Для чего нужен трансформатор собственных нужд

Сухие силовые трансформаторы для собственных нужд электростанций и других объектов

Трансформаторы для собственных нужд электростанций могут быть изготовлены на первичное напряжение от 6 до 35 кВ. Дополнительная особенность, которая учитывается при проектировании трансформаторов собственных нужд — повышенная стойкость к токам короткого замыкания.

Конструкция

Конструкция

Магнитопровод

• Используется рулонная анизотропная электротехническая сталь с низкими удельными потерями;
• Сборка листов стали осуществляется с полным косым стыком по технологии «Step-lap».

Обмотки

• Технология изготовления обмоток позволяет стабилизировать размеры обмоток в течение всего срока эксплуатации;
• Использование транспонированного провода позволяет повысить высокую электродинамическую стойкость обмоток трансформатора при коротком замыкании и снизить добавочные потери в обмотках.

Активная часть

• Конструкция активной части позволяет снизить добавочные потери в ее металлоконструкциях в 1,5 раза.

Благодаря системе контрольной сборки демонтированных узлов металлоконструкций с маркировкой деталей исключаются конструкторские ошибки и облегчается монтаж трансформаторов.

Технические данные

Технические данные

Технические параметры представлены в таблице:

Параметры	Значение
Типовая мощность, кВА	16 — 25 000
Номинальное высшее напряжение (обмотка ВН), кВ	3,15; 6; 6,3; 10; 10,5; 13,8; 15,75; 20; 35
Регулирование высокого напряжения (вид переключения, диапазон и число ступеней регулирования)	ПБВ± 2 х 2,5%; РПН ± 4 х 2,5%
Номинальное низшее напряжение (обмотка НН), кВ	0,23; 0,4; 0,69; 6; 6,3; 10; 10,5
Частота, Гц	50; 60
Схема и группа соединения обмоток	D/Ун — 11; У/Ун — 0
Класс нагревостойкости (по ГОСТ Р 52719-2007)	F
Климатическое исполнение (по ГОСТ 15150-69)	любое
Степень защиты (по ГОСТ 14254-96)	IР00 — IР54
Сейсмичность района установки по шкале МSК-64	до 9 баллов
Гарантийный срок эксплуатации	3 года и более
Срок службы	30 лет и более

Сервис

Сервисно-монтажная служба организовывает и производит:

1. Шефмонтаж (техническое руководство и надзор по монтажу);
2. Сервисное обслуживание установленных трансформаторов;
3. Рекомендации по установке;
4. Гарантийное обслуживание, в том числе, гарантийный ремонт;
5. Страхование доставки оборудования.

Трансформатор собственных нужд

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.

Потребители Т.С.Н.

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.

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.

Схемы подключения трансформаторов СН

При выборе схем электрических соединений собственных нужд подстанций предусматриваются меры, повышающие их надежность: установка на подстанции не менее двух трансформаторов собственных нужд (обычно не больше 560 или 630 кВ·А), секционирование шин собственных нужд. Применение автоматического ввода резерва (АВР) на секционном выключателе, резервирование со стороны высшего напряжения (с. н.) и др.

На рис. 1. показаны схемы собственных нужд подстанций, применяемые в зависимости от вида оперативного тока. Оперативный ток используется для питания цепей сигнализации, защиты, управления и автоматики. Применяют три вида оперативного тока: переменный — на под­станциях с упрощенными схемами, выпрямленный и постоянный — на станциях и подстанциях, имеющих стационарные аккумуляторные установки.

При переменном и выпрямленном токе рекомендуется схема (рис. 1, а), согласно которой предусматривается непосредственное подключение трансформаторов собственных нужд к обмоткам низшего напряжения главных трансформаторов (автотрансформаторов).

Такое подключение обеспечивает питание сети оперативного тока и производство операций выключателями при отключении шин 6–10 кВ. При постоянном оперативном токе наибольшее распространение имеет схема, показанная на рис. 1, б, когда трансформаторы с. н. непосредственно подключаются к шинам 6– 10 кВ.

На подстанциях 110 кВ и мощных подстанциях 35 кВ нормально устанавливают два трансформатора собственных нужд, присоединяя их к шинам вторичного напряжения 6–10 кВ подстанции.

На рисунке 3 показано присоединение рабочего (резервного) трансформаторов собственных нужд, из которых один нормально находится в работе.

Мощность, потребляемая на собственные нужды подстанций, обычно не превышает 50 – 200 кВт. Наиболее ответственными механизмами собственных нужд подстанций на переменном токе являются вентиляторы искусственного охлаждения мощных трансформаторов. Все остальные ответственные потребители собственных нужд подстанции постоянно питаются от аккумуляторных батарей или резервируются от них. На подстанциях с установленными электромагнитными приводами на стороне высшего напряжения и при отсутствии аккумуляторной батареи устанавливается трансформатор на питающей линии (рис.4).

На сравнительно небольших понижающих подстанциях 35 кВ с вторичным напряжением 6 – 10 кВ для питания собственных нужд устанавливают, один трансформатор с вторичным напряжением 380/220. В случае необходимости резервирование питания может осуществляться от ближайшей городской или заводской сети, с напряжением которой и должно быть согласовано вторичное напряжение трансформатора собственных нужд.

Дифференциальная защита трансформаторов собственных нужд

Дифференциальная защита трансформаторов собственных нужд с группой соединения обмоток Y / Y-12 или А / А-12 выполняется с трансформаторами тока, установленными на обеих сторонах трансформатора на фазах А и С, так как эти трансформаторы питаются от сети с изолированной нейтралью, в которых возможны только междуфазные короткие замыкания.

Дифференциальная защита трансформатора собственных нужд не должна действовать при коротких замыканиях на шинах собственных нужд, а также при включении трансформатора под напряжение.

Это обеспечивается правильностью выполнения схемы защиты и соответствующим выбором ее тока срабатывания.

Дифференциальная защита трансформаторов собственных нуждможет выполняться двухфазной. В тех случаях, когда в целях увеличения чувствительности защита выполняется трехрелейной, ток третьей фазы ( В) получается как геометрическая сумма с обратным знаком токов двух других фаз ( А и С), в которых установлены трансформаторы тока.

Трансформаторы напряжения и трансформаторы собственных нужд нельзя самостоятельно использовать в качестве источников питания оперативных цепей защиты, поскольку при возникновении коротких замыканий могут иметь место значительные понижения напряжения. Исключение могут составлять газовая защита трансформатора и защита от замыкания на землю в сетях с малыми токами замыкания на землю, которые действуют при повреждениях, не сопровождающихся снижением междуфазного напряжения в системе.

Трансформаторы напряжения — и трансформаторы собственных нужд можно использовать как надежные источники оперативного тока в схемах автоматики, поскольку на включение выключателей, как правило, автоматика действует при наличии напряжения на шинах. Что касается релейной защиты, то основным источником ее оперативного переменного тока являются трансформаторы тока.

При коротких замыканиях оперативным током защиты является ток короткого замыкания, проходящий по вторичной обмотке трансформатора тока.

На подстанциях устанавливаются трансформаторы собственных нужд ТМ-100 / 35, при необходимости могут быть установлены линейные регулировочные трансформаторы JITM-D / 6 ( 10) и однофазные масляные заземляющие дугогасительные реакторы РЗДСОМ.

При применении КРУН трансформаторы собственных нужд подстанции обычно размещаются в одной из его камер.

Сопротивление короткого замыкания трансформаторов собственных нужд должно применяться минимальным для того, чтобы избежать глубоких посадок напряжения при пуске мощных двигателей питательных насосов и вентиляторов, а также возбудителя, который может иметь пусковой ток порядка 15-кратного от тока при полной нагрузке.

Напряжение вторичной обмотки трансформатора собственных нужд зависит от мощности приемников, их удаленности от здания станции и места установки ТСН.

Для трансформаторов С,Н, применяют трансформаторы ТДНС , ТРДНС .

Для чего нужен трансформатор собственных нужд

• Главная
• Продукция
• Оборудование модульное
• Оборудование модульное специальное

Модули трансформаторов собственных нужд

Технические характеристики

Габаритные размеры модулей, (длина х глубина х высота), мм, не более

Масса модуля, кг, не более

• при установке одного трансформатора
• при установке двух трансформаторов

*Примечание — Изготовление по специальному заказу, при предварительном согласовании с предприятием-изготовителем.

Описание

Модули трансформаторов собственных нужд предназначены для размещения трансформаторов мощностью до 630 кВ∙А, обеспечивающих питание переменным током следующего оборудования:

• собственных нужд переменного тока;
• распределительных устройств линий автоблокировки;
• низковольтных комплектных устройств переменного тока.

Область применения модулей трансформаторов собственных нужд – тяговые подстанции, трансформаторные подстанции и линейные устройства тягового электроснабжения железных дорог.

Модули трансформаторов собственных нужд изготавливаются в двух конструктивных вариантах:

• при установке одного трансформатора мощностью до 630 кВ∙А;
• при установке двух трансформаторов каждый мощностью до 630 кВ∙А.

Состав модулей трансформаторов собственных нужд:

• здание мобильное контейнерного типа системы «КМУ»;
• силовые трансформаторы в защитной оболочке (кожухе).
• шкаф распределительный собственных нужд.

Модули трансформаторов собственных нужд устанавливаются на основание в виде рельсошпальной решетки, на бетонный ленточный фундамент или сейсмостойкий фундамент.

Модули трансформаторов собственных нужд оснащены:

• системой отопления;
• системой освещения, в том числе аварийного;
• датчиками пожарной сигнализации;
• датчиками охранной сигнализации.

Базовый состав модулей трансформаторов собственных нужд:

Один или два трансформатора, сухие, мощностью до 630 кВА

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).

Состав нагрузок собственных нужд ПС [1 — 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. 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

1. Герасименко А.А., Федин В.Т. Передача и распределение электрической энергии. – Красноярск. – Издательские проекты. – 2006. – 720с.
2. ТСН‌ (трансформатор‌ собственных‌ нужд)‌ как‌ средство‌ жизнеобеспечения‌ электроустановки‌. [Электронный ресурс]. URL: https://www.kesch.ru/info/articles/tsn-transformator-sobstvennykh-nuzhd-kak-sredstvo-zhizneobespecheniya-elektroustanovki-/ (Дата обращения 28.01.2021).
3. Приемники собственных нужд ПС. [Электронный ресурс]. URL: https://infopedia.su/15x5cd9.html (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]. URL: http://news.elteh.ru/arh/2009/60/07.php (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]. URL: http://news.elteh.ru/arh/2011/70/05.php (Дата обращения 28.01.2021)

© 2024 Все права защищены.
Политика конфиденциальности
Информация, размещенная на сайте не является офертой.