрузочные потери. Потери холостого хода сохраняются всё время, пока трансформатор находится под напряжением, тогда как нагрузочные потери изменяются приблизительно пропорционально квадрату тока с учётом температуры и других эксплуатационных факторов. Поэтому для агрегата расширения с небольшой нагрузкой и сильно нагруженного трансформатора передачи электроэнергии приоритеты по потерям могут различаться.

• Запрашивайте гарантируемые потери холостого хода и нагрузочные потери с указанием напряжения, частоты, положения ответвления и температуры приведения.
• Отдельно учитывайте потребление вспомогательного оборудования охлаждения, если оно не включено в указанные потери.
• Применяйте ко всем предложениям одинаковые заданные заказчиком коэффициенты капитализации или допущения по стоимости электроэнергии.
• Определите пределы приёмки и договорные последствия превышения согласованных гарантий по потерям.

Указанного в заголовке процента КПД недостаточно для сравнения предложений, поскольку он зависит от нагрузки, коэффициента мощности и условий измерения. Выбор масла также требует анализа с учётом конкретной конструкции: минеральное масло и жидкости на основе натуральных эфиров имеют разные тепловые характеристики и требования к совместимости материалов. Экологические предпочтения не отменяют необходимости проверить всю систему изоляции и охлаждения.

Рассматривайте регулирование напряжения и интерфейсы подстанции в комплексе

Переключатель ответвлений под нагрузкой следует выбирать исходя из необходимого диапазона рабочего напряжения, а не стандартной конфигурации из каталога. Определите регулируемую обмотку, диапазон, число положений, величину ступени, номинальный сквозной ток и соответствующую коммутационную нагрузку. Убедитесь, что требуемая мощность в МВА сохраняется во всём заданном диапазоне ответвлений.

Для подключения возобновляемых источников и при изменяющихся потоках в сетях передачи электроэнергии может потребоваться работа в обоих направлениях потока мощности. Схема регулирования напряжения должна учитывать эти условия, включая компенсацию падения напряжения в линии, если она применяется, пределы регулирования и координацию с другими регулирующими устройствами. Для параллельно работающих трансформаторов также необходима согласованная стратегия управления, чтобы избежать чрезмерного циркулирующего реактивного тока.

В предложении должны быть указаны индикация положения ответвлений, местное и дистанционное управление, сигнализация, блокировки и интеграция с автоматизированной системой подстанции. Необходимо предусмотреть доступ для технического обслуживания и порядок сервиса переключателя ответвлений, поскольку неисправность компонента регулирования напряжения может стать причиной отключения, даже если основной трансформатор исправен.

До присуждения контракта проверьте физические интерфейсы и интерфейсы систем защиты. К ним относятся нагрузки на выводы вводов, коэффициенты трансформации и требования к точности трансформаторов тока, совместимость с дифференциальной защитой, соединения нейтрали, меры по сбору масла, противопожарные разрывы, точки подъёма, масса при транспортировке и нагрузки на фундамент. Габаритные размеры должны учитывать собранный агрегат и пространство, необходимое для демонтажа обслуживаемых компонентов.

Требуйте план испытаний, учитывающий указанные риски

Укажите в спецификации закупки применимое семейство стандартов и редакции документов. IEC 60076 и соответствующие стандарты IEEE C57 задают признанные основы, однако их терминология, требования к испытаниям и положения о приёмке не во всех деталях взаимозаменяемы. Заявление о соответствии оборудования «IEC и IEEE» не заменяет согласованную матрицу соответствия.

План инспекций и испытаний должен различать приёмо-сдаточные, типовые и специальные испытания. Уточните, какие испытания будут проведены на поставляемом агрегате, какие могут подтверждаться относящимися к конструкции данными и какие требуют присутствия представителя заказчика.

1. Проверьте электрические гарантии: Сопоставьте коэффициент трансформации, сдвиг фаз, сопротивление обмоток, сопротивление короткого замыкания и измеренные потери с требованиями договора.
2. Подтвердите диэлектрические характеристики: Укажите применимые испытания на выдерживаемое напряжение и измерения частичных разрядов, включая критерии приёмки и схемы испытаний.
3. Оцените тепловые и механические подтверждения: Установите требования к испытаниям на нагрев и проверке стойкости к короткому замыканию. Подтвердите применимость ранее полученных данных к предлагаемой конструкции.
4. Подготовьте исходные данные для ввода в эксплуатацию: Согласуйте заводскую документацию и проверки на площадке, включая состояние масла и измерения частотных характеристик, если они предусмотрены, чтобы можно было исследовать изменения, возникшие при транспортировке.

Для расширяющейся энергосистемы необходимо отдельно рассмотреть способность выдерживать короткое замыкание, поскольку после ввода оборудования в эксплуатацию уровни токов короткого замыкания могут возрасти. Расчётная или испытанная механическая стойкость должна соответствовать заданным току и длительности короткого замыкания. Время отключения защитой должно быть определённым исходным параметром исследования, а не неуказанным допущением производителя.

Оценивайте квалификацию поставщика отдельно от подтверждения соответствия классу напряжения

Опыт производителя работы с оборудованием другого класса напряжения может учитываться при оценке поставщика, но сам по себе не подтверждает пригодность для установки 220 кВ. Маслонаполненный трансформатор 110 кВ Jinshida Electric может быть актуален, если расширение также включает участок 110 кВ. В предоставленной информации указаны несколько вариантов конфигурации обмоток и применение на подстанциях и для подключения возобновляемых источников энергии; это не подтверждает наличие номинала 220 кВ.

Для комплекта оборудования на 220 кВ запросите отдельное техническое предложение с гарантируемыми параметрами, конструкцией изоляции, соответствующими данными испытаний и чертежами для конкретного проекта. Учитывайте заявления об опыте и общие списки сертификатов при квалификации поставщика, а затем проверьте их применимость к предлагаемому оборудованию.

До коммерческого сравнения устраните отклонения, влияющие на совместимость с энергосистемой или эксплуатационные возможности. Отсутствие подтверждения стойкости к короткому замыканию, недостаточный диапазон ответвлений или несовместимость характеристик параллельной работы должны оставаться техническими условиями, требующими решения. После этого можно сравнивать потери, требования к техническому обслуживанию, условия поставки и цену среди конструкций, соответствующих одним и тем же утверждённым условиям работы.