Трехфазные масляные трансформаторы серии S13: руководство по выбору распределительных трансформаторов нового поколения с низкими потерями

В распределительных сетях напряжением 10 кВ трехфазные масляные распределительные трансформаторы уже давно являются одним из наиболее широко применяемых видов оборудования. Будь то городские жилые комплексы, модернизация сельской сети или электроснабжение промышленных объектов и коммерческих зданий, масляные трансформаторы на 10 кВ играют решающую роль в преобразовании напряжения и распределении электроэнергии.

Поскольку стандарты энергоэффективности распределительного оборудования продолжают повышаться, традиционные трансформаторы серий S9 и S11 — из-за их относительно более высоких потерь — все больше неспособны удовлетворить требования энергосбережения в определенных проектах. Напротив, серия S13 обеспечивает повышенную эксплуатационную эффективность и надежность оборудования благодаря оптимизированной конструкции ядра, использованию современных материалов и полностью герметичной конструкции; следовательно, он стал предпочтительной моделью для замены и модернизации распределительных трансформаторов 10 кВ.

В этой статье описаны обозначения моделей, конструктивные особенности, основные рабочие параметры и сценарии практического применения трехфазных масляных трансформаторов серии S13, которые служат справочной информацией при выборе, закупках, эксплуатации и техническом обслуживании.

I. Обозначение модели: расшифровка S13 «Идентификационный код»

Обозначения моделей распределительных трансформаторов обычно состоят из комбинации букв и цифр со специальными символами, обозначающими структуру продукта, класс производительности и номинальные параметры. На примере распространенной модели С13-М.РЛ-500/10 разбивка следующая:

Так, S13-M.RL-500/10 обозначает трехфазный масляный распределительный трансформатор номинальной мощностью 500 кВА и классом напряжения 10 кВ, имеющий полностью герметичную трехмерную конструкцию намотанного сердечника.

Примечательно, что буква «М» означает полностью герметичную конструкцию, что является ключевой особенностью конструкции серии S13.

Традиционные масляные трансформаторы обычно оснащены маслорасширителем; Трансформаторное масло взаимодействует с воздухом, компенсируя изменения объема, вызванные колебаниями температуры. Однако при длительной эксплуатации влага и кислород из воздуха могут привести к постепенному старению трансформаторного масла, тем самым ухудшая характеристики изоляции.

Полностью герметичная конструкция исключает необходимость использования расширителя масла, вместо этого используется расширение и сжатие самого гофрированного резервуара для компенсации изменений объема масла. Это изолирует трансформаторное масло от внешней атмосферы, снижая риски деградации масла и поглощения влаги, а также повышая стабильность оборудования при длительной эксплуатации.

II. Ключевые технические характеристики серии S13

Примечательно, что буква «М» означает полностью герметичную конструкцию, что является ключевой особенностью конструкции серии S13. Традиционные масляные трансформаторы обычно оснащены маслорасширителем; Трансформаторное масло взаимодействует с воздухом, компенсируя изменения объема, вызванные колебаниями температуры. Однако при длительной эксплуатации влага и кислород из воздуха могут привести к постепенному старению трансформаторного масла, тем самым ухудшая характеристики изоляции.

Полностью герметичная конструкция исключает необходимость использования расширителя масла, вместо этого используется расширение и сжатие самого гофрированного резервуара для компенсации изменений объема масла. Это изолирует трансформаторное масло от внешней атмосферы, снижая риски деградации масла и поглощения влаги, а также повышая стабильность оборудования при длительной эксплуатации.

1. Снижение потерь на холостом ходу и улучшение эксплуатационной экономичности.

Во время работы трансформатора железный сердечник генерирует определенную величину потерь даже при отсутствии нагрузки; это известно как потери на холостом ходу. Поскольку распределительные трансформаторы обычно остаются под напряжением в течение продолжительных периодов времени, снижение потерь холостого хода имеет решающее значение для минимизации годового потребления энергии.

Серия S13 обеспечивает меньшие потери холостого хода по сравнению с серией S11 благодаря оптимизированным материалам сердцевины и производственным процессам.

В этих продуктах в качестве сердечника обычно используются высококачественные холоднокатаные листы кремнистой стали с ориентированной зернистой структурой, а также оптимизированные конфигурации соединений для минимизации потерь магнитного потока. В некоторых высокопроизводительных моделях используется кремниевая сталь с высокой проницаемостью для дальнейшего улучшения магнитных свойств.

Кроме того, в процессе изготовления сердечника используется конструкция соединения под углом 45°, которая сводит к минимуму изменения магнитного сопротивления в магнитной цепи и снижает потери в железе во время работы.

Что касается материалов проводников, то в серии S13 обычно для обмоток используется медная проволока с высокой проводимостью, чтобы уменьшить резистивные потери под нагрузкой и повысить общую эксплуатационную эффективность.

Если взять в качестве примера блок 10 кВ, 500 кВА, серия S13 демонстрирует меньшие потери холостого хода, чем традиционные модели S11, тем самым сокращая потери энергии во время длительной эксплуатации.

2. Применение трехмерной структуры ядра раны

Некоторые модели серии S13 имеют трехмерную структуру намотанного сердечника (тип RL), что представляет собой важную тенденцию в структурной оптимизации распределительных трансформаторов в последние годы.

В отличие от традиционных многослойных сердечников, трехмерный намотанный сердечник формируется в процессе непрерывной намотки для создания замкнутой трехфазной магнитной цепи. Три конечности сердечника расположены в трехмерной конфигурации, что приводит к более сбалансированной трехфазной магнитной цепи. Эта структура предлагает следующие ключевые особенности:

·Улучшенная симметрия магнитной цепи: магнитное сопротивление по всем трем фазам практически однородно, что помогает уменьшить ток возбуждения;

·Снижение потерь на холостом ходу: потери магнитного потока сведены к минимуму, что повышает эффективность использования сердечника;

·Пониженный рабочий шум: уменьшение эффектов магнитострикции приводит к более тихой и плавной работе;

·Высокая структурная прочность: интегрированная основная структура повышает механическую стабильность.

Продукты с трехмерной конструкцией намотанного сердечника предлагают явные преимущества для мест со строгими требованиями к снижению шума, таких как жилые районы и коммерческие здания.

3. Полностью герметичная конструкция для повышения эксплуатационной надежности.

Полностью герметичная конструкция является ключевой особенностью, отличающей трансформаторы серии S13-M от традиционных масляных моделей.

Обычные масляные трансформаторы обычно используют конструкцию маслорасширительного бака, в которой уровень масла колеблется, чтобы приспособиться к изменениям объема, вызванным температурой. Однако при длительной эксплуатации в масло могут попасть влага, кислород и примеси из воздуха, что ускоряет старение изоляционного масла и ухудшает изоляционные характеристики трансформатора.

В серии S13-M используется полностью герметичная конструкция с гофрированным баком, что устраняет необходимость в традиционном маслорасширителе. При изменении рабочей температуры гофрированные стенки резервуара расширяются и сжимаются, чтобы компенсировать изменения объема масла, обеспечивая полную изоляцию внутреннего масла от внешней среды.

Такая структура имеет несколько ключевых преимуществ:

·Сводит к минимуму контакт трансформаторного масла с воздухом, замедляя скорость окисления масла;

·Снижает риск проникновения влаги, которая в противном случае могла бы ухудшить характеристики изоляции;

·Уменьшает потребность в рутинных задачах технического обслуживания, таких как пополнение или замена масла;

·Подходит для наружных условий и сценариев, требующих длительной непрерывной работы.

Для распределительного оборудования, установленного в рассредоточенных местах или зонах с ограниченным доступом для обслуживания, таких как сельские электросети, уличные подстанции коробчатого типа и распределительные системы промышленных парков, полностью герметичная конструкция помогает облегчить бремя текущей эксплуатации и технического обслуживания.

4. Высокая устойчивость к короткому замыканию.

Во время фактической эксплуатации распределительные трансформаторы могут подвергаться аномальным условиям, например, повреждениям линии или внешним коротким замыканиям. При возникновении короткого замыкания обмотки подвергаются воздействию значительных электромагнитных сил; поэтому конструкция трансформатора должна обладать достаточной механической прочностью.

В серии S13-M.RL используется трехмерная конструкция намотанного сердечника, обеспечивающая высокую общую жесткость трансформаторного узла. Обмотки обычно имеют цилиндрическую структуру с концентрическими катушками высокого и низкого напряжения, что обеспечивает более равномерное распределение осевых и радиальных электромагнитных сил, создаваемых токами короткого замыкания.

Между тем, внутренняя сборка фиксируется с помощью зажимов, стяжных стержней и изолирующих опорных конструкций для повышения общей механической устойчивости, тем самым улучшая способность трансформатора противостоять воздействию внезапных коротких замыканий.

Следует отметить, что устойчивость трансформатора к короткому замыканию зависит не только от конструкции сердечника, но и от конструкции обмоток, технологических процессов изготовления, изоляционных материалов и качества сборки; поэтому комплексные оценки, основанные на данных типовых испытаний производителя, должны проводиться во время фактического выбора проекта.

III. Технические параметры производительности

Серия трехфазных масляных трансформаторов S13 на напряжение 10 кВ предлагает широкий диапазон мощности, охватывающий стандартные номинальные мощности, обычно используемые в общих системах распределения электроэнергии. Ниже приведены некоторые типичные параметры серии S13-M.RL:

Общие технические характеристики

Распределительные трансформаторы серии S13 на напряжение 10 кВ обычно отвечают следующим основным техническим требованиям:

*Номинальная частота: 50 Гц

*Класс номинального напряжения: 10 кВ/0,4 кВ

*Метод охлаждения: ОНАН (естественное масляное охлаждение)

*Класс изоляции: изоляция класса А

*Диапазон ответвления ВН: ±5% или ±2×2,5%

*Векторная группа: Dyn11 или Yyn0.

Среди них векторная группа Dyn11 широко используется в городских распределительных сетях и промышленных нагрузках, поскольку обмотка, соединенная треугольником, позволяет токам третьей гармоники циркулировать внутри, тем самым помогая смягчить воздействие гармоник на систему электроснабжения.

IV. Требования к уровню энергоэффективности

Распределительные трансформаторы — это оборудование, рассчитанное на длительную эксплуатацию, и уровень их потерь напрямую влияет на эксплуатационные расходы сети. Поэтому национальные стандарты установили четкие требования к показателям энергоэффективности трансформаторов. В соответствии со стандартными минимально допустимыми значениями энергоэффективности и классами энергоэффективности для силовых трансформаторов (GB 20052-2020), показатели потерь серии S13 соответствуют соответствующим требованиям энергоэффективности, что делает их широко используемыми энергосберегающими распределительными трансформаторами на современном рынке.

Следует отметить, что стандарт GB 20052 был обновлен. GB 20052-2024 вступит в силу 1 февраля 2025 года; Опираясь на предыдущую версию, он дополнительно уточняет требования к энергоэффективности для трансформаторов в новых сценариях применения энергии, включая оборудование для фотоэлектрической (PV) энергетики, ветровой энергии и систем хранения энергии.

Для стандартных проектов распределения 10 кВ серия S13 отвечает традиционным потребностям в энергосбережении. Однако для проектов с более строгими требованиями к энергопотреблению, таких как зеленые здания, крупномасштабные центры обработки данных и новые электростанции, могут рассматриваться продукты с более высокими классами энергоэффективности (например, серии S20 или S22), в зависимости от инвестиционного бюджета и жизненного цикла эксплуатации.

V. Сценарии применения

Трехфазные масляные трансформаторы серии S13 в основном используются в распределительных системах переменного тока частотой 50 Гц и напряжением 10 кВ или ниже. Они подходят для применений, требующих высокой эксплуатационной надежности, низкого уровня потерь и простоты обслуживания.

Следует отметить, что новые энергетические проекты часто предполагают более сложные условия эксплуатации трансформаторов. Помимо показателей мощности и потерь, необходимо учитывать такие факторы, как уровни гармоник, колебания нагрузки и требования к подключению к сети. Поэтому для таких приложений, как фотоэлектрические системы и хранение энергии, подходящие продукты следует выбирать на основе конкретных технических требований проекта. VI. Сравнительный экономический анализ: серия S13 против серии S11

При выборе распределительных трансформаторов выбор между сериями S13 и S11 зависит не только от начальной цены покупки, но и от комплексной оценки долгосрочных потерь энергии и затрат на техническое обслуживание.

По сравнению с серией S11, серия S13 обеспечивает дальнейшее снижение потерь как при холостом ходу, так и при нагрузке за счет оптимизации материалов сердцевины и производственных процессов. Поскольку распределительные трансформаторы обычно работают непрерывно в течение длительных периодов времени, потери холостого хода сохраняются даже в условиях низкой нагрузки; поэтому минимизация этих потерь имеет практическое значение для повышения экономической эффективности жизненного цикла оборудования.

На примере трансформатора 10 кВ, 500 кВА в следующей таблице сравниваются эксплуатационные затраты двух продуктов, исходя из предположения о 8000 часов работы в год и цены на электроэнергию 0,8 юаней/кВтч:

Приведенные выше расчеты показывают, что при длительных условиях эксплуатации серия S13 снижает затраты на электроэнергию за счет минимизации потерь энергии. Для проектов, требующих длительного времени работы и стабильных нагрузок, экономия за счет энергоэффективности обычно может со временем компенсировать более высокие первоначальные инвестиции.

Следует отметить, что фактический срок окупаемости зависит от таких факторов, как цена приобретения оборудования, местные тарифы на электроэнергию, коэффициент нагрузки и продолжительность эксплуатации; поэтому в процессе выбора рекомендуется провести комплексную оценку, основанную на конкретных условиях эксплуатации.

Часто задаваемые вопросы (FAQ)

Вопрос 1: Каковы основные различия между серией S13 и серией S11?

Основное улучшение серии S13 по сравнению с серией S11 заключается в контроле потерь. За счет оптимизации материалов сердцевины и производственных процессов серия S13 еще больше снижает потери на холостом ходу, тем самым повышая экономическую эффективность при длительной эксплуатации. Конкретная скорость снижения потерь зависит от мощности изделия, конструктивного решения и технических характеристик производителя.

В2: В чем разница между S13-M и S13-M.RL?

S13-M имеет полностью герметичную конструкцию; его основной характеристикой является отсутствие маслорасширителя, что изолирует трансформаторное масло от внешнего воздуха.

Опираясь на это, S13-M.RL имеет трехмерную структуру намотанного сердечника. Эта конструкция оптимизирует магнитную цепь для дальнейшего снижения потерь и рабочего шума, одновременно повышая структурную стабильность.

Вопрос 3. Каким стандартам энергоэффективности соответствует серия S13?

Серия S13 соответствует требованиям, изложенным в «Минимально допустимых значениях энергоэффективности и классах энергоэффективности для силовых трансформаторов». С внедрением стандарта GB 20052-2024 были повышены требования к энергоэффективности распределительных трансформаторов; поэтому продукты с соответствующим классом энергоэффективности должны выбираться на основе конкретных требований проекта.

Вопрос 4: В каких приложениях в основном используется серия S13?

Серия S13 в основном используется в распределительных системах напряжением 10 кВ и ниже, включая городские и сельские электросети, жилые комплексы, коммерческие здания, промышленные предприятия и некоторые вспомогательные проекты по новой энергетике.

Вопрос 5: Полностью герметичный трансформатор не требует обслуживания?

Полностью герметичная конструкция сводит к минимуму контакт между трансформаторным маслом и воздухом, тем самым снижая риски деградации масла и поглощения влаги, что, в свою очередь, снижает нагрузку на текущее обслуживание. Однако оборудование по-прежнему требует регулярных проверок и периодических испытаний в соответствии с соответствующими стандартами для обеспечения безопасной и долгосрочной эксплуатации.