Текущий год запомнится событием, знаменательным для российского трансформаторостроения, — отечественные производители приступили к производству силовых трансформаторов с магнитопроводом из аморфной стали. Почему это произошло именно сейчас, какие причины долгие годы сдерживало этот процесс, а что стало катализатором его развития — об этом мы беседуем с Валерием Ивановичем Печенкиным, к.т.н., руководителем НИОКР группы «Трансформер», - первой компанией в стране, приступившей к производству силовых трансформаторов с аморфным сердечником.
- Валерий Иванович, силовые трансформаторы в нашей стране выпускаются уже достаточно давно. Почему только сейчас началось производство силовых трансформаторов с аморфным сердечником?
- Производство отечественных «аморфных» трансформаторов сдерживалось причинами технологического и экономического характера. Дело в том, что для изготовления магнитопровода силового трансформатора мощностью от 32 кВА необходима аморфная лента шириной до 220 мм. Промышленный выпуск такого материала освоен сравнительно недавно и пока только за рубежом, российские производители в настоящее время предлагают ленту шириной до 80 мм. Повлияло также снижение цен на аморфную сталь с 50 до 3 долл. США за килограмм, что сделало выпуск «аморфных» трансформаторов экономически оправданным, причем это касается масляных трансформаторов. Сухие силовые трансформаторы с аморфным сердечником являются более дорогостоящими и потому требуют дополнительного технико-экономического обоснования — такое оборудование может остаться невостребованным рынком.
- Но ведь «аморфные» трансформаторы характеризуются как энергоэффективные. Как они могут остаться невостребованными сегодня, когда энергосбережение стало вопросом государственной важности?
- Прозвучавшие предложения по ограничению и даже запрету оборота энергоустройств, неэффективно использующих энергоресурсы, конечно, стимулировали спрос на энергоэффективное оборудование и в какой-то степени ускорили процесс освоения выпуска «аморфных» силовых трансформаторов. В этой связи стоит отметить, что наша компания давно работает в направлении создания энергоэффективных трансформаторов. Еще в начале 2008 года «Трансформер» вывел на рынок целую линейку трансформаторов с пониженными энергопотерями. К примеру, стандартный ТМГ (масляный герметичный трансформатор) мощностью 1000 кВА имеет потери холостого хода 1600 Вт, его аналог с улучшенными характеристиками — 1300 Вт. За год работы энергосберегающий трансформатор сохранит 2628 кВт. Трансформатор с аморфным сердечником обеспечивает еще большую экономию. Потери холостого хода для АТМГ на 1000 кВА составляют 450 Вт, т.е. за час работы «аморфный» трансформатор потребляет на 1,15 кВт меньше, чем стандартный ТМГ той же мощности. Соответственно, за год будет сохранено 10 074 кВт. При тарифе 3 рубля за киловатт экономия в денежном выражении составит порядка 30 000 руб. в год. Представьте себе, сколько энергии будет сохранено, если все работающие в стране трансформаторы (а их сотни тысяч) заменить на энергосберегающие.
- Силовые трансформаторы потребляют такое большое количество энергии?
- На распределительные трансформаторы приходится 25–30% всех технических потерь в энергосистемах. Полностью устранить эти потери невозможно. Трансформатору, как и любому другому устройству, для работы требуется энергия. Часть этой энергии уходит на нагрев проводов (потери короткого замыкания), часть — на перемагничивание (потери холостого хода). В связи с изменением нагрузки на протяжении суток, а также в разные периоды года, весомость единицы потерь холостого хода (Pxx) в 2–4 раза выше единицы потерь короткого замыкания (Ркз). Причем, трансформаторы работают круглосуточно, и соответственно потери Pxx происходят постоянно. Мы производим силовые трансформаторы для всего инженерно-энергетического комплекса страны, и поэтому наряду с выпуском стандартного оборудования с самого начала своей деятельности уделяем внимание разработке энергоэффективных распределительных трансформаторов.
- За счет каких технологий можно минимизировать эти потери?
- Использование электротехнической стали с ориентированными зернами и применение технологии step-lap при изготовлении магнитопровода позволило снизить Pxx на 20–30%, и это было серьезным достижением. Применение же аморфной стали позволяет совершить настоящий технологический прорыв, снизив Р(хх) в 2–3 раза.
- Как вы считаете, насколько будет высок спрос на «аморфные» силовые трансформаторы?
- Конечно, распределительные трансформаторы с аморфным сердечником вызывают большой интерес. Но новые технологии не могут не повлиять на стоимость продукции, особенно на первой стадии внедрения. В свое время применение более качественной электротехнической стали и современной технологии сборки магнитопровода увеличило стоимость энергоэффективных трансформаторов. И в период кризиса 2008–2009 годов повышенного спроса на такое оборудование мы не наблюдали, что вполне объяснимо. Впоследствии, чтобы заинтересовать потенциальных заказчиков в приобретении энергоэффективных трансформаторов, наши специалисты представляли расчет снижения технических потерь, согласно которому экономия за счет энергосбережения позволяет окупить увеличенную стоимость трансформаторов (мощностью 630–1250 кВА) за 3–5 лет. Сегодня экономическое положение в стране стабилизировалось, стал появляться интерес к оборудованию с улучшенными техническими характеристиками. В немалой степени благодаря государственной политике, росту тарифов на электроэнергию и переориентации российской энергосистемы на энергоэффективные технологии, стал расти спрос на энергосберегающее оборудование.
- Имеется ли опыт эксплуатации силовых «аморфных» трансформаторов?
- Аморфные сплавы выпускаются уже на протяжении 30 лет. За рубежом первые распределительные трансформаторы мощностью 630–1000 кВА с аморфным сердечником были изготовлены более 10 лет назад. В данном направлении более всех продвинулись США, Китай и Индия. Начиная с 2009 года, ряд европейских распределительных компаний также установили в опытную эксплуатацию несколько трансформаторов мощностью 400 кВА с сердечником из аморфной ленты. Однако широкое применение «аморфных» трансформаторов в Европе, где к надежности оборудования предъявляются высокие требования, сдерживается рядом факторов.
Аморфная сталь хрупкая, как стекло. И это накладывает особые требования к процессу производства трансформаторов, а также требует тщательного испытания произведенной продукции, ее мониторинга в полевых условиях. Аморфная сталь представляет интерес вследствие исключительно низких потерь холостого хода, поэтому важно проверить, остаются ли они такими же низкими в течение времени. Немаловажным является проведение испытаний и оценка соответствия параметров трансформаторов отраслевым стандартам и нормам, установленным для силовых трансформаторов. Необходимо также оценить достаточность применяемых конструкторских решений и технологических мероприятий.
- Как сильно отличается процесс изготовления трансформатора с аморфным сердечником от традиционной технологии?
- Из-за низкой механической прочности аморфной стали к конструкции сердечника и условиям его производства предъявляются особые требования. В традиционных трансформаторах сердечник из электротехнической стали является несущей конструкцией, поддерживающей всю активную часть. Аморфный сердечник не допускает действия чрезмерной весовой нагрузки. Он крепится к обмоткам, расположенным на несущей базе, и требует дополнительных мероприятий по увеличению жесткости конструкции. Кроме того, необходимо специальное оборудование: для резки аморфной ленты, отжига конструкции сердечника, пропитки магнитопровода защитным слоем смолы; нужна особая оснастка для намоточного станка, сборочные столы и т.д. Меняется производственная логистика.
- Т.е. необходимо существенно перестроить технологический процесс? Не это ли главная причина, из-за которой производство «аморфных» трансформаторов так долго сдерживалось?
- Не совсем. Перестроить производственный процесс и освоить выпуск такой инновационной продукции можно. И мы это уже сделали. Главное — добиться того, чтобы силовые «аморфные» трансформаторы были надежным, стабильно работающим и действительно энергоэффективным оборудованием. А это требует определенного тестового периода, испытаний, возможно — дополнительных конструкторских решений. В связи с этим, первые образцы предназначены для опытной эксплуатации в сетях МРСК и мониторинга работы в полевых условиях.
Юлия ДОЛИНИНА,
группа «Трансформер»