Трансформатор собственных нужд (ТСН) — это силовой трансформатор, предназначенный для питания вспомогательных устройств переменного тока, обеспечивающих работу подстанции.
Как рассчитать мощность ТСН для всего многообразия подстанций, существует ли универсальный способ для этого, а также на что необходимо обратить внимание при выборе ТСН, читайте в этой статье.
СОДЕРЖАНИЕ:
1. Общие требования
Питание потребителей собственных нужд ПС должно осуществляться от двух независимых источников (для ПС 330 кВ и выше — от трёх источников). В качестве основных источников, как правило, выступают ТСН, в качестве дополнительного — дизель-генератор или внешняя сеть.
ТСН могут подключаться к шинам РУ низшего напряжения (чаще всего — РУ 10 кВ) через выключатель, располагаться между силовым трансформатором и этим РУ или стоять на вводе подстанции с защитой предохранителями (например, ТСН 35/0,4 кВ на ПС 35 кВ). Схема работы в паре организуется по принципу неявного резерва, то есть раздельно, с АВР.
2. Как рассчитывается мощность ТСН
Мощность ТСН определяется суммарной мощностью всех потребителей
SΣ = √(PΣ2 + QΣ2)
Для ПС без обслуживающего персонала в нормальном режиме допускается загружать ТСН не более чем на 50% согласно СТО Россетей [1] и [2]
SΣ ≤ 0,5Sном
Для обслуживаемых ПС этот показатель не нормируется, но при определении оптимальной загрузки трансформатора следует ориентироваться на рекомендации производителей и возможную перегрузку в послеаварийном режиме. В данном случае мы рекомендуем принимать 65%
SΣ = 0,65Sном
Активная нагрузка отдельного потребителя определяется выражением
P = PустnKс/η
Его реактивная нагрузка
Q = Ptgφ
Коэффициент спроса Kс для разного рода нагрузки ПС можно найти в Приложении А⎘ СТО [3].
3. Расчёт мощности ТСН
Допустим, мы имеем современную подстанцию 110/10 кВ без постоянного обслуживающего персонала. Схема ОРУ № 110-9, с 4 транзитными линиями. Высоковольтные выключатели — элегазовые баковые.
| Наименование потребителя |
Pуст, кВт |
n | η | cosφ | tgφ | Расчётная нагрузка | |||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Летом | Зимой | ||||||||||
| Kс |
Pл, кВт |
Qл, кВАр |
Kс |
Pз, кВт |
Qз, кВАр |
||||||
| Силовые трансформаторы и реакторы | |||||||||||
| Вентиляторы охлаждения трансформаторов |
0.85 | 0.85 | 0.62 | 1.0 | 7.06 | 4.38 | 0.70 | 4.94 | 3.06 | ||
| РПН трансформаторов | 0.78 | 0.80 | 0.75 | 0.30 | 1.15 | 0.86 | 0.30 | 1.15 | 0.86 | ||
| Насос системы охлаждения типа ДЦ |
0.78 | 0.80 | 0.75 | 1.0 | 0.00 | 0.00 | 1.0 | 0.00 | 0.00 | ||
| Охлаждение ШР | 0.85 | 0.85 | 0.62 | 1.0 | 0.00 | 0.00 | 0.70 | 0.00 | 0.00 | ||
| Обогрев ШАОТ | 0.98 | 0.98 | 0.20 | 0.12 | 0.00 | 0.00 | 1.0 | 0.00 | 0.00 | ||
| ОРУ | |||||||||||
| Питание приводов выключателей 35-750 кВ |
0.68 | 0.70 | 1.02 | 0.12 | 1.36 | 1.39 | 0.12 | 1.36 | 1.39 | ||
| Питание приводов разъединителей 35-750 кВ |
0.68 | 0.70 | 1.02 | 0.12 | 1.68 | 1.71 | 0.12 | 1.68 | 1.71 | ||
| Обогрев приводов выключателей 35-750 кВ |
0.98 | 0.98 | 0.20 | 0.12 | 3.86 | 0.77 | 1.0 | 32.14 | 6.43 | ||
| Обогрев приводов разъединителей 35-750 кВ |
0.98 | 0.98 | 0.20 | 0.12 | 1.07 | 0.21 | 1.0 | 8.92 | 1.78 | ||
| Обогрев шкафов | 0.98 | 0.98 | 0.20 | 0.12 | 0.51 | 0.10 | 1.0 | 4.29 | 0.86 | ||
| Наружное освещение | 1.00 | 0.95 | 0.33 | 0.50 | 3.00 | 0.99 | 0.50 | 3.00 | 0.99 | ||
| Наружное освещение | 1.00 | 0.95 | 0.33 | 0.35 | 0.00 | 0.00 | 0.35 | 0.00 | 0.00 | ||
| Охранное освещение | 1.00 | 0.95 | 0.33 | 1.0 | 1.20 | 0.40 | 1.0 | 1.20 | 0.40 | ||
| ОПУ | |||||||||||
| Радиаторы отопления | 0.90 | 0.98 | 0.20 | 0 | 0.00 | 0.00 | 0.85 | 18.89 | 3.78 | ||
| Рабочее освещение | 1.00 | 0.95 | 0.33 | 0.70 | 0.70 | 0.23 | 0.70 | 0.70 | 0.23 | ||
| Вентиляция здания | 0.85 | 0.85 | 0.62 | 0.80 | 10.35 | 6.42 | 0.60 | 7.76 | 4.81 | ||
| Кондиционирование здания | 1.00 | 0.85 | 0.62 | 0.55 | 8.80 | 5.46 | 0.10 | 1.60 | 0.99 | ||
| Вентиляция АБ | 0.85 | 0.85 | 0.62 | 1.0 | 1.76 | 1.09 | 1.0 | 1.76 | 1.09 | ||
| Питание ЗВУ | 0.91 | 0.83 | 0.67 | 0.12 | 7.38 | 4.94 | 0.12 | 7.38 | 4.94 | ||
| Питание оборудования ТМ и связи |
0.95 | 0.95 | 0.33 | 1.0 | 1.05 | 0.35 | 1.0 | 1.05 | 0.35 | ||
| Питание системы учета | 0.95 | 0.95 | 0.33 | 1.0 | 0.15 | 0.05 | 1.0 | 0.15 | 0.05 | ||
| Освещение шкафов | 1.00 | 0.95 | 0.33 | 0.12 | 0.22 | 0.07 | 0.12 | 0.22 | 0.07 | ||
| Розеточная сеть | 0.95 | 0.85 | 0.62 | 0.20 | 1.68 | 1.04 | 0.20 | 1.68 | 1.04 | ||
| Электрический котёл | 0.98 | 0.98 | 0.20 | 0 | 0.00 | 0.00 | 0.85 | 0.00 | 0.00 | ||
| Сетевой насос | 0.78 | 0.80 | 0.75 | 0 | 0.00 | 0.00 | 0.85 | 0.00 | 0.00 | ||
| Водонагреватель | 0.90 | 0.98 | 0.20 | 0.40 | 0.00 | 0.00 | 0.40 | 0.00 | 0.00 | ||
| Калорифер вентиляции здания |
0.98 | 0.98 | 0.20 | 0 | 0.00 | 0.00 | 0.80 | 0.00 | 0.00 | ||
| ЗРУ, КРУН | |||||||||||
| Радиаторы отопления | 0.90 | 0.98 | 0.20 | 0 | 0.00 | 0.00 | 0.85 | 7.56 | 1.51 | ||
| Рабочее освещение | 1.00 | 0.95 | 0.33 | 0.30 | 0.19 | 0.06 | 0.30 | 0.19 | 0.06 | ||
| Вентиляция | 0.85 | 0.85 | 0.62 | 0.80 | 1.13 | 0.70 | 0.60 | 0.85 | 0.53 | ||
| Кондиционирование | 1.00 | 0.85 | 0.62 | 0.55 | 2.20 | 1.36 | 0 | 0.00 | 0.00 | ||
| Освещение шкафов | 1.00 | 0.95 | 0.33 | 0.12 | 0.05 | 0.02 | 0.12 | 0.05 | 0.02 | ||
| Прочее | |||||||||||
| Питание оперативной блокировки |
0.95 | 0.95 | 0.33 | 1.0 | 0.02 | 0.01 | 1.0 | 0.02 | 0.01 | ||
| Питание управления ДГР | 0.95 | 0.50 | 1.73 | 1.0 | 0.34 | 0.59 | 1.0 | 0.34 | 0.59 | ||
| Питание привода ДГР | 0.78 | 0.80 | 0.75 | 0.3 | 13.54 | 10.15 | 0.3 | 13.54 | 10.15 | ||
| Обогрев, освещение БСК | 0.85 | 0.90 | 0.48 | 0.12 | 0.42 | 0.20 | 0.7 | 2.47 | 1.19 | ||
| Система видеонаблюдения | 0.95 | 0.85 | 0.62 | 1.0 | 0.26 | 0.16 | 1.0 | 0.26 | 0.16 | ||
| Охранная и пожарная сигнализации |
0.95 | 0.85 | 0.62 | 1.0 | 0.53 | 0.33 | 1.0 | 0.53 | 0.33 | ||
| Насос системы пожаротушения |
0.78 | 0.80 | 0.75 | 0.10 | 0.00 | 0.00 | 0.10 | 0.00 | 0.00 | ||
| Насос системы бытового водоснабжения |
0.78 | 0.80 | 0.75 | 0.80 | 0.00 | 0.00 | 0.80 | 0.00 | 0.00 | ||
| Электродвигатель компрессора |
0.78 | 0.80 | 0.75 | 0.40 | 0.00 | 0.00 | 0.40 | 0.00 | 0.00 | ||
| Кран-балка | 0.95 | 0.85 | 0.62 | 0 | 0.00 | 0.00 | 0 | 0.00 | 0.00 | ||
| Прочие потребители | 0.85 | 0.85 | 0.62 | 1.0 | 0.00 | 0.00 | 1.0 | 0.00 | 0.00 | ||
| Суммарная мощность потребителей СН летом | 0.85 | 0.61 | 71.66 | 44.04 | - | - | |||||
| Суммарная мощность потребителей СН зимой | 0.93 | 0.39 | - | - | 125.68 | 49.38 | |||||
| Наименование потребителя |
Pуст, кВт |
n | η | cosφ | tgφ | Расчётная нагрузка | ||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Kс |
P, кВт |
Q, кВАр |
||||||
| Сварочная сеть | 0.90 | 0.80 | 0.75 | 1.00 | 14.44 | 10.83 | ||
| Условие выбора |
Sн, кВА |
Sр, кВА |
SΣ, кВА |
Sном ТСН, кВА |
Kн | Kр |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Летом | 84.11 | 18.06 | 102.17 | 0.28 | 0.64 | |
| Зимой | 134.92 | 18.06 | 152.98 | 0.42 | 0.94 |
В результатах таблицы 3 по умолчанию сделаны ошибки. Нажмите «Выполнить расчёт» и ошибки будут исправлены. Для возвращения к исходному документу просто обновите страницу.
4. На что нужно обратить внимание при расчёте
Голубым цветом залиты изменяемые ячейки. Расчётные итоги выводятся с зелёной или красной заливкой.
Расчёт выполнен для установки двух ТСН. В случае однотрансформаторных ПС полученный коэффициент загрузки в нормальном режиме необходимо увеличить в 2 раза.
В нормальном режиме суммарная мощность потребителей (из таблицы 1) равномерно нагружает оба трансформатора. В ремонтном режиме в работе только один ТСН, а к основным потребителям добавлена ремонтная нагрузка (из таблицы 2).
Итоги расчётов показали, что ТСН выбран правильно. Наибольшая загрузка в нормальном режиме составила 42% (что меньше 50%), ремонтная — не превысила длительно допустимую (1,05Sном — согласно п.474⎘ ПТЭЭС [4]).
Суммарный коэффициент реактивной мощности tgφ может быть интересен для определения необходимости её компенсации. В данном материале этот параметр приведён для информации и не вносит поправки в расчёты. Достаточно помнить, что его значение (в случае подключения к внешней сети) ограничено требованиями Минэнерго [5] и для 0,4 кВ не должно превышать 0,35.
5. Дополнительная информация по выбору ТСН
Дополнительная информация по вопросу установки ТСН на подстанциях собрана в разделе НТД и доступна по ссылке 1⎘ и ссылке 2⎘.
Там, в частности, можно найти:
- общие требования к собственным нуждам ПС;
- допустимые схемы соединения трансформаторов;
- правила включения трансформатора тока в нейтраль ТСН;
- категории электроприёмников по надёжности.
ВЫВОД
Как показал расчёт, выбор трансформатора собственных нужд подстанции не является сложной задачей. Но неправильный его выбор может негативно повлиять на текущие издержки обслуживающей компании или надёжность электроснабжения потребителей.
В нашем примере: если выбрать ТСН меньшей мощности (например, 100 кВА), то мы получим загрузку в 68%, что будет являться экономически более выгодным вариантом, но это недопустимо с точки зрения СТО [1] и [2] для подстанций без обслуживающего персонала. Требования СТО здесь вполне обоснованны и исключают вероятность длительной перегрузки ТСН в послеаварийном режиме.
ССЫЛОЧНАЯ ЛИТЕРАТУРА:
- СТО 34.01-3.1-002-2016 Типовые технические решения подстанций 6-110 кВ⎘.
- СТО 34.01-21.1-001-2017 Распределительные эл. сети напряжением 0,4-110 кВ. Требования к технологическому проектированию⎘.
- СТО 56947007-29.240.40.263-2018 Системы СН ПС. Типовые проектные решения⎘.
- Правила технической эксплуатации электрических станций и сетей Российской Федерации⎘.
- Приказ Минэнерго № 380 от 23.06.2015⎘.
В телеграм
