8. СОВЕТУВАЊЕ Охрид, 22 24 септември Михаил Дигаловски Крсте Најденкоски Факултет за електротехника и информациски технологии, Скопје Тане Петров Бучим ДООЕЛ - Радовиш ИЗБОР НА ЕНЕРГЕТСКИ ТРАНСФОРМАТОР ЗА МЕТАЛНА КОМПАКТНА ТРАФОСТАНИЦА КУСА СОДРЖИНА Во трудот е анализиран проблем со прекумерно загревање на енергетски трансформатор 1250 kva, 6/0,4 kv, сместен во метална компактна трафостаница-мкт во погонот за производство на катоден бакар, во Бучим ДООЕЛ Радовиш. Имено, според мерењата што ги правеле стручните лица од Бучим, трансформаторот достигнал температура на маслото (контактен термометар) од 91 C, при оптовареност од 73,8 % и температура на амбиентот од 21 C. (Максималната дозволена температура на маслото на трансформаторот, за температурна класа A изнесува 95 C, при оптовареност од 100 % и температура на амбиентот од 40 C). Клучни зборови: Загревање на енергетски трансформатор, Метална компактна трафостаница, Загуби на моќност во трансформаторот, Термички симулационен модел на трансформаторот, Енергетска класа, Стандарди и прописи. 1 ВОВЕД Во рудникот Бучим-Радовиш е изградена и пуштена во погон постројка за производство на катоден бакар. За напојување на постројката се користи енергетски трансформатор (1250 kva, 6/0,4 kv), кој заедно со расклопната и заштитната опрема е сместен во метална компактна трафостаница-mkt. Кај трансформаторот, од страна на стручните лица во Бучим е забележано прекумерно загревање и тоа при оптовареност 60-70 % и при средни амбиентални температури 10-20 C. Температурите што се евидентирани од контактниот термометар се гранични и се блиску до максимално дозволената за температурна класа А. Од тие причини параметрите на трансформаторот се следени подолго време и се евидентирани нивните вредности. Во периодот во кој се следени параметрите, највисока измерена температура на маслото била 91 C, при оптовареност на трансформаторот од 73,8 % и температура на амбиентот од 21 C. Оттука произлезе и загриженоста на одговорните лица во службата за електро-одржување, бидејќи трансформаторот достигна скоро максимална дозволена температура, а процесот за добивање на катоден бакар не беше комплетно пуштен (оптовареноста на трансформаторот ќе се зголеми) и амбиентните температури во летниот период ќе бидат поголеми. Значи во прашање беше доведена самата функција на трансформаторот и голема веројатност за прекин на процесот. Од тие причини, побарано е од тимот од ФЕИТ да направи анализа на целиот случај и даде стручно мислење и решение на проблемот. Направени се анализи во однос на геометриските димензии на МКТ и можноста за добро ладење на трансформаторот, како и за соодветноста на изборот на МКТ. Направена е анализа на загубите на моќност на трансформаторот во согласност со стандардите: IEC 60076-1:2009, IEC 60076-2:2009, МКС EN 50464-1:2010, МКС EN62271- A2-136R 1/11
MAKO CIGRE 2013 A2-136R 2/11 202:2009, со цел да се определи енергетската класа на трансформатор кој е соодветен за поставување во МКТ. Направен е симулационен термички модел на трансформаторот заедно со МКТ, со цел да се добие распределбата на топлината во целата компактна трафостаница и да може да се отчитува температурата во секоја точка. Преку овој симулационен модел е потврдена неможноста за соодветно ладење на трансформаторот. Исто така се направени аналитички пресметки во однос на надтемпературите на трансформаторот кога работи во МКТ и кога истиот би работел на отворено, со што е определена енергетската класа на контејнерот. На крајот од трудот се дадени препораки како може да се санира опишаната состојба, како би се овозможила коректна работа на трансформаторот, како и на самиот погон, за долг временски период. 2 ОПИС НА ПРОЕКТНОТО РЕШЕНИЕ Според податоците од Основниот проект, металната компактна трафостаница од контејнерски тип е со димензии: должина 2600 mm, ширина 2200 mm и висина 2500mm (Сл. 1). Трафостаницата се состои од: -трансформатор, тип ТМ 1250/6, -среднонапонски блок 24 kv (1 влезно/излезна ќелија, 1 мерна ќелија и 2 трафо ќелии), -нисконапонски (НН) блок 0,4 kv (3 НН прекинувачи, 3 струјни мерни трансформатори). 2.1 Податоци за трансформаторот Во табелата 1 се дадени основните податоци за трансформаторот. Табела 1 Производител LEMI Trafo Тип TM 1250/6 Година на производство 2011 Номинална моќност (kva) 1250 Номинални напони (V) 6000 400 Номинална струја (А) 120, 28 1804,22 Регулација (%) ±5 - Шема на соединување Триаголник (D) Ѕвезда (y) Температурна класа А Температурен пораст (К) 65 Систем за ладење ONAN Гарантирани големини Загуби на моќност во празен од (W) 2100 Загуби на моќност при оптоварување (W) 16000 Напон на куса врска (%) 6 Според податоците од извештајот за рутински испитувања извршени на трансформаторот, во табелата 2 се дадени вредности за определени големини кои се анализираат во овој труд.
MAKO CIGRE 2013 A2-136R 4/11 загуби, и тие вообичаено се користат во земјите на Европската унија. Загубите на моќност при оптоварување се дадени во табелата 4. Табела 3 Загуби на моќност во празен од според МКС ЕN 50464-1 Табела 4 Загуби на моќност при оптоварување (на 75 о С), според МКС ЕN 50464-1 Според податоците од табелите 3 и 4 може да се забележи дека од аспект на загубите на моќност постои можност да се избере соодветна класа на трансформатори. Во однос на загубите на моќност при празен од, постојат следниве класи: Ао, Bo, Co, Do и Eo, a според загубите на моќност при оптоварување: Ak, Bk, Ck и Dk.
MAKO CIGRE 2013 A2-136R 5/11 Во зависност од намената на трансформаторот, може да се избере и набави трансформатор со соодветна вредност на загубите на моќност, односно со помали или поголеми загуби на моќност. 3.2 Избор на трансформатори од аспект на температурата Температурата е еден од клучните параметри за трансформаторите и параметар според кој се определува и номиналната моќност. Трансформаторите во маслена изведба се во температурна класа А, што значи дека температурата на намотките не смее да надмине 105 0 С. За да се обезбеди правилно функционирање на трансформаторот во текот на целиот период на експлоатација (животен век повеќе од 30 години), треба да се почитуваат препораките од стандардите за температурен пораст (IEC 60076-1 и IEC 60076-2), според кои наттемпературата на маслото не смее да надмине 55(К), а наттемпературата на намотките 65 (К). Трансформаторите кои се монтираат во затворен простор имаат посебни специфични услови на ладење, кои се разликуваат во однос на оние кои се монтираат на отворен простор, поради кои при изборот треба да се внимава на сите аспекти поврзани со ладењето. 4 СИМУЛАЦИЈА НА ЗАГРЕВАЊЕТО НА ТРАНСФОРМАТОРОТ-МОДЕЛИРАЊЕ Заради анализа на загревањето на трансформаторот, направен е негов симулационен математички модел во дводимензионален софтвер кој се базира на методот на конечни елементи. Пеку овој симулационен модел се добива распределбата на топлината во целата компактна трафостаница и може да се отчитува температурата во секоја точка. Овој модел на трансформаторот е прикажан на сликата 3. Геометријата на моделот се направена врз база на измерените димензии на трафостаницата и на самиот трансформатор. Во моделот се дефинирани материјалите со своите специфични топлински проводности и специфични топлински капацитети, како и топлинските извори кои во овој случај претставуваат вкупните загуби во трансформаторот. На сликата 4 е прикажана мрежата на конечни елементи, со која се дискретизира (се разделува) целиот домен (компактната трафостаница), како би можел да се реши системот на диференцијални равенки со кои се опишува температурното поле. Слика 3 Симулационен математички модел Слика 4 Мрежа на конечни елементи На сликата 5 е прикажано температурното поле на трансформаторот, при негово оптоварување со привидна моќност S=922,6 (kva) (коефициент на оптоварување β=73,8 %), при температура на амбиентот од t а =21 C. Температурното поле е прикажано како спектар од бои, при што виолетовата боја значи точка со највисока температура, а светло сината боја значи точка со најниска температура. На сликата е прикажана и легенда, на која во зависност од бојата на одреден дел во трафостаницата може да се отчита температурата во Келвинови степени. Исто така во дополнителното прозорче е прикажана средната температура на трансформаторскиот сад (односно на трансформаторското масло) и таа изнесува: T TR =364,7
MAKO CIGRE 2013 A2-136R 10/11 1) Изборот на опремата во трафостаницата е извршен без да се располага со детална документација (Основен проект). Ова може да се поткрепи и со податокот дека Основниот проект е изработен во март 2012 година, после пуштањето во работа на трафостаницата. 2) Енергетскиот трансформатор е избран без да се води сметка дека ќе работи во затворена метална компактна трафостаница. Ова може да се потврди со фактот дека избраниот трансформатор е со најголеми загуби на моќност во однос на трансформаторите од другите производители, како и во однос на другиот тип на трансформатор кој го произведува избраниот производител, а тоа е од класа Ck-Eo (податоци во табела 5, под реден број 3). Трансформаторот од класа Ck-Eo има 2800 (W) помалку вкупни загуби на моќност во однос на избраниот. 3) Според податоците за загубите на моќност дадени во табела 3 и 4 може да се забележи дека постојат и други класи на трансформатори во однос на загубите на моќност, односно може да се избере стандарден трансформатор и со помали загуби на моќност, кој би бил посоодветен за оваа изведба на трафостаницата. 4) Димензиите на делот од МКТ каде е монтиран трансформаторот се несоодветни за избраниот трансформатор. Измерена е ширината на трансформаторот од 1000 (mm), а во каталогот на производителот е дадена вредност од 1100 (mm), и ако вкупната ширина на контејнерот за трансформаторот изнесува 1400 (mm), тогаш остануваат уште 300 (mm) за растојание од двете страни, што значи по 150 (mm) од една страна. Во упатството за работа на трансформаторот (2) наведено е дека минимално растојание на трансформаторот од страниците на контејнерот треба да изнесува 300 (mm). Димензиите на контејнерот каде е сместен трансформаторот треба да бидат значително поголеми за да се обезбеди добра циркулација на воздух, а со тоа и подобри услови за ладење на трансформаторот. 5) Според анализата детално објаснета во точка 5.3, (изведена според стандардот IEC 62271-202), МКТ е од класа 30, што значи дека разликата во температурите на маслото во трансформаторот во контејнер и кога истиот тој би бил надвор од контејнер изнесува 30 о С. Според пресметката при оптоварување од 922 (kva), температурата на маслото во трансформаторот кога тој би се наоѓал надвор од контејнерот би изнесувала 62,5 C, а измерената температура на маслото на трансформаторот во контејнерот изнесуваше 91 о С. 6) Во однос на температурите на загревање на трансформаторот подготвен е и температурен модел на МКТ и со користење на специјален софтвер извршена е симулација на загревањето на трансформаторот (детална анализа во поглавје 4). Симулацијата е изведена за исти услови на оптоварување на трансформаторот и амбиентна температура од 21 C. 7) Во точка 5.4 дадена е постапката за определување на оптоварување на инсталираниот трансформатор во МКТ при различни температури на амбиентот. За да се обезбеди континуирана сигурна работа на трансформаторот во текот на неговиот животен век (30 години), и при тоа температурите на маслото да не ја надминат наттемпературата од 55 (K), потребно е да се регулира оптоварувањето на трансформаторот според дијаграмот даден на сликата 9 за класа 30. Така на пример: ако температурата на амбиентот изнесува 30 о С, трансформаторот треба да се оптовари со моќност која е 50% од неговата номинална моќност, односно околу 625 (kva). Препорака Според нашите согледувања базирани на повеќегодишно искуство во областа на трансформатори, како од научен така и од стручен аспект, сметаме дека проблемот со енергетскиот трансформатор во однос на неговото зголемено загревање, не може да се надмине со превземање на некои мерки за зголемена циркулација на воздух односно со инсталирање на вентилатори или климатизери. Предлагаме:
MAKO CIGRE 2013 A2-136R 11/11 - замена на постоечкиот енергетскиот трансформатор со нов трансформатор со помали загуби на моќност, ако димензиите на контејнерот се соодветни. Ова дополнително треба да се анализира. - разгледување на можноста за изводливост на техничко решение во кое трансформаторот би бил надвор од контејнерот. 7 ЛИТЕРАТУРА [1] Основен проект за електрика (Метална компактна трафостаница), ЈОРД ДООЕЛ Скопје, 2012 [2] Пасош Упатство со инструкции за експлоатација, монтажа и одржување на маслени дистрибутивни трансформатори, LEMI Trafo, Pernik, Bulgaria [3] Test Report from routine tests, LEMI Trafo, 05.07.2011 [4] IEC 60076-1:2009 Енергетски трансформатори - Дел 1: Општо [5] IEC 60076-2:2009 Енергетски трансформатори - Дел 2: Зголемување на температура (идентичен со EN 60076-2:1997) [6] МКС EN 50464-1: 2010 Трифазни маслени дистрибутивни трансформатори 50 Hz, од 50 kva до 2500 kva за највисок напон на опремата кој не преминува 36 kv - Дел 1: Општи барања (идентичен со EN 50464-1:2007 ) [7] МКС EN 62271-202:2009 Високонапонски постројки и управувачки уреди - Дел 202: Високонапонска/нисконапонска префабрикувана трафостаница (идентичен со EN 62271-202:2007)