История электротехники

Большая работа проведена по освоению холоднокатаной текстурованной электротехнической стали, имеющей более низкие удельные потери и намагничивающую мощность, что позволило значительно снизить потери и массу активной стали и масла.

В 1956–1957 гг. на «Армэлектрозаводе» (Армения) при участии МЭЗ была спроектирована серия трансформаторов мощностью до 560 кВ•А на напряжение 6 и 10 кВ, в которой на базе применения холоднокатаной стали снижены потери в сравнении с аналогичными ранее выпускавшимися трансформаторами и на 20–30% уменьшены масса активной стали и масла.

В 1949 г. на МЭЗ возобновились исследовательские и конструкторские работы по созданию трансформаторного оборудования на напряжение 400 кВ. Над этой проблемой работали также инженеры ЗТЗ и ВЭИ. Весь комплекс трансформаторного оборудования на напряжение 400 кВ — в то время самого высокого в мире рабочего напряжения электропередачи — был создан на основе исследований, выполненных отечественными инженерами и учеными. В комплекс входили трансформаторы на 400 кВ, агрегаты для регулирования под нагрузкой, шунтирующие реакторы для компенсации емкостных токов в линии на напряжение 400 кВ (рис. 6.18). Результаты проведенных исследований были использованы в дальнейшем при разработке трансформаторов для линий электропередачи на напряжении 500 кВ (рис. 6.19).

^{Рис. 6.19. Трансформатор типа ТЦ-20000В/500} 

В 1955 г. на МЭЗ и ЗТЗ были спроектированы и в 1956 г. изготовлены первые однофазные трехобмоточные автотрансформаторы класса напряжения 220 кВ групповой мощностью 3x40 и 3x80 MB•А, а к 1958 г. суммарная мощность изготовленных автотрансформаторов достигла 8,5 млн. кВ•А. Применение автотрансформаторов взамен трансформаторов позволило значительно снизить расход активных материалов (меди и стали), трансформаторного масла и других материалов, а также уменьшить потери электроэнергии.

В послевоенный период началось освоение производства комплексных трансформаторных понижающих подстанций, полностью собираемых и испытываемых на заводе-изготовителе. При установке таких подстанций в центрах нагрузки обеспечивается значительное снижение стоимости низковольтных сетей и потерь в них, объема монтажных работ на месте установки, высвобождаются полезные площади. МЭЗ с 1950 г. начал серийный выпуск комплектных подстанций с одним или двумя трансформаторами мощностью до 100 кВ•А (сухими, масляными или заполненными синтетическим жидким диэлектриком).

^{Рис. 6.20. Комплектная трансформаторная подстанция наружной установки типа КТПН-1000} 

Позднее производство комплектных трансформаторных подстанций было освоено и другими заводами, а в настоящее время более 20% силовых трансформаторов мощностью до 1000 кВ•А на напряжение 6 и 10 кВ (со вторичным напряжением 220 и 380 В) поставляются в виде комплектных подстанций (рис. 6.20).

Большой объем исследовательских работ был выполнен на МЭЗ и ЗТЗ по созданию комплекса оборудования для опытно-промышленной линии электропередачи постоянного тока Волгоград — Донбасс напряжением ±400 кВ и мощностью 720 МВт; при этом были обеспечены высокая надежность изоляции схемных обмоток, связанных с преобразователями, и их электродинамическая стойкость. Была разработана конструкция одного из ответственных элементов преобразовательного оборудования — линейного реактора типовой мощностью 160 MB•А (на ток 900 А и индуктивность 1 Гн) (рис. 6.21), а также специальное оборудование: групповые и индивидуальные изолирующие трансформаторы собственных нужд (рис. 6.22); импульсные трансформаторы для питания вентилей; измерительные трансформаторы постоянного напряжения ±200 кВ и ±400 кВ и реакторы — фильтровые, высокочастотные, токоограничивающие.

^{Рис. 6.21. Линейный реактор для передачи электроэнергии постоянным током ±500 кВ} 

Период 1959–1967 гг. характеризовался бурным ростом выпуска трансформаторов, в первую очередь крупных и предельных мощностей. В 1960 г. МЭЗ выпустил первые автотрансформаторы класса напряжения 220 кВ со встроенной в нейтраль регулировочной обмоткой и аппаратурой регулирования под нагрузкой (РПН). Внедрение встроенного (РПН) дало возможность отказаться от вольтодобавочных агрегатов, обеспечив при этом значительную экономию активных материалов и снижение потерь энергии.

^{Рис. 6.22. Изолирующий трансформатор ИИ-110}

^{Рис. 6.23. Автотрансформатор АТДЦТН-200000/330 с РПН в линии на стороне напряжения 110 кВ} 

Освоенные Всесоюзным институтом трансформаторостроения (ВИТ, Запорожье) и ЗТЗ быстродействующие переключающие устройства класса напряжения 110 кВ с активными токоограничивающими сопротивлениями позволили выполнить РПН на стороне 110 кВ, что наиболее эффективно в достаточно распространенных автотрансформаторах 220/110 кВ (рис. 6.23).

Большим достижением трансформаторостроения стала разработка в середине 60-х годов мощных автотрансформаторов класса напряжения 750 кВ. Для систем напряжением 750 кВ необходимы шунтирующие реакторы, мощность которых превышает мощность установленных трансформаторов (соотношение мощностей примерно 2–2,5 квар/(кВ•А). На основе ранее спроектированного однофазного высоковольтного шунтирующего реактора мощностью 55 Мвар на напряжение 500 кВ (рис. 6.24) МЭЗ изготовил шунтирующий реактор на напряжение 750 кВ, который, как и аналогичный на напряжение 500 кВ, позволил добиться уменьшения расхода материалов и габаритов за счет оригинальной конструктивной схемы. Для линии напряжением 750 кВ на МЭЗ был разработан измерительный емкостный трансформатор напряжения типа НДЕ -750 (рис. 6.25).

^{Рис. 6.24. Однофазный шунтирующий реактор мощностью 55 Мвар на напряжение 500 кВ конструкции 1966 г. (без сердечника, с наружной магнитной системой, охватывающей обмотку)}

^{Рис. 6.25. Емкостный трансформатор напряжения} 

В эти годы был достигнут значительный рост предельных мощностей трансформаторов; так, в 1968 г. на ЗТЗ был выпущен однофазный трансформатор мощностью 417 MB•А класса напряжения 500 кВ. Трехфазная группа из таких трансформаторов мощностью 1250 MB•А служит для питания от двух генераторов по 500 МВт.

Необходимость использования в полной мере свойств холоднокатаной текстурованной электротехнической стали поставила в эти годы ряд специальных требований к конструкции и технологии изготовления магнитопроводов. Одним из мероприятий, позволивших уменьшить потери и ток холостого хода в трансформаторах, стал отказ от отверстий в пластинах для прессовки стержней и ярем («бесшпилечная» прессовка) (рис. 6.26, 6.27).

Определяющей тенденцией в последующие годы явилось повышение единичных мощностей и напряжений трансформаторов.

После испытаний и исследований автотрансформатора мощностью 210 MB•А на напряжение 1150/500 кВ (рис. 6.28), установленного на высоковольтной линии 1150 кВ, на ЗТЗ в 1975 г. был разработан автотрансформатор групповой мощностью 2000 MB•А на напряжение 1150 кВ.

Опыт эксплуатации на линии электропередачи 750 кВ позволил освоить серийное производство трансформаторного оборудования на напряжение 750 кВ, разработать и изготовить однофазные автотрансформаторы групповой мощностью 1000 и 1250 MB•А напряжением соответственно 750/330 и 750/500 кВ с регулированием под нагрузкой, используемые в мощных энергетических блоках ряда атомных электростанций европейской части страны. Серийно выпускается трансформаторное оборудование для энергетических блоков мощностью 800–1200 МВт (рис. 6.29) напряжением 330 и 500 кВ.