Статья посвящена проблеме выбора поставщика энергоэффективных сухих распределительных трансформаторов при проведении закупок трансформаторного оборудования. Анализируется зарубежная нормативная база по сухим энергоэффективным трансформаторам. Рассмотрены различные конструкции сухих трансформаторов. Приведен перечень основных заводов, выпускающих сухие трансформаторы. Предложена методика выбора поставщика, основанная на ранее разработанной автором методологии выбора для масляных распределительных трансформаторов и включающая в себя: 1) предварительный подбор оптимальных потерь холостого хода и короткого замыкания, как базовых показателей энергоэффективности распределительного трансформатора в зависимости от режимов работы; 2) сравнительный комплексный технико-экономический анализ оборудования разных поставщиков на базе упрощенной модели анализа изменения цены трансформатора при изменении потерь холостого хода и короткого замыкания. Дан пример выбора поставщика энергоэффективного сухого распределительного трансформатора.
Введение. Краткий обзор конструкций сухих трансформаторов
В общем объеме распределительных трансформаторов мощностью 25 кВА — 2500 кВА примерно 20% составляют сухие трансформаторы. И если энергоэффективность масляных трансформаторов всесторонне рассмотрена довольно широко, то энергоэффективность сухих трансформаторов обсуждается крайне редко [1]. Нормативная же база по энергоэффективности сухих распределительных трансформаторов также практически отсутствует. Введенный в действие 12 апреля 2017 года отраслевой Стандарт ПАО «Россети» СТО 34.01-3.2-011-2017 «Трансформаторы силовые распределительные 6-10 кВ мощностью 63-2500 кВА. Требования к уровню потерь холостого хода и короткого замыкания» распространяется только на масляные трансформаторы мощностью от 63 кВА до 2500 кВА.
Только Постановление Правительства РФ от 17 июня 2015 г. N 600 «Об утверждении перечня объектов и технологий, которые относятся к объектам и технологиям высокой энергетической эффективности» охватывает все типы трансформаторов по коду 143115010 Общероссийского классификатора основных фондов (код 330.30.20.31.117 Машины энергосиловые и сварочные путевые и агрегаты по новому классификатору) , но, опять-таки, только мощностью от 100 кВА до 2500 кВА.
В отличии от России, в Европе проблемам энергоэффективности, в том числе, сухих распределительных трансформаторов, уделяется очень большое внимание. Параметры энергосберегающих сухих распределительных трансформаторов регулирует документ HD538 «Трехфазные распределительные трансформаторы с рабочей частотой 50 Гц от 100 до 2 500 кВА с охлаждением сухого типа и максимальным напряжением не выше 36» кВ. Он устанавливают следующие ограничения на потери х.х. и к.з. (Таблица 1).
Таблица 1. Потери холостого хода и короткого замыкания по документу гармонизации ЕЭС HD538.
| Мощность, кВА | 100 | 160 | 250 | 400 | 630 | 800 | 1000 | 1250 | 1600 | 2000 | 2500 | 3150 |
| Потери х.х., кВт | 0,280 | 0,350 | 0,520 | 0,750 | 1,1 | 1,3 | 1,55 | 1,8 | 2,2 | 2,6 | 3,1 | 3,8 |
| Потери к.з., кВт 75°C | 1,575 | 2,275 | 2,975 | 3,95 | 6,2 | 7 | 7,875 | 9,625 | 11,375 | 14 | 16,625 | 19,25 |
| Потери к.з., кВт 120°C | 1,8 | 2,6 | 3,4 | 4,5 | 7,1 | 8 | 9 | 11 | 13 | 16 | 19 | 22 |
| Ток х.х., % | 1 | 0,9 | 0,8 | 0,8 | 0,8 | 0,6 | 0,6 | 0,6 | 0,6 | 0,6 | 0,4 | 0,4 |
| Напряжение к.з., % | 6 | 6 | 6 | 6 | 6 | 6 | 6 | 6 | 6 | 6 | 6 | 6 |
Постановление Правительства РФ от 17 июня 2015 г. N 600 «Об утверждении перечня объектов и технологий, которые относятся к объектам и технологиям высокой энергетической эффективности» устанавливает следующие значения потерь х.х. и к.з. для энергоэффективных трансформаторов (Таблица 2; в таблице сохранены обозначение и структура исходного документа).
Таблица 2. Значения потерь х.х. и к.з. в соответствии с Постановлением Правительства РФ от 17 июня 2015 г. N 600 «Об утверждении перечня объектов и технологий, которые относятся к объектам и технологиям высокой энергетической эффективности».
| S =100 кВА | Pхх | 250 Вт, |
|
| Pкз | 1750 Вт; |
| S = 160 кВА | Pхх | 375 Вт, |
|
| Pкз | 2350 Вт; |
| S = 250 кВА | Pхх | 530 Вт, |
|
| Pкз | 3250 Вт; |
| S = 400 кВА | Pхх | 650 Вт, |
|
| Pкз | 4600 Вт; |
| S = 630 кВА | Pхх | 800 Вт, |
|
| Pкз | 6750 Вт; |
| S = 1000 кВА | Pхх | 1100 Вт, |
|
| Pкз | 10500 Вт; |
| S = 1600 кВА | Pхх | 1700 Вт, |
|
| Pкз | 17000 Вт; |
| S = 2500 кВА | Pхх | 2450 Вт, |
|
| Pкз | 25500 Вт |
Сухие распределительные трансформаторы производят следующие заводы (в РФ и в государствах Таможенного союза):
- АО «ХК «Электрозавод», г. Москва;
- ООО «Трансформер», г. Подольск, МО
- ЗАО «ГК "Электрощит" — ТМ Самара» , г. Самара;
- ОАО «Электрощит», г. Чехов, МО;
- АО «Группа «СВЭЛ», г. Екатеринбург;
- АО «Уралэлектротяжмаш-Гидромаш», г. Екатеринбург;
- ООО «Электрофизика», г. С. —Петербург;
- МЭТЗ им. В.И. Козлова, г. Минск РБ;
- АО «Кентауский трансформаторный завод», г. Кентау, РК;
- АО «Уральский трансформаторный завод», г. Уральск, РК;
- ООО «НВА» , г. Рассказово, Тамбовская обл.;
- ООО «Завод Силовые Трансформаторы», г. Курган;
- ООО «ПК «Славэнерго», г. Ярославль;
- ООО «Проектэлектротехника», г. Шумерля, Чувашская Республика;
- ООО «Комплектпромматериалы», («КПМ») г. С.-Петербург;
- ООО «Электромашиностроительный завод» («ЭМЗ»), г. Москва, г.
- Екатеринбург;
- ООО «Завод «Электромашина», г. Кемерово;
Характеристики заводов даны в [2]
Всесторонний сравнительный анализ характеристик сухих силовых трансформаторов приведен в статье автора от 2012 года [3]. Традиционные варианты конструкций сухих трансформаторов представлены на рисунках 1 — 2.
 |  |
 |  |
За прошедшие годы конструкция сухих распределительных трансформаторов хотя и не претерпела существенных изменений, но за счет применения новых материалов и технологий их энергоэффективность повысилась. Кроме того, появились новые типы сухих трансформаторов.
Ряд заводов производит сухие трансформаторы с магнитопроводами типа ЮНИКОР (рисунки 3 — 4).
К новым типам сухих трансформаторов относятся трансформаторы отбора мощности — ТОМ. Они представляют собой однофазные индуктивные трансформаторы прямого подключения к воздушным линиям электропередачи 110–500 кВ. Отличительная особенность их основного применения — понижение напряжения между линией электропередачи и потребителем за одну ступень — без промежуточных трансформаций. Мощность этих устройств (10–500 кВА) существенно меньше таковой для силовых трансформаторов на напряжения 110 кВ и выше, поэтому конструктивно они оказываются ближе к измерительным трансформаторам напряжения, которые выполняются не с катушечными, а со слоевыми обмотками высшего напряжения из относительно тонкого провода. По этой причине их иногда называют трансформаторами напряжения большой или увеличенной мощности. Однако основные функции, выполняемые этими устройствами, свойственны силовым, а не измерительным. Внешний вид трансформатора ТОМ и схема его включения в распределительную сеть показаны на рисунках 5 — 6.
 |  |
Рис. 5. Схема включения ТОМ в распределительную сеть
Инновационными конструкциями сухих энергоэффективных распределительных трансформаторов являются образцы, представленные на рисунках 7 — 8.
 |  |
Среднерыночные цены на сухие распределительные трансформаторы типа ТСЛ без кожуха и без КИП, с алюминиевыми обмотками, климатического исполнения У3 и класса нагревостойкости обмоток F (155° С) представлены в Таблице 3.
Таблиц 3. Среднерыночная стоимость трансформаторов ТСЛ.
| Мощность, кВА | 160 | 250 | 400 | 630 | 1000 | 1250 | 1600 | 2500 |
| Цена, руб. с НДС 20% | 320 000 | 440 000 | 560 000 | 715 000 | 930 000 | 1115 000 | 1 300 000 | 1 700 000 |
Подробный анализ инноваций сухих распределительных трансформаторов автором предполагается сделать в последующих статьях. В настоящей статье целью является представление новой методологии выбора поставщика сухого энергоэффективного распределительного трансформатора.
Основные положения методологии и методики изложены в [4]. Ниже дано их краткое изложение.
Первое принципиальное положение новой методологии выбора поставщика распределительных трансформаторов заключается в выборе потерь х.х. и к.з. не из каталогов заводов, а на основе предполагаемого графика загрузки трансформатора.
Второе принципиальное положение новой методологии заключается в проверке адекватности цен сухих энергоэффективных распределительных трансформаторов на основе модели анализ взаимосвязи цены распределительного трансформатора с его характеристиками потерь холостого хода и короткого замыкания [5].
Третье принципиальное положение новой методологии заключается в следующем: выбор поставщика должен осуществляться не на основе критерия минимальной цены, а на основе критерия минимальной полной дисконтированной стоимости владения трансформатором.
Четвертое принципиальное положение новой методологии заключается в необходимости расчета сроков окупаемости инвестиций в сухие энергоэффективные распределительные трансформаторы, которые предлагают заказчикам заводы-производители.
В качестве примера применения методики выбора, изложенной в [4] ниже выбирается поставщик сухого энергоэффективного распределительного типа ТСЛ мощностью 1000 кВА сочетанием напряжений 10/0,4 климатического исполнения У3 с алюминиевыми обмотками без кожуха, без КИП, класса нагревостойкости изоляции F.
Пример выбора поставщика сухого энергоэффективного распределительного трансформатора
Требуется выбрать поставщика распределительного энергоэффективного масляного трансформатора мощностью для предприятия с суммарной полной установленной мощностью потребителей 1000 кВА. Загрузка трансформатора планируется на 30% (αм = 0,30).
Этап 1.
По формулам методики [5] получаем
Ркз = 11333 Вт (до 12 470 Вт с учетом допуска +10% по ГОСТ Р 52719)
Рхх = 1020 Вт (до 1173 Вт с учетом допуска +15% по ГОСТ Р 52719)
Этап 2.
Предлагаются два варианта поставки трансформатора ТСЛ −1000/10
- По цене 946 000 руб. с НДС 20% с характеристиками Рхх=1500 Вт Ркз=9000 Вт
- По цене 800 000 руб. с НДС 20% с характеристиками Рхх=2150 Вт Ркз=8400 Вт
Оба варианта не удовлетворяют требованиям по потерям х.х., но представляются очень выгодными по потерям к.з.
Этап 3.
Выберем за базу среднерыночную цену трансформатора ТСЛ-1000/10 с характеристиками Рхх=2100 Вт Ркз=9000 Вт. Цена на рынке такого трансформатора составляет 930 000 руб. с НДС 20%. Для анализа адекватности представленных цен будем использовать эту цену
Этап 4.
По модели работы [5] определим адекватные цены вариантов 1 и 2.
Адекватная цена первого варианта по сравнению с базовым среднерыночным вариантом должна составлять 970 000 руб. с НДС 20%.
Адекватная цена второго варианта по сравнению с базовым среднерыночным вариантом должна составлять 1 335 000 руб. С НДС 20%.
Как видим, цена второго предложенного варианта явно неадекватна заявленным техническим характеристикам. Вполне возможно, что мощность реально изготовленного трансформатора ниже заявленной номинальной. В результате трансформатор может перегреваться в процессе работы и, в конечном счете выйти из строя. Целесообразно остановиться на первом предложенном варианте.
Этап 5.
По формулам, приведенным в [4] рассчитываем экономический эффект от использования энергоэффективного трансформатора и срок окупаемости инвестиций в энергоэффективное оборудование.
Для выбранного энергоэффективного сухого распределительного трансформатора ТСЛ-1000/10 полный дисконтированный доход от применения энергоэффективного трансформатора (экономический эффект от снижения полной стоимости владения энергоэффективным трансформатором) по сравнению со стандартным трансформатором составил 271 000 руб.
Срок окупаемости инвестиций в энергоэффективный сухой распределительный трансформатор по сравнению со стандартным (не энергоэффективным) составил 0,62 года.
Выводы
Предложенная новая методика выбора поставщика сухих энергоэффективных распределительных трансформаторов на основе парадигмы взаимосвязи потерь холостого хода и короткого замыкания и цены трансформатора включает себя : 1) обоснованный подбор оптимальных потерь холостого хода и короткого замыкания, как базовых показателей энергоэффективности распределительного трансформатора в зависимости от режимов работы; 2) сравнительный комплексный технико-экономический анализ оборудования разных поставщиков на базе упрощенной модели анализа изменения цены трансформатора при изменении потерь холостого хода и короткого замыкания; 3) оценку экономического эффекта от применения энергоэффективных трансформаторов и срока окупаемости инвестиций в энергоэффективные мероприятия.
Внедрение данной методологии в практику закупки сухих энергоэффективных распределительных трансформаторов в масштабах всей страны позволит повысить надежность электроснабжения всех объектов, независимо от их ведомственной принадлежности, а также предотвратит использование в распределительных электрических сетях оборудования низкого качества от недобросовестных поставщиков.
Выражаю искреннюю благодарность ведущим специалистам завода «Трансформер» (г. Подольск) к.т.н. Печенкину В.И. и к.т.н. Стулову А.В. за предоставленные материалы и конструктивное обсуждение содержания и выводов данной статьи.
Литература
- Кравченко А., Метельский В. Сухие и энергосберегающие трансформаторы // Электрик. — 2013. — № 4. — С.
- Савинцев Ю.М. Экспертный анализ рынка силовых трансформаторов: Часть 1: I — III габарит / Юрий Михайлович Савинцев. — [б.м.]: — Издательские решения, 2015. — 86 с.
- Савинцев Ю.М. Сухие силовые трансформаторы: жесткая альтернатива или гармоничное дополнение? // Электрооборудование: эксплуатация и ремонт. — 2012. — № 8 — С.10-18.
- Савинцев Ю.М. Надежный поставщик — гарантия надежного электроснабжения // URL: https://www.elec.ru/articles/nadezhnyj-postavshik-garantiya-nadezhnogo-elektros/
- Савинцев Ю.М. «Монетизация» энергоэффективности //Энергетика и промышленность России. — 2019. — № 5 (361)
