Яков Фишлер, Андрей Виноградов, Владимир Шуняков, Людмила Пестряева, Валерий Светоносов
ОАО "Уралэлектротяжмаш"

    На большинстве алюминиевых заводов России назрела необходимость замены части основного электрооборудования преобразовательных и высоковольтных подстанций. Это вызвано значительными сроками эксплуатации оборудования. В частности, большое количество преобразовательных трансформаторов было установлено на рубеже 60 – 70-х годов и с тех не обновлялось. Кроме того, планируется увеличение мощности существующих серий электролиза. В связи с этим возникает необходимость разработки нового поколения преобразовательных агрегатов, отвечающих современным требованиям по технологии производства и энергопотреблению.
    К настоящему времени сформировались требования по всем основным показателям и характеристикам преобразовательных агрегатов и подстанций. Назовем их:
    – обязательна стабилизация тока серий электролиза. В случае применения для этой цели дросселей насыщения (ДН) их глубина регулирования должна быть не менее 50 В;
    – глубина регулирования напряжения агрегатов устройствами РПН – 100 %, при этом ступени регулирования равномерные, не более 20 – 25 В;
    – по качеству электрической энергии: требования по уровню искажения синусоидальности напряжения должны соответствовать ГОСТ 13109, величина коэффициента сдвига основной гармоники тока – не ниже 0,93 – 0,94 во всех режимах работы;
    – применение систем охлаждения трансформаторов и выпрямителей без использования воды, с установкой на открытом воздухе, под навесом или в неотапливаемом помещении;
    – по системам измерения тока агрегатов и тока серий: должна обеспечиваться точность измерений не ниже 0,2 – 0,3 %, сигналы должны выдаваться в стандартной форме, пригодной для компьютерной обработки;
    – по уровню автоматизации и компьютеризации отдельных агрегатов и подстанций в целом должен быть обеспечен современный уровень контроля, управления и мониторинга с использованием компьютерных систем.
    Перечисленные требования относятся, прежде всего, к основному преобразовательному агрегату нового поколения на 930 В 31,5 кА с напряжением сети 10 кВ, предназначенному для замены существующих агрегатов на 850 В 25 кА. При этом новые трансформаторы и выпрямители по габаритно-установочным и привязочным размерам взаимозаменяемы с существующими.
    На основе этих же требований разрабатываются трансформаторы и агрегаты большей мощности – на ток до 63 кА и напряжение до 1600 В.
    Уже разработана техническая документация на трансформаторный агрегат ТАЦНПФ-100000 для питания от сети 20 кВ преобразовательного агрегата 1000 В 63 кА, предназначенного для замены трансформаторов ТЦНП-80000/20 УХЛ4 на Саянском алюминиевом заводе. Разработаны технические проекты на новое оборудование для замены трансформаторов ТДНП-40000/10 У1 и ТДНП-25000/10 У1, установленных на большинстве алюминиевых заводов, в том числе входящих в СУАЛ. Предложены различные варианты выполнения трансформаторов для строящихся алюминиевых заводов: Сосновоборского, Павлодарского, Всеволожского и других.
    Технические решения, принятые в проектировании преобразовательных трансформаторов нового поколения, отвечают следующим требованиям:
    – трансформаторы имеют равные напряжения холостого хода частей вентильной обмотки, соединенных в звезду и треугольник, что обеспечивает равенство токовой загрузки преобразовательных секций и улучшает гармонический состав тока преобразователя, потребляемого из питающей сети;
    – встроенный регулировочный автотрансформатор обеспечивает регулирование напряжения равномерными мелкими ступенями от номинального значения до нуля;
    – при 12-фазной схеме выпрямления единичного преобразователя обеспечивается многофазный режим выпрямления подстанции во всем диапазоне регулирования напряжения, т. к. угол сдвига напряжений трансформаторов не зависит от положения устройства РПН;
    – получение разных углов сдвига напряжений вентильных обмоток обеспечивается универсальным трансформатором за счет переключения фазосдвигающих обмоток на стороне 10 кВ. Переключения осуществляются в силовых клеммовых коробках без слива трансформаторного масла.
    Выравнивание напряжений холостого хода частей вентильной обмотки трансформатора осуществляется за счет специальной конструкции магнитопровода, который выполняется с промежуточным ярмом, а сетевая обмотка трансформатора выполняется из параллельных частей с разным числом витков.
    Для регулирования напряжения трансформаторов применяются устройства РПН, производимые как нашим заводом "Уралэлектротяжмаш", так и зарубежными фирмами – Hyundai, Maschinenfabrik Reinhausen, ABB. В трансформаторе для агрегата 930 В 31,5 кА применено устройство РПН с вакуумными дугогасительными камерами, имеющее повышенные ресурсы переключений. Это устройство поставляет фирма Hyundai, которая зарекомендовала себя как производитель надежной продукции.
    Стабилизация тока агрегатов 930 В 31,5 кА осуществляется дросселями насыщения на глубину регулирования 50 В, которые обычно устанавливаются в помещении подстанции до выпрямителя. Однако ДН могут быть встроены в бак трансформатора. Выполнение трансформатора со встроенными ДН особенно выгодно в случае установки оборудования под навесом.
    Все трансформаторы нового поколения обеспечиваются качественно новой комплектацией – высоковольтными вводами специализированных фирм Швеции, Швейцарии, Италии, предохранительными клапанами германского производства, воздухоосушителями из Турции, деталями главной изоляции из Швейцарии, деталями прессующей системы и отводов из Германии.
    Трансформаторы нового поколения комплектуются современными контрольно-измерительными приборами. Шкафы управления охлаждением типа ШД и ШДЦ укомплектованы новой аппаратурой и имеют хороший дизайн, разработанный специалистами фирмы "РЦЛ" (Екатеринбург).
    Проработаны варианты стабилизации с применением параметрических источников тока (ПИТ). В настоящее время преобразовательная подстанция с источниками ПИТ эксплуатируется на Саянском алюминиевом заводе и построена на новом Тайшетском алюминиевом заводе. На Саянском алюминиевом заводе ПИТ обеспечивают стабилизацию тока серии 255 – 300 кА с точностью 0,15 – 0,2 %. Преимуществом источников ПИТ является обеспечение стабилизации тока в широком диапазоне колебаний напряжения нагрузки без ухудшения энергетических показателей.
    Для повышения энергетических показателей агрегатов 930 В 31,5 кА также проработаны варианты со схемами компенсации, подготовленными специалистами Челябинского политехнического института.
    Завод "Уралэлектротяжмаш" в ряде случаев выступает как поставщик всего комплекса основного оборудования преобразовательных подстанций, включая и высоковольтные подстанции 110 кВ, предназначенные для питания преобразователей.
    В последнее десятилетие из-за спада в потреблении специальных и преобразовательных трансформаторов, на изготовлении которых наш завод специализировался почти 30 лет, производственная программа ОАО "Уралэлектротяжмаш" была скорректирована. Так, мы возродили производство силовых и распределительных трансформаторов: сухих – мощностью до 4000 кВА, высшим напряжением до 20 кВ и масляных – мощностью до 160000 кВА, высшим напряжением до 220 кВ. Дальнейшее увеличение мощности в единице и повышение уровня высшего напряжения сдерживается только технологическими возможностями трансформаторного производства.
    Все устройства разработаны собственными силами на уровне, предъявляемом к современным трансформаторам. Это позволяет заводу успешно конкурировать с такими специализированными предприятиями, как "Запорожский трансформаторный завод", завод "Трансформатор" (г. Тольятти) и "Московский электрозавод". Ежегодный рост производства трансформаторов в ОАО "Уралэлектротяжмаш" в последнее время составляет 160 – 170 %. Кроме того, мы занимаемся внедрением систем мониторинга отечественного и зарубежного производства и готовы обеспечить наши трансформаторы новейшими системами в объеме, согласованном с заказчиком.