Для чего нужен тсн на подстанциях

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.

Источник

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.

Значит, S расчет = S зим

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. №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

Для чего нужен трансформатор собственных нужд ТСН?

На подстанциях линий электроснабжения работает множество единиц обслуживающего оборудования. Для таких потребителей применяется трансформатор собственных нужд (ТСН). Агрегат стабилизирует работу подобных установок на различных категориях объектов. Этот тип трансформаторных приборов понижает напряжение для правильного функционирования потребителей. Какой принцип действия положен в основу представленного оборудования, что это такое, а также его назначение будут рассмотрены далее.

Область применения

Трансформаторы собственных нужд характеризуются особенной областью назначения. В список входит ряд устройств электростанций. Потребителями тока определенной мощности могут быть:

Наиболее важными устройствами, которые питаются электричеством от трансформаторов собственных нужд, являются аппаратура систем управления, релейная защита, охранное оборудование, сигнализация, телемеханика и автоматические приборы. От них зависит полноценная работа установок. При кратковременном их отключении возможна частичное или полное прекращение подачи электроэнергии по линиям.

Существуют схемы питания, потребители в которой не влияют на работу подстанции. Действие этого оборудования второстепенное. Это неответственные приборы. Нет нужды питать их трансформаторами собственных нужд постоянно.

Принципы организации подачи электроэнергии на подстанциях схожи. Однако категории потребителей могут быть различными в зависимости от разновидности объекта. На обычных подстанциях применяются агрегаты мощностью 6 (10) кВ. Тяговые подстанции запитаны от оборудования с номиналом 27,5 кВ. Если по линиям подстанции передается постоянное напряжение, шины оборудования имеют мощность 35 кВ.

Особенности

Сумма мощностей обслуживающего оборудования подстанции невелика. Поэтому подобные агрегаты подсоединяются с низкой стороны к понижающему трансформатору. Количество представленного оборудования зависит от особенностей подстанции. Если здесь установлено два основных трансформатора, потребуется применять в таких условиях 2 ТСН. Нужда в необходимом количестве, мощности определяется в соответствии с нагрузкой подстанции, включая возможные перегрузки.

Если на подобной подстанции имеется множество единиц ответственных приборов, устанавливается сразу 3 ТСН. Каждым трансформатором в совокупности обеспечивается стабильная работа объекта. Чаще для таких условий эксплуатации применяется оборудование 10/0,4 кВ. Их граничная мощность может составлять до 1600 кВа.

Расчет мощности

Мощность ТСН, которые будут применяться на подстанции, можно рассчитать по определенной формуле. При этом учитывают тип обслуживания объекта. В первой ситуации расчет производится для подстанции, где не предусмотрено постоянное дежурство персонала. Если применяется один ТСН, мощность трансформатора должна быть следующей:

Мт ≥ Мрасч

При установке двух ТСН на объекте с круглосуточным дежурством в делитель добавляется величина Кап – коэффициент максимально допустимой аварийной перегрузки. Обычно он составляет 1,4. Формула с таким делителем будет иметь вид:

Мт ≥ Мрасч/Кап

На подстанции может применяться более двух ТСН. В этом случае делителем будет величина предельной аварийной нагрузки – П. В этом случае расчет будет таким:

Мт ≥ Мрасч/П

Представленным действием становится возможным установить требуемую мощность агрегатов. Приведенными выше делителями становится возможным вычислить потребность объекта в трансформаторных установках. Мощность каждого из ТСН не должна превышать 630 кВА.

Схемы подключения

При введении в эксплуатацию, подключении оборудования, применяются жесткие нормы и требования. Такой подход повышает надежность оборудования, препятствует нарушению изоляции трансформаторов вследствие перегрева.

Сеть с напряжением 6-10 кВ требует применения нейтрали. Она может быть покрыта изоляцией или заземляется через катушку, гасящую дугу. Линии электропередач имеют большую протяженность, характеризуются высокими емкостными показателями. Кабель выступает в роли конденсатора. При появлении в линии однофазного замыкания в месте повреждения определяется ток на землю в количестве сотен ампер. Изоляция здесь быстро разрушается. Это приводит к появлению двух- и трехфазного замыкания. Поэтому сети с емкостным кабелем при возникновении аварийной ситуации полностью прекращают снабжение электричеством потребителей.

Видео: Осмотр трансформатора собственных нужд, тип ТМ-400/10-01-У1

Чтобы предотвратить подобное неблагоприятное явление, в сети в нулевую точку устанавливается заземляющая катушка индуктивности. Эта деталь компенсирует емкостный ток заземляющего замыкания.

Рассмотрев особенности работы и выбора трансформаторов собственных нужд, можно определить потребность приборов и систем подстанции в представленном оборудовании.

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 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

Источник