Замена переключающих устройств серии RS силовых



Замена переключающих устройств серии RS силовых трансформаторов
на адаптированные РПН типа MSE компании MR GmbH.
Техника и практика модернизации трансформаторов
В.А.Садовников, к.т.н. В.Ф.Колбасов - представители ЗАО «ДИАРОСТ» г.Тольятти,
А.В.Кульков, А.В.Никитин - представители ООО МР, г. Москва,
Dipl.-Ing. E.Zeisig – MR GmbH, Regensburg, Deutschland
Появление в промышленности нового поколения технологического оборудования, в том
числе с интеллектуальными системами управления, все в большей степени требует
обеспечения высокого качества и стабильности электроэнергии. За поддержание
заданного уровня напряжения в сетях отвечают, прежде всего, переключающие
устройства трансформаторов на подстанциях, обеспечивающие изменение коэффициента
трансформации под нагрузкой, и, тем самым, централизованное постоянное
регулирование напряжения [1].



Переключающее устройство РПН [2] является единственным компонентом, имеющим
подвижные механизмы внутри бака трансформатора. Это приводит к тому, что, примерно,
40% случаев отказов и повреждений трансформаторов так или иначе связаны с
проблемами
их функционирования.
Будучи объективно заинтересованными в
интенсивной эксплуатации силовых трансформаторов и их систем автоматического
регулирования напряжения энергетики особое внимание уделяют надежной работе
переключающих устройств. И ремонт переключающих устройств является хорошо
освоенной стороной бизнеса ЗАО «ДИАРОСТ».
В настоящее время средний износ трансформаторов в РФ составляет 60%. Так
исторически сложилось (международное разделение труда в рамках бывшего СЭВ), что
большинство эксплуатируемых в сетях 110 кВ регулируемых трансформаторов средней
мощности оснащены переключающими устройствами типа RS болгарского производства.
На трансформаторах, проработавших по 20-25 лет, переключающие устройства, в
большинстве случаев, оказываются изношенными до такой степени, что переключение
становится опасным для трансформатора, а
ремонт РПН оценивается, как
нецелесообразный. Так как российские трансформаторы изготавливались с большими
коэффициентами запаса, состояние их целлюлозной изоляции часто остается в хорошем
состоянии. Тогда вопрос ставится о модернизации трансформатора с заменой
переключающего устройства.
Естественно, что большинство владельцев трансформаторов
на месте старого
болгарского РПН хотели бы видеть переключающее устройство более высокого класса,
надежное в эксплуатации, не требующее постоянного надзора и обслуживания, в
частности, немецкой компании MR GmbH [2], с ее безупречным качеством. Выбор
изготовителя во всяком случае остается за заказчиком.
После развала социалистического лагеря и СЭВ в странах Центральной Европы
прокатилась волна по замене РПН болгарского производства. Программа замены была
успешно реализована. Установка на бак трансформатора осуществлялась через
дополнительно изготовлявшийся переходный фланец, длины всех отводов подгонялись
по месту (укорачивая или наращивая их длину), менялась трассировка и крепление
отводов на опорно-изоляционной конструкции. Такая технология используется и в
России.
2



Учитывая огромный парк регулируемых трансформаторов в России, будучи
заинтересованной в расширении бизнеса на территории РФ, заручившись одобрением
российских коллег из энергетических и ремонтных предприятий, компания MR GmbH
разработала и освоила производство модифицированного варианта
известного
переключающего устройства типа MS - устройства, по своим характеристикам наиболее
подходящего для замены изношенных болгарских РПН большинства трансформаторов
классов напряжения 110 кВ [3].
Адаптированный к конструкции старых
трансформаторов трехфазный переключатель, предназначенный для регулирования в
нейтральной точке в схеме «звезда» получил обозначение MSE III 340 Y. Это
переключающее устройство расcчитано на широкий диапазон токов до 340 А и имеет
номинальный уровень напряжения изоляции 72,5 или 123 кВ. При сохранении
важнейших характеристик переключающего устройства изменения конструкции
коснулись посадочного фланца и координат контактных клемм для подсоединения
отводов по уровням расположения, угловому смещению и очередности контактов. В
результате переключающее устройство стало идеально вписываться в конструкцию
старых трансформаторов и с минимумом усилий и затрат монтироваться на баке, при
сохранении трассировки и длины большинства отводов трансформатора.
Основные технические характеристики переключающего устройства приведены в
таблице.
Таблица
Технические характеристики переключающего устройства типа MSE III 340 Y–W /G[3]
=====================================================================
Номинальное напряжение
Наименование показателя
изоляции РПН, кВ______
72,5
123
Максимальный номинальный трехфазный
проходящий ток, А
340
340
Максимальное номинальное напряжение ступени, В
3300
3300
Максимальная номинальная мощность
переключения (трехфазная), кВА
1000
1000
Количество положений:
без предизбирателя
с предизбирателем
избиратель типа В
Габаритные размеры:
высота погружной части, мм
диаметр цилиндра контактора, мм
макс. 14
макс.14
макс. 27
макс.27
с грубым предизбирателем
или реверсором
1942
478
2072
478
Масса, кг
220
220
Объем масла в баке контактора, л
130
150
=====================================================================
Полное обозначение переключающего устройства выглядит, например:
MSE III 340 Y-72, 5/В-10.19.1W
3

Общий вид переключающего устройства приведен на рисунке 1. Оно имеет конструкцию,
традиционную для погружного варианта и состоит из съемной головки со
смонтированными на ней отводами трубопроводов и угловым редуктором, маслоплотного
бака контактора, со встроенными в него контактором с дугогасящими медьвольфрамовыми контактами и токоограничивающими резисторами. Снизу бака
контактора монтируются избиратель и, при необходимости, предизбиратель, с рядом
контактных реек с клеммами для подсоединения отводов обмоток,
валами и
изоляционными рейками с установленными на них подвижными и неподвижными
контактами, имеющими серебряное покрытие.
Адаптированное переключающее устройство комплектуется моторным приводом типа
TERMOTION® ED. Монтаж моторного привода осуществляется на специально
изготавливаемый адаптер, привариваемый к стенке бака трансформатора. Соединение
моторного привода с переключающим устройством осуществляется по общепринятой
схеме приводными валами через угловой редуктор.
В комплект обязательной
поставки также входит защитное реле типа RS2001,
устанавливаемое на трубопроводе, соединяющем бак контактора с отдельным бакомрасширителем РПН. Указатель положения и автоматический регулятор напряжения
предлагаются в виде опций.
Контактор, находящийся в
собственном баке,
изображен видимым лишь
для демонстрации его
местоположения
Рис. 1.
Адаптированное переключающее
устройство типа
MSE III 340Y – 72,5/B-10.19.1G
немецкой компании MR GmbH.
4


Как видно из рисунка, переключающее устройство для расширения глубины и точности
регулирования в дополнение к избирателю может оснащаться предизбирателем (грубым
избирателем) или реверсором. Литая алюминиевая нижняя обойма избирателя находится
на потенциале нулевой точки.
В случае встраивания РПН в бак колокольного типа, к
этой обойме во время монтажа через специальные отверстия болтовыми соединениями
крепится металлический цоколь опорной конструкции (см. рисунок.2.).
В этой версии РПН во время монтажа отводов устанавливается на опорную конструкцию,
размещенную на нижних ярмовых балках активной части. Монтаж собственно РПН
заканчивается подтягиванием его к головке переключающего устройства, базирующейся
на крышке бака. Опорная конструкция при этом разгружается в вертикальном
направлении, но нижняя часть переключателя остается ограниченной от смещений
в сторону (цилиндрическая часть цоколя находится в закрепленном бумажно-бакелитовом
цилиндре).
Имеется вариант «вилочного» крепления РПН типа MSE, в котором переключающее
устройство, оснащенное опорным фланцем, при монтаже вывешивается на раму,
размещенную на верхних ярмовых балках активной части трансформатора. После
монтажа отводов и установки колокола (крышки) бака погружная часть переключающего
устройства поднимается на 40-50 мм вверх к крышке и стыкуется болтовым соединением
со съемной головкой
переключающего устройства. Опорный фланец при этом
разгружается, а РПН остается висеть на крышке бака трансформатора.
Рис. 2. Монтаж опорной конструкции на переключающее устройство типа MSE (фото Л.Кац)
5

Головка переключающего устройства (см. рисунок 3) идеально устанавливается на
посадочное место на баке вместо демонтированного переключателя типа RS. На ней
после подключения отводов к избирателю, сушки активной части и установки колокола
фиксируется погружная часть РПН.
Ø 490
Рис. 3. Головка переключающего устройства типа MSE для трансформатора с баком
колокольного типа

Для некоторых видов трансформаторов существует возможность демонтажа-монтажа
РПН, отсоединения и подсоединения отводов без вскрытия крышки и извлечения
активной части из бака трансформатора или без подъема бака колокольного типа. Работы
с отводами в таком варианте проводятся через люки после слива масла. Такой метод
существует, опробован и описан в литературе [3]. Собственно замена переключающего
устройства занимает около 24 часов.
Однако, такой метод замены не всегда возможен из-за конструктивных особенностей
трансформатора, (когда отсутствует возможность доступа ремонтного персонала в бак
трансформатора через люки и возможность внутри оперировать инструментами для
обрезки, пайки, монтажа наконечников и изолировки отводов) или не рационален, когда
необходим осмотр активной части для выявления и устранения всех накопившихся
дефектов трансформатора.


ЗАО «ДИАРОСТ» замену переключающих устройств обычно производит на открытой
активной части (рисунок 4), совмещая ее с ремонтом и модернизацией трансформатора. При
этом обеспечиваются удобство выполнения работ, надежный визуальный и аппаратурный
контроль выполнения
операций и качества изоляции отводов, устранение всех
неисправностей, тщательное удаление со дна бака отходов и недопущение попадания их в
бак и масло работающего трансформатора. Естественно, что в этом случае производится
сушка активной части трансформатора уже с установленным новым переключателем.
6
Рис. 4.
Новое переключающее устройство
типа MSE,
смонтированное на
консолях активной части открытого
трансформатора
ТРДН - 25000/110
(Фото Л.Кац )


В процессе подготовки к замене переключающего устройства ЗАО «ДИАРОСТ»
разрабатывает специальный проект. Исходя из технических характеристик
трансформаторов, выполняет необходимые расчеты, выбирает тип переключающего
устройства, разрабатывает чертежи монтажа собственно переключающего устройства и
его моторного привода, разрабатывает оригинальные чертежи, например, опорной
конструкции, адаптера для моторного привода, уточняет длину отводов, составляет
технологию. Российская компания изготавливает все необходимые элементы
конструкции, необходимые для монтажа. Проект со всеми конструкторскими решениями
и изменениями конструкции передается Заказчику.
В тесном контакте с коллегами компании MR GmbH анализируется оптимальное
согласование характеристик трансформатора и нового переключающего устройства,
определяется необходимость дополнительного изготовления, параметры и вариант
изготовления потенциальных резисторов, предотвращающих возникновения дуги на
контактах предизбирателя, вероятной в результате протекания емкостного заряда при
переключении предизбирателя, когда регулировочная обмотка на некоторое время
остаются вне гальванической связи.
Потенциальные резисторы закрепляются в баке трансформатора на выносной панели, или
(если нижняя опорная конструкция на предусматривается),
смонтированные на
изоляционном цилиндре резисторы закрепляются снизу избирателя на его нижней
обойме.


По описанному выше варианту в текущем году выполнены два совместных проекта ЗАО
«ДИАРОСТ»
и «Maschinenfabrik Reinhausen GmbH» по замене переключающих
устройств болгарского производства типов RS-4-III-200-35/D 10.19.1G и RS -3-III-200 G
на адаптированные РПН компании MR типа MSE III 340Y-72,5/B-10.19.1G на
трансформаторах ТРДН-25000/110, выпущенных ТЭЗ г.Тольятти в 1976 и в 1974 годах,
соответственно. Трансформаторы установлены на подстанции «Магнит» казанского
Технопарка г. Казань.
Пилотный проект замены старого РПН на адаптированное переключающее устройство
компании MR GmbH типа MSE на казанском трансформаторе был реализован силами
7
ЗАО «ДИАРОСТ» на своей производственной базе в городе Нижнекамске в июне 2008 г.
Вторая замена РПН была произведена выездной бригадой ЗАО «ДИАРОСТ» на месте
установки трансформатора прямо на подстанции в г. Казань в сентябре 2008 г.
При замене РПН использовался обычный слесарный инструмент, применяемый при
сборке трансформаторов, механический или гидравлический инструмент для обрезки
отводов и инструмент для монтажа кабельных наконечников методом обжимки, паячные
клещи с графитовыми губками. Для контроля качества монтажа, замерялись
сопротивлений обмоток постоянному току и коэффициент трансформации с
использованием обычных зеркальных электроизмерительных приборов высокого класса.
Все работы выполнялись силами трех квалифицированных рабочих и инженераиспытателя. При реализации проектов в Татарии в обоих случаях в качестве
консультантов и авторского надзора присутствовали специалисты немецкой компании
MR GmbH и ее московского Представительства, которые в итоге одобрили проектные
решения компании ЗАО «ДИАРОСТ» и оценили действия персонала по монтажу нового
переключающего устройства, как высокопрофессиональные. Все этапы работ по замене
переключающих устройств фиксировались. Видио- и слайдфильмы планируется
использовать в учебных целях и для работы с Заказчиками.

Среди основных этапов замены переключающего устройства
трансформаторе со слитым маслом можно выделить следующие:
 Демонтаж трубопроводов РПН
 Демонтаж приводных валов и углового редуктора
 Демонтаж моторного привода
 Демонтаж головки РПН
 Подъем колокола
 Отсоединение отводов
 Демонтаж старого переключающего устройства
 Установка нового переключающего устройства
 Подсоединение отводов
 Установка колокола
 Фиксация РПН на головке переключающего устройства
 Фиксация съемной головки
 Монтаж трубопроводов
 Монтаж моторного привода
 Монтаж углового редуктора и приводных валов.
на отключенном

В ходе выполнения работ по замене отчетливо проявились преимущества использования
адаптированного варианта переключающего устройства для замены старых болгарских
РПН., выразившиеся в:
 отсутствии необходимости в приобретении дорогого переходного фланца и
исключении дополнительного маслоплотного разъема с прокладкой;
 снижении трудозатрат на подгонку длины отводов;
 сокращении времени выполнения операций по подготовке к монтажу и монтажа
нового переключающего устройства;
 снижении риска повреждения старой изоляции отводов, благодаря исключению
для абсолютного большинства отводов операций связанных с их деформацией
(обрезка, разделка изоляции, пайка, изолировка, монтаж клеммных наконечников
прокладка по новой трассе и новое крепление на опорно-изоляционной
конструкции);
8



снижении вероятности попадания посторонних частиц (отходов, возникающих в
процессе подготовки отводов) на рядом расположенную обмотку активной части;
повышении культуры производства при замене РПН.
В
результате замены изношенного переключающего устройства болгарского
производства на переключающее устройство компании MR GmbH типа MSE Заказчик
получил два модернизированных трансформатора ПС «Магнит» и ряд преимуществ:
 профессиональное
оснащение
трансформаторов
самой
современной
высококачественной и надежной техникой регулирования напряжения мирового
лидера по разработке и их производству - компании MR GmbH;
 новые более широкие возможности по обеспечению стабильно высокого качества
передаваемой электроэнергии, возможность эксплуатации переключающего
устройства в комплекте с электронным регулятором напряжения для поддержания
стабильности напряжения;
 простота
обслуживания
переключающих
устройств
и
длительный
межревизионный период;
 сокращенные сроки модернизации трансформаторов;
 продление срока интенсивной эксплуатации трансформаторов;
 повышение надежности работы двух трансформаторов, подстанции в целом по
бесперебойному обеспечению потребителей высококачественной электроэнергией.

Положительный опыт более, чем в десятке совместных проектов по замене старых
переключающих устройств, приводит к тому, что Заказчики с доверием относятся к
конструктивным решениям и практике по замене компаний MR GmbH и ЗАО
«ДИАРОСТ» и без сомнений передают им для модернизации свои трансформаторы.

Компания MR GmbH, со своей стороны, выдала на имя компании ЗАО «ДИАРОСТ»
соответствующие сертификаты с подтверждениями компетенции и рекомендациями
Заказчикам, как квалифицированного специалиста по заменам переключающих устройств.
-
Вывод
Успешно выполнена модернизация двух силовых трансформаторов с заменой
изношенных переключающих устройств болгарского производства серии RS на новые
переключающие устройства типа MSE, адаптированные к конструкции российских
трансформаторов выпуска семидесятых годов ХХ века. Конструкция адаптированных
переключателей РПН перекрывает широкий диапазон регулируемых трансформаторов
класса напряжения 110 кВ, упрощает и создает удобства монтажа новых переключающих
устройств. Трансформаторы с переключающими устройствами типа MSE компании MR
GmbH обеспечивают новые, более широкие возможности регулирования напряжения в
сети и обеспечения высокого качества электроэнергии.
ЛИТЕРАТУРА:
1. Порудоминский В.В. Трансформаторы с переключением под нагрузкой. «Энергия»,
М.-Л., 1965, 254 с.
2. Krämer A.On-Load Tap-Changers for Transformers/ Operations Principels, Applications
and Selection. MR-Publication, Regensburg, 1.Ausgabe, 2000, S.172-230.
3. Das Retrofit-Kit von MR zum Austausch von Schaltern des Typs RS. Prospekt.
MR-Publication, Regensburg, 2008, 4 S.