Для чего нужен трансформатор собственных нужд на подстанции
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 3 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:
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
Автор: кандидат технических наук, независимый эксперт Юрий Михайлович Савинцев
Трансформаторы собственных нужд: требования, особенности
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).
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. 4. 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 кВ – 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 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.
Выражаю искреннюю благодарность ГК «Трансформер» за предоставленные материалы (фотографии, технические и другие данные).
Автор статьи: Ю.М. Савинцев, к.т.н., независимый эксперт
По любым вопросам можно связаться с автором по адресу:
direktor@rus-trans.com
© 2021 Все права защищены.
Политика конфиденциальности
Информация, размещенная на сайте не является офертой.
Для чего нужен трансформатор собственных нужд(ТСН)
Для обеспечения функционирования электрических подстанций необходимо соответствующее оборудование. В числе прочих для этих целей используется трансформатор собственных нужд. Рассмотрим область назначения указанного устройства, особенности его подключения и другие сведения, относящиеся к правилам его эксплуатации.
ТСН
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:
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.
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.
Выбор ТСН
Мощность рабочих ТСН определяется по перетокам мощности на собственные нужды.
Пример перетоков мощности
Условия выбора рабочего ТСН:
Выбор ТСН для подстанции:
Пример выбора трансформатора связи для ТЭЦ
Подробнее про выбор ТСН можете найти в учебнике со страницы 367(нужно немного подождать до полной загрузки книги): Открыть книгу
Каталог
В книге можно посмотреть каталог видов тр-ров которые используются в качестве ТСН(со страницы 114 идет описание и расшифровка, таблица с устройствами со страницы 120) : Открыть книгу
Виды защит ТСН
Безопасность эксплуатации трансформаторов собственных нужд обеспечивается использованием следующих видов защиты:
При правильном выборе и подключении ТСН, регулярных проверках и осмотрах, обеспечивается эксплуатация оборудования электроподстанции.
Эксплуатация трансформаторов
Эксплуатация ТСН отличается следующими особенностями, учитываемыми изначально при проектировании агрегатов:
Чтобы повысить надёжность подачи энергии, для подключения трансформаторов используют изолированную или заземлённую нейтраль. При подключении заземлённой применяется катушка индуктивности, компенсирующая токовые характеристики в случае замыкания одного из фазных проводов на землю.
Должны регулярно проводиться осмотры ТСН техническим персоналом и ответственными лицами, с контролем:
Зимой масло в расширительном баке не должно нагреваться выше 45°С.
Собственные нужды подстанций, потребители, классификация
На электростанциях и подстанциях 35-220 кВ и более для питания электроэнергией вспомогательных приборов, агрегатов и прочих потребителей собственных нужд (с. н.) используют разветвленные системы электрических соединений. Они обеспечивают нормальное функционирование 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.
Потребители собственных нужд (СН) подстанций
Состав электроприемников СН определяется исходя из типа подстанции, мощности устройств, используемого топлива и пр.
В общем случае к потребителям собственных нужд относят:
— системы и механизмы охлаждения силовых трансформаторов (автотрансформаторов);
— приспособления, необходимые для регулирования напряжения силового трансформатора под нагрузкой;
— оперативные цепи выпрямленного постоянного, переменного тока;
— зарядные, подзарядные агрегаты для аккумуляторных батарей;
— устройства связи, сигнализации и телемеханики;
— все виды освещения: аварийное, наружное, внутреннее, охранное;
— узлы и детали систем смазки подшипников СК;
— насосные агрегаты, обеспечивающие работу систем пожаротушения, технического и хозяйственного водоснабжения;
— системы автоматики и компрессии воздушных выключателей;
— установки электроподогрева помещений выключателей, аккумуляторных батарей, ресиверов и прочих устройств;
— механизмы систем вентиляции, бойлерные и пр.
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.
Схемные решения при подключении ТСН на подстанциях
К обустройств систем электроснабжения С.Н. подстанций применяются довольно серьезные требования. Предусматриваются схемные решения, повышающие надежность работы таких систем:
— монтаж не менее 2-х трансформаторов СН, установленной мощностью не менее 560, 630 кВА;
— секционирование шин собственных нужд секционными выключателями 0,4 кВ;
— устройств автоматики: автоматического ввода резерва (АВР) на секционном выключателе;
— резервирование систем с.н. со стороны высшего напряжения и пр.
Для увеличения надежности, равномерной загрузки ТСН, потребители, обеспечивающие работу основного оборудования электростанций (охлаждение трансформаторов, работа компрессора, подогрев выключателей и пр.), подключаются к разным системам шин.
Компоновка подстанции может предусматривать установку одного либо нескольких щитов СН 380/220 кВ. Электропитание приемников 1-й категории производится по радиальным схемам, 2-й и 3-й – по магистральным. Более сложные электрических соединений применяются на подстанциях 500 кВ и выше. Это объясняется тем, что на ОРУ в служебных помещениях вместе с механизмами возбуждения СК, щитами РЗ СК, AT, устанавливаются и щиты с. н., с которых осуществляется управление фидерами 0,4 кВ, коммутирующие эти объекты.
Расход электроэнергии на С. Н. подстанций фиксируется счетчиками, установленными на присоединениях к ТСН.
Пример расчета мощности собственных нужд можно посмотреть в этой статье. Здесь указана таблица нагрузок потребителей собственных нужд и формулы для расчета.