Замена трансформаторов собственных нужд

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 1 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

2.5. РАСХОД ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ НА СОБСТВЕННЫЕ НУЖДЫ ЭЛЕКТРОСТАНЦИЙ И ПОДСТАНЦИЙ

Трансформатор собственных нужд (Т.С.Н.) назначение в обеспечении нормальное функционирования подстанций, гарантируя бесперебойное электроснабжение ответственных потребителей оперативным переменным, постоянным током. Обесточенные устройств С. Н. может привести к полному погашению подстанции, либо стать причиной развития серьезных проблем в будущем при её восстановлении, вводе в работу.

На электростанциях и подстанциях 35-220 кВ и более для питания электроэнергией вспомогательных приборов, агрегатов и прочих потребителей собственных нужд используют разветвленные системы электрических соединений.

Что такое трансформатор собственных нужд, область применения

Трансформатором собственных нужд (ТСН) называют устройство, применяющийся для стабилизации установок, размещённых на электроподстанции, и для понижения характеристик напряжения с целью обеспечения функционирования оборудования на объекте.

ТСН используются для подачи напряжения для следующих потребителей электрических подстанций:

• электродвигателей систем охлаждения;
• обогревающих устройств включателей масляных систем, распределительных шкафов, включая периферическое оборудование;
• устройств, контролирующих состояние изоляции;
• осветительных, отопительных и прочих приборов и систем наружного и внутреннего действия;
• регуляторов силовых комплексов, находящихся под напряжением;
• зарядных агрегатов и ёмкостных аккумуляторов;
• систем подшипниковой смазки;
• водородных установок, применяющихся для собственных нужд;
• систем автоматики и компрессоров;
• вентилирующих устройств, водонагревателей.

В число наиболее ответственных элементов, питаемых указанными устройствами, входят аппараты управляющих систем, средства релейной защиты, сигнализации, телеметрии и автоматики. Данное оборудование определяет полноценное функционирование объектов. Даже кратковременный сбой грозит частичным или полным прекращением передачи электрической энергии по ЛЭП.

Потребители ТСН

Основные потребители трансформатора собственных нужд:

1. оперативные цепи переменного и выпрямленного тока,
2. система охлаждения трансформаторов (автотрансформаторов),
3. устройства регулирования напряжения под нагрузкой (РПН),
4. система охлаждения и смазки подшипников синхронных компенсаторов (СК),
5. водородные установки,
6. зарядные и под зарядные агрегаты аккумуляторных батарей,
7. освещение (аварийное, внутреннее, наружное, охранное),
8. устройства связи и телемеханики,
9. устройства системы управления, релейной защиты, сигнализации, автоматики и телемеханики.
10. насосные установки (пожаротушения, хозяйственные, технического водоснабжения),
11. компрессорные установки и их автоматика для воздушных выключателей и других целей,
12. устройства электроподогрева помещений аккумуляторных батарей, выключателей, разъединителей и их приводов, ресиверов, КРУН, различных шкафов наружной установки,
13. бойлерная, дистилляторы, вентиляция и др.

схема подключения потребителей подстанции

Мощность трансформаторов собственных нужд

Обычно суммарная мощность потребителей С.Н. мала, поэтому они подключаются к понижающим трансформаторам с низкой стороны 380/220 В. На двухтрансформаторных подстанциях 35-220 кВ устанавливают 2 рабочих ТСН,номинальная мощность которых выбирается исходя из нагрузки, при учете допустимых перегрузок.

Для наиболее ответственных потребителей размещают и 3 трансформатора С.Н.

Граничная мощность ТСН напряжением 3 – 10/0,4 кВ может быть 1000 -1600 кВа при напряжении. Граничная мощность ограничивается коммутационной возможностью автоматов 0,4 кВ.

Место подключения трансформаторов собственных нужд и их количество в общем случае определяются схемой электрических соединений подстанций, числом и мощностью установленных силовых трансформаторов и режимом их работы, количеством питающих линий и другими факторами, вытекающими из конкретных условий работы подстанции.

Из двух трансформаторов собственных нужд работает только один, другой находится в резерве, причем его включение, как правило, автоматизировано. Количество преобразовательных агрегатов на тяговых подстанциях при сосредоточенной системе питания колеблется ( в зависимости от размеров движения поездов) в пределах от трех до шести, из которых один агрегат является резервным.

Повреждение трансформатора собственных нужд также вызывает перерыв в работе на время, необходимое для отсоединения поврежденного трансформатора и восстановления работы системы собственных нужд через резервный трансформатор.

Принцип действия

Принцип действия трансформаторов собственных нужд сходен с остальными разновидностями данных устройств. ТСН состоит из первичной и вторичной обмоток, магнитопровода.

Ток подаётся на первичную обмотку, на выходе, благодаря магнитному потоку, характеристики преобразуются, с получением параметров, зависящих от разницы количества витков на входе и выходе.

Принцип работы трансформатора

В зависимости от назначения прибора, чаще всего на выходе выполнено несколько обмоток с разными характеристиками для возможности одновременного подключения нескольких потребителей.

Также читайте: Технические характеристики провода – ПВ-3

Собственные нужды подстанций, общие требования

На всех двух трансформаторных (подстанциях) ПС 35, 110 (150) кВ необходимо устанавливать не менее двух трансформаторов собственных нужд.

Схема собственных нужд ПС должна предусматривать присоединение трансформаторов собственных нужд к разным независимым источникам питания (вводам разных трансформаторов, различным секциям РУ и др.).

На подстанциях, в распределительных пунктах, в системах собственных нужд должны применяться силовые трансформаторы со схемой соединения обмоток Δ/Yн или Y/Zн (допустимо использование схемы соединения обмоток силовых трансформаторов Y/Yн при наличии соответствующего обоснования, например, замена вышедшего из строя трансформатора на двух трансформаторной ТП). На стороне низкого напряжения НН трансформаторы собственных нужд должны работать раздельно с автоматическим включением резерва АВР.

На двух трансформаторных ПС 110 (150) кВ в начальный период их работы с одним трансформатором нужно устанавливать два трансформатора собственных нужд с питанием одного из них от сети другой с ПС с АВР. Это питание в дальнейшем допускается сохранять. На двух трансформаторных ПС в начальный период их работы с одним трансформатором в районе, где второй трансформатор собственных нужд невозможно запитать от сети другой ПС, допустимо устанавливать один рабочий трансформатор собственных нужд, при этом второй трансформатор должен быть смонтирован и включен в схему ПС. На двух трансформаторных ПС 35, 110 (150) кВ в начальный период их работы с одним трансформатором с постоянным оперативным током при отсутствии на них воздушных выключателей и принудительной системы охлаждения трансформаторов допускается устанавливать один трансформатор собственных нужд. В этом случае второй трансформатор СН должен быть смонтирован и включен в схему ПС.

К распределительному устройству РУ 6 – 35 кВ ТСН следует присоединять через выключатель. На ПС с постоянным оперативным током трансформаторы СН допускается присоединять к шинам 6 – 35 кВ через предохранители (для ТСН не более 250 кВ•А).

На подстанциях с постоянным оперативным током трансформаторы собственных нужд должны присоединяться через предохранители или выключатели к шинам РУ 6 – 35 кВ, а при отсутствии этих РУ – к обмоткам НН основных трансформаторов. На ПС с переменным и выпрямленным оперативным током трансформаторы СН должны присоединяться через предохранители (иметь защиту) на участке между вводами НН основного трансформатора и его выключателем. В случае когда питания оперативных цепей переменного тока или выпрямленного тока от трансформаторов напряжения, присоединенных к питающим воздушным линиям ВЛ, трансформаторы собственных нужд допускается присоединять к шинам НН ПС. При питании оперативных цепей переменного тока от трансформаторов собственных нужд последние следует присоединять к воздушной линии ВЛ, питающим ПС.

Для собственных нужд СН ПС 6 – 110 (150) кВ принимается двух трансформаторная схема СН с неявным резервированием. На ПС без постоянного дежурства в максимальном режиме каждый из трансформаторов СН загружается не более 50% от номинальной мощности.

Мощность трансформаторов собственных нужд, питающих шины 0,4 кВ, должны выбирать в соответствии с нагрузками в разных режимах работы ПС с учетом коэффициентов одновременности их загрузки, а также перегрузочной способности трансформатора. Мощность каждого трансформатора собственных нужд с НН 0,4 кВ должна быть не более 630 кВ•А для подстанций ПС 110 (150) кВ. Увеличение количества или единичной мощности ТСН допускается при соответствующем технико-экономическом обосновании.

Расчет нагрузок выполняется для летнего и зимнего периодов работы оборудования. Расчет электропотребителей напряжением до 1 кВ производится для каждого узла питания (распределительного пункта, шкафа, сборки, распределительного шинопровода, щит станции управления, троллея, магистрального шинопровода, цеховой трансформаторной подстанции и др.), а также по цеху, корпусу в целом. При включении однофазного электропотребителя на фазное напряжение он учитывается как эквивалентный трехфазный электропотребитель с номинальной мощностью, равной тройному значению мощности однофазного электропотребителя. При наличии группы однофазных электроприемников, которые должны быть распределены по фазам с неравномерностью, номинальная мощность эквивалентной группы трехфазных электроприемников принимается равной тройному значению мощности наиболее загруженной фазы.

Питание сторонних потребителей от сети СН не допускается.

Требования по обеспечению безопасности, защите от отклонений напряжения и электромагнитных помех для низковольтных электроустановок системы собственных нужд принимаются по ГОСТ Р 50571-4-44.

Похожие записи

• Общие требования при проектировании пунктов транспозиции
• Общие требования эксплуатации распределительных устройств
• Электроснабжение собственных нужд, подстанций, РП
• Распределительные устройства трансформаторных подстанций
• Общие требования норм технологического проектирования
• Организационные требования по эксплуатации подстанций

Выбор ТСН

Мощность рабочих ТСН определяется по перетокам мощности на собственные нужды.

Пример перетоков мощности

Условия выбора рабочего ТСН:

• Uвн ≥ Uуст
• Uнн ≥ Uуст,
• Sнт ≥ Sрасч(на схема 9,1, т.е. нужно выбрать тсн мощность больше 9,1 МВА).

Источник