Зачем нужны трансформаторы собственных нужд

ТСН‌ (трансформатор‌ собственных‌ нужд)‌ как‌ средство‌ жизнеобеспечения‌ электроустановки‌

Трансформаторы собственных нужд или ТСН предназначены для питания нагрузки подстанций, КРУН, КРУ для обеспечения своих потребностей.

ТСН обеспечивает работу электроустановки и функциональность подключенных потребителей нагрузки.

Количественный состав и тип нагрузки собственных нужд электроустановки зависят от вида, мощности силовых тр-ров, предусмотрены или нет синхронные компенсаторы и от класса подключенного электрооборудования.

Рис. №1. Размещение и внешний вид трансформаторов собственных нужд на ПС

Потребители, которые питаются от собственных нужд электроустановки

К нагрузке ТСН относятся: обогреватели релейных шкафов, ячеек приводов силовых выключателей нагрузки, а при использовании постоянного тока зарядных устройств аварийного и действующего освещения.

ТСН обеспечивает действие релейных защит, систем пожаротушения, средств оперативной связи и телемеханики.

К ТСН ПС класса напряжения до 220 кВ с трансформаторами с возможностью к повышенной нагрузке подключена форсированная система охлаждения высоковольтных трансформаторов и потребителей, отвечающих за жизнеспособность электроустановки.

Перечень нагрузки для собственных нужд электроустановок:

Электродвигатели для системы обдува и охлаждения трансформатора.

Обогрев ячеек масляных вакуумных выключателей и шкафов управления с электрическими аппаратами и приборами контроля и измерения.

Сеть освещения электроустановки.

Электропитание приводов коммутирующих устройств.

Таб. №1. Классификация электроприемников СН в зависимости от ответственности и продолжительности работы

Выбор трансформатора собственных нужд

Для выборе трансформаторов, от которых питаются потребители учитывают наличие различных режимов нагрузки подстанции и способность к перегрузке. ТСН выбирается с резервным запасом мощности.

Для повышения надежности все двухтрансформаторные ПС35/750 кВ должны иметь два ТСН, по одному на каждую секцию. Один трансформатор СН возможен только на подстанциях 35/220 кВ с постоянным оперативным током в период монтажа и начала работы. Второй трансформатор присоединяется в процессе работы электроустановки.

При выборе ТСН руководствуются нормами «Технического проектирования подстанций переменного тока с высшим напряжением 35 – 750 кВ», Пункт № 6. 1. Собственные нужды.

Условия расчета мощности ТСН

Мощность ТСН для питания внутренних потребителей рассчитывают в зависимости от подключенной нагрузки с учетом коэффициентов одновременности максимумов нагрузки и коэффициента загрузки по активной мощности:

номинальное напряжение, которое является первичным рабочим напряжением ТСН;

нагрузка во вторичной обмотке;

коэффициенты загрузки и одновременности максимумов нагрузки.

Формула ориентировочной нагрузки ТСН:

Kc – коэффициент одновременности и загрузки, принимаемый как 0,8;

Рнагруз. – активная мощность;

Qустав – реактивная мощность.

Кзагр = Sзагр / nтр x Sтсн коэффициент загрузки должен быть меньше 0,7, что означает возможное беспрепятственное подключение других дополнительных потребителей.

Расчет мощности в зависимости от времени года и ремонтных работ

Сейчас большинство подстанций работают без дежурных, поэтому важное значение в подборе ТСН играет степень загруженности в теплое и холодное время. Например, включение постоянно работающего обогрева.

На выбор ТСН также влияет подключение дополнительного электрического оборудования в периоды ремонтных работ. Это сварочные аппараты, компрессоры, воздуходувки и прочее дополнительное освещение.

Мощность трансформатора без дежурных электриков и с одним тр-ром выбирают как Sm ≥Sрасч

В случае наличия двух трансформаторов и с постоянным обслуживающим персоналом принимается:

где Kn – коэффициент возможной перегрузки трансформатора в аварийном режиме, условно равен 1,4. При отключении одного ТСН, другой должен обеспечить мощность с учетом 40% перегрузки.

В случае наличия двух трансформаторов коэффициент принимается как 2.

Максимальная мощность ТСН не должна превышать 630 кВА. При наличии технико-экономического обоснования ТСН могут иметь мощность до 1000 кВА всего при 8% загруженности.

Мощность ТСН выбирается из возможности покрытия всех действующих потребителей в любых аварийных и ремонтных режимах одним трансформатором. Запаса мощности должно хватить на всю нагрузку.

Подстанции средней мощности до 63 МВА проектируются с расчетом питания защитных цепей, управления и сигнализации, действующих на переменном оперативном токе.

От чего зависит схема подключения ТСН от питающей сети

На способ присоединения ТСН в питающую сеть влияет тип оперативного тока. Если в цепях управления электроустановкой действует постоянный ток, то подключение ТСН производится через предохранители или выключатели нагрузки непосредственно к шинам распредустройства 35 кВ. Иногда, когда распредустройства нет про проекту, присоединение осуществляют прямо к обмоткам низшего напряжения основных трансформаторов.

Рис. №2. Питание ТСН на ПС с цепями управления на постоянном оперативном токе

Если оперативные цепи управления действуют на переменном или выпрямленном токах, то ТСН присоединяют через предохранители к вводам низкого напряжения силовых трансформаторов до высоковольтных выключателей. Это условие обеспечивает запуск подстанции в независимости присутствия напряжения в сети 6 или 10 кВ.

Рис. №3. Питание ТСН на ПС с оперативным переменным и выпрямленным током

Рис. №4. Схема подключения ТСН к вводу НН трансформатора до выключателя отпайкой к силовому трансформатору через защитные плавкие предохранители

Рис. №5. Схема подключения ТСН с одной секционированной системой шин

Классы ТСН для КРУН наружной и КРУ закрытой установки, способы размещения

Для питания потребителей в шкафах КРУ используются сухие ТСН. Подключение производится через воздушный вывод ячейки, где размещаются трансформаторы напряжения или до вводного выключателя КРУ отпайкой от воздушного ввода в КРУ. Использование «сухих» ТСН с естественным воздушным охлаждением и изоляцией без применения масла упрощает обслуживание и уменьшает влияние на окружающую среду.

Для КРУН применяются масляные ТСН. Если выбран ТСН с мощностью более 63 кВА, то он размещается вне КРУ, а устройство коммутации устанавливается внутри КРУ.

На всех двух трансформаторных подстанциях 35 кВ и выше предусмотрены два ТСН.

Особенности эксплуатации ТСН

При проектировании и эксплуатации ТСН должны соблюдаться следующие особенности и условия:

Не допускается подключать от собственных нужд сторонних потребителей.

Питание двух ТСН должно быть от разных источников питания, то есть от двух секций.

При работе ТСН от стороны НН они должны функционировать раздельно от АВР.

Для сети ТСН переменного тока используется питающая сеть напряжением 380/220 В с применением заземленной нейтрали.

Оперативный ток ТСН питается через стабилизаторы U – 220 В.

Для повышения надежности электропитания трансформаторы подключают с использованием изолированной или заземленной нейтрали. Заземленная нейтраль подключается через установленную в нулевую точку катушку индуктивности, компенсирующей емкостной ток при замыкании на землю одной из фаз, протяженных воздушных линий электропередач.

При осмотре ТСН проверяется:

уровень масла в расширительном баке;

отсутствие нагрева контактных соединений, если осмотр происходит зимой, не должно быть видно подтаявшего снега, летом проверка на нагрев производится тепловизором;

отсутствие коронации на шинах;

отсутствие течи масла на изоляторах.

Рис. №6. Уровень масла в расширительном баке ТСН в зимнее время не менее — 45 градусов Цельсия

Рис. №7. Осмотр ТСН зимой, об отсутствие нагрева контактных соединений на изоляторах свидетельствует ровный слой снега на поверхностях, без наледи

Правильный выбор и последующая эксплуатация ТСН обеспечивают бесперебойное питание внутренних потребителей подстанции, которые предназначены для защиты и нормальной работы подстанционного оборудования.

Источник

ТСН: собственные нужды — особые требования

Статья посвящена особой группе трансформаторов, которые обеспечивают надежность работы подстанций — трансформаторам собственных нужд (ТСН). На основе подробного анализа условий функционирования трансформаторов собственных нужд представлены особенности их характеристик, а также выбор параметров и конструктивных схем ТСН.

Назначение трансформаторов собственных нужд

Использование электроэнергии предполагает ее транспортировку, трансформацию и распределение. Последние «процедуры» осуществляются на трансформаторных или распределительных подстанциях (ТРП, РП). Подстанции (ПС) — это комплекс устройств, которые обеспечивают надежность электроснабжения потребителей. Практически все эти устройства работают от электричества. Поэтому каждая ПС имеет свое электрохозяйство, и основным элементом его являются трансформаторы собственных нужд (ТСН).

Состав нагрузок собственных нужд ПС 2 зависит от класса напряжения и мощности основных трансформаторов. Для ПС класса напряжения до 220 кВ к ТСН может подключаться форсированная система охлаждения силовых трансформаторов. Трансформаторы собственных нужд должны обеспечить функционирование систем РЗиА, пожаротушения. От них запитываются обогревающие устройства шкафов и ячеек, зарядные устройства аварийного и штатного освещения. Полный перечень приёмников собственных нужд и их характеристики по ответственности и длительности включения приведены в таблице на рис. 1. Самыми значимыми, наиболее ответственными приемниками СН являются системы управления, автоматические приборы, охранное оборудование, сигнализация, релейная защита, телемеханика. Классификация приёмников собственных нужд приведена на рис. 1а. Мощности приёмников СН приведены в таблицах на рис. 1б-1ж.

Насосы пожаротушения имеют мощность 2 кВт, количество их может составлять от 100 до 250 штук. Мощность отопления насосной станции пожаротушения — 20 кВт. Мощность, потребляемая на освещение может составлять 2,2 кВт. На отопление закрытых РУ при наружной температуре минус 20-40 градусов Цельсия расходуется до 100 кВт, на устройство связи — до 6 кВт, на аварийную сигнализацию до 0,2 кВт.

Как видно из перечня оборудования, снабжаемого электричеством от ТСН, значимость надежности этих трансформаторов крайне высока. Поэтому и расчет мощности, и параметры, и конструктивные особенности ТСН требуют от производителей трансформаторов самого ответственного отношения выпуску данного вида трансформаторного оборудования.

Рис. 1. Характеристики приёмников собственных нужд (СН) Рис. 1а. Классификация приемников собственных нужд по ответственности и по длительности отключения Рис. 1б. Количество и мощность устройств охлаждения силовых трансформаторов 110 кВ (штук*кВт) Рис. 1в. Количество и мощность устройств охлаждения силовых трансформаторов 220-500 кВ (штук*кВт) Рис. 1г. Количество и мощность устройств охлаждения силовых трансформаторов 220-500 кВ (штук*кВт) Рис. 1д. Устройства подогрева выключателей и приводов Рис. 1е. Устройства подогрева шкафов Рис. 1ж. Компрессорное оборудование

Особенности эксплуатации ТСН

Схема присоединения трансформатора собственных нужд (рис. 2) определяется типом оперативного тока (рис. 3 и рис. 4). На рис. 3 ТСН подключен через предохранители к вводам низкого напряжения силового трансформатора до высоковольтных выключателей. На рис. 4 приведена схема включения ТСН при постоянном оперативном токе.

Рис. 2. Трансформаторы собственных нужд (сухие), готовые к отправке Рис. 3. Схема подключения ТСН на ПС с переменным оперативным током Рис. 4strong>. Схема подключения ТСН на ПС с постоянным оперативным током

—В связи с необходимостью обеспечить максимально высокую надежность работы ПС, при эксплуатации трансформаторов собственных нужд, во-первых: они запитываются от разных секций (если их два); во-вторых: никаких приемников, кроме собственных нужд к ТСН не может быть подключено; в-третьих: ТСН должны работать независимо от АВР. Также для большей надежности работы ПС ТСН подключается с применением нейтрали (заземленной или изолированной). В линию нейтрали устанавливается катушка индуктивности, которая необходима для компенсации емкостного тока при фазном замыкании на землю.

Особенности выбора количества мощности ТСН

Трансформаторные подстанции 35-750 кВ являются двухтрансформаторными, и для обеспечения высокой надежности электроснабжения должны иметь два ТСН. Мощности потребителей собственных нужд ПС различных мощностей с различными силовыми трансформаторами были приведены выше.

Ориентировочно, нагрузку ТСН можно рассчитать по формуле:

• Активная и реактивные мощности СН Р_уст и Q_уст известны
• k_c — коэффициент одновременности нагрузки (равен 0,8)

При этом коэффициент загрузки должен быть менее 0,7, чтобы можно было подключать дополнительных потребителей. Также необходимо учитывать время года. Поэтому расчетная нагрузка принимается по зимнему времени года. Также необходимо учитывать перегрузку ТСН в аварийном режиме. Коэффициент перегрузки равен 1,4. Мощность трансформатора собственных нужд должна перекрывать всех потребителей СН. Но, как правило, она не может превышать 630 кВА.

Конструктивные особенности ТСН

Для электропитания СН в КРУ применяются сухие трансформаторы. Это обеспечивает более простое обслуживание. В случае КРУН выбирают масляные трансформаторы, так как в случае категории размещения 1 ГОСТ запрещает использовать сухие трансформаторы. ТСН, как правило, имеют небольшие мощности. Но при мощности ТСН более 63 кВА, он размещается вне ячейки КРУ.

Особое значение для трансформаторов собственных нужд имеет схема соединения обмоток. Подробно этот вопрос рассматривается в статьях [4, 5]. На конкретных расчетах показано, что схема соединения обмоток Y/Yн-0 совершенно не обеспечивает защиту трансформатора. Кроме того, при однофазном коротком замыкании фазные напряжения в неповрежденных фазах могут повышаться в 1,5-1,6 раза, что неизбежно приведет к выходу из строя аппаратуры потребителей из-за перенапряжения.

Заключение

Особая ответственность ТСН в гарантировании надежного электроснабжения определяет и особые требования к ним при их проектировании, и также необходимость высокого качества их изготовления. При этом, по мнению авторов статей [4, 5], необходима корректировка основных нормативных документов по проектированию подстанций. С учетом современного тренда цифровизации, конструкция ТСН безусловно требует коренной инновационной переработки. ТСН должен стать «умным» трансформатором.

Автор статьи выражает искреннюю благодарность ГК «Трансформер» за предоставленные материалы (технические и другие данные).

Список литературы

1. Герасименко А. А., Федин В. Т. «Передача и распределение электрической энергии». — Красноярск. — Издательские проекты. — 2006. — 720 с.
2. «ТСН (трансформатор собственных нужд ка средств жизнеобеспечения электроустановки». [Электронный ресурс]. Дата обращения 28.01.2021).
3. «Приемники собственных нужд ПС». [Электронный ресурс]. Дата обращения 28.01.2021.
4. Фишман В. С., Федоровская А. И. «Силовые трансформаторы 6(10)/0,4 кВ. Особенности применения различных схем соединения обмоток» [Электронный ресурс]. Дата обращения 28.01.2021.
5. Фишман В. С. «Система питания собственных нужд подстанций 110-220 кВ. Ошибочные и нерациональные решения, дискуссионные вопросы». [Электронный ресурс]. Дата обращения 28.01.2021.

Автор: кандидат технических наук, независимый эксперт Юрий Михайлович Савинцев

Источник