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:

1. Электродвигатели для системы обдува и охлаждения трансформатора.

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

3. Системы пожаротушения.

4. Устройства обогрева.

5. Сеть освещения электроустановки. 

6. 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:

Где: 

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:

Sm ≥Sрасч/Kn;

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. 

Формула Sm ≥Sрасч/n;

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:

1. Не допускается подключать от собственных нужд сторонних потребителей.

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

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

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

5. 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.