Справочник по проектированию подстанций - Собственные нужды переменного тока

Приемниками собственных нужд переменного тока являются оперативные цепи, электродвигатели систем охлаждения трансформаторов, электродвигатели компрессоров, освещение, электроотопление помещений, электроподогрев коммутационной аппаратуры высокого напряжения и шкафов, установленных на открытом воздухе, связь, сигнализация и т. д.
Приемники собственных нужд классифицируются по ответственности и по длительности включения.
А. По ответственности
А-1. Приемники, отключение питания которых приводит к нарушению нормального режима эксплуатации, к частичному или полному отключению нормального режима эксплуатации, к частичному или полному отключению ПС, к аварии основного оборудования. Для приемников этой группы необходимо предусмотреть двойное питание от разных секций щита собственных нужд с автоматическим резервированием.
А-2. Приемники, отключение питания которых допустимо на 20-40 мин на ПС с дежурным персоналом или до приезда обслуживающего персонала на ПС без дежурного персонала. Восстановление питания этой группы приемников  допустимо осуществлять вручную.
А-3. Приемники, отключение которых возможно на более длительное время.
Б. По длительности включении
Б-1. Приемники, постоянно включенные в сеть (в том числе цепи управления и релейной защиты).
Б-2. Приемники, включаемые периодически (например, в зависимости от температуры наружного воздуха или от технологических перерывов в работе).
Б-3. Приемники, включаемые во время ремонта.
Перечень приемников собственных нужд с указанием их классификации по ответственности и длительности включения приведен в табл. 7.1.

Табл и ц а 7.1. Классификация приемников собственных нужд

На ПС, как правило, сеть собственных нужд имеет напряжение 380 В с заземленной нейтралью. Напряжение 220 В с изолированной нейтралью применяется как исключение на ПС с протяженной кабельной сетью 6-10 кВ для возможности присоединения в нейтраль трансформатора собственных нужд (соединенного по схеме звезда с выведенной нейтральной точкой - треугольник) дугогасящей катушки.
Схемы питания собственных нужд на ПC (pиc. 7.1) выполняются в двух основных вариантах: работающих с неявным резервом (схемы 2, 3) и работающие с явным резервом (схемы 1, 4-6).
Схема 1 в части, изображенной «сплошными линиями, применяется на однотрансформаторных ПС. На этих ПС в зависимости от мощности и ответственности может быть установлено и два трансформатора собственных нужд показаны пунктиром), один из которых питается от ввода главного трансформатора, другой - от постороннего источника питания.
Схема 2 применяется при двух трансформаторах собственных нужд и является основной схемой с неявным резервом. Шины 380/220 В секционируются нормально отключенным автоматическим выключателем с устройством АВР двустороннего действия. В нормальном режиме каждый трансформатор питает приемники одной секции шин, при обесточении которой подается питание от другой секции шин автоматическим включением секционного выключателя.
Схема 3 состоит из двух самостоятельных схем 2 и применяется в основном для ПС в районах с низкими температурами, оборудованных масляными выключателями, потребляющими большие мощности на подогрев. По этой схеме одна пара трансформаторов питает приемники отопления помещений и подогрева выключателей и по окончании зимнего сезона отключается, вторая пара трансформаторов меньшей мощности работает круглогодично и питает всю остальную нагрузку.
Схема 4 имеет два рабочих и один резервный трансформатор, подключаемый, как правило, к независимому источнику питания. Резервный трансформатор нормально отключен со стороны высшего и низшего напряжений и включается при исчезновении напряжения на одной из секций шин рабочих трансформаторов. Схемы применяются в основном в тех случаях, когда нагрузка собственных нужд ПС превышает 1000 кВ-А.
Схемы 5 и 6 являются развитием схемы 4. В них число рабочих трансформаторов равно соответственно трем и четырем при одном резервном. Схемы применяются на мощных ПС при установке одного щита в ОПУ, другого - в здании вспомогательных устройств синхронных компенсаторов с распределением приемников собственных нужд между этими двумя щитами по признаку их территориального происхождения.
Определение суммарной расчетной мощности приемников собственных нужд производится с учетом коэффициента спроса а (приведенного в табл. 7.2.) учитывающего использование установленной мощности и одновременность их работы.

Рис. 7.1. Схемы питания собственных нужд: Р - резервный трансформатор
Таблица 7.2. Коэффициенты спроса приемников собственных
нужд а

Расчетная максимальная мощность собственных нужд определяется суммированием установленной мощности отдельных приемников, умноженной на коэффициенты спроса, причем для схемы 7 и 2 это делается для всей ПС в целом, для схемы 3 - для каждой пары трансформаторов отдельно и для схем 4-6 - отдельно для каждого рабочего трансформатора.
Следует учесть, что активные и реактивные мощности собственных нужд определяются отдельно для зимнего (ΣΡз, ΣQз) и летнего (ΣΡл, ΣQл) максимумов. Полная реактивная мощность для лета и зимы определяется по формулам
За расчетную мощность Sрас для выбора трансформаторов собственных нужд принимается большая из них.
Номинальная мощность трансформаторов собственных нужд, работающих по схемам 1-3, определяется по условиям ST > Spaсч для ПС без дежурного персонала и для ПС с дежурным персоналом.
.
Коэффициент 1,3 учитывает допустимую перегрузку трансформатора в течение 2 ч для трансформаторов мощностью до 630 кВ-А.
Номинальная мощность трансформаторов собственных нужд, работающих по схемам 4-6, определяется по следующим условиям: для рабочих трансформаторов ST > Sрасч, мощность резервного трансформатора принимается равной мощности наибольшего рабочего трансформатора.
Выбранные по приведенным выше условиям для всех схем трансформаторы проверяются на допустимую нагрузку при производстве ремонтных работ, при которых допускается перегрузка трансформаторов на -15-20%.
Для питания сети собственных нужд ПС используются масляные трансформаторы: серии ТМ со схемами соединения обмоток звезда/звезда с выведенной нейтральной точкой (в. н. т.) и звезда/зигзаг с выведенной нулевой точкой мощностью до 250 МВ-А и звезда/звезда с выведенной нулевой точкой и треугольник/звезда с выведенной нулевой точкой мощностью 400 и 630 кВ · А, а также типа ТМС с ик = 8% со схемой соединения обмоток треугольник/звезда с в. н. т. мощностью до 1000 кВ·А. Применение трансформаторов большей мощности ограничивается стойкостью аппаратуры низкого напряжения к токам КЗ. Схемы соединения обмоток звезда/зигзаг с в. н. т. и треугольник/звезда с в. н. т. применяются для увеличения чувствительности автоматических выключателей при однофазном КЗ в сети СН.
Присоединение трансформаторов собственных нужд к питающей сети зависит от системы оперативного тока, применяемой на ПС. Для ПС на переменном или выпрямленном оперативном токе трансформаторы собственных нужд со стороны ВН присоединяются:
на ПС 110 кВ и выше - через предохранители к вводам 6-10 кВ главных трансформаторов до их выключателей, а при наличии реакторов -между реакторами и выключателями;
На ПС 35 кВ - через предохранители к питающей ВЛ 35 кВ.
Для ПС на постоянном оперативном токе с аккумуляторными батареями трансформаторы собственных нужд присоединяются:
через предохранители или выключатели к шинам распределительного устройства 6-35 кВ;
к обмотке 6-35 кВ автотрансформаторов по блочной схеме.
Резервный трансформатор собственных нужд на ПС вне зависимости от системы оперативного тока целесообразно присоединять к независимому источнику питания, например к ВЛ 6-35 кВ от соседней ПС.
Расчет токов КЗ в сети 380/220 В переменного тока производится с учетом активного и реактивного сопротивлений элементов расчетной схемы, однако ввиду сравнительно большого сопротивления трансформаторов собственных нужд сопротивление питающей сети не учитывается.
Периодическая составляющая тока трехфазного КЗ определяется по формуле

где
Uном - номинальное напряжение.
При КЗ на щите собственных нужд учитывается сопротивление трансформатора собственных нужд и кабеля от него к щиту собственных нужд, а при КЗ на линейных присоединениях учитывается также сопротивление кабелей от щита собственных нужд до соответствующей точки сети.
Учитывается также активное сопротивление контактов, включая переходное сопротивление в месте КЗ, равное в сумме 0,015 Ом.

Ударный ток определяется по формуле

Токи однофазного КЗ на землю определяется по формуле

где Ζτ - сопротивление нулевой последовательности трансформатора собственных нужд; z -сопротивление участка сети.
Автоматические выключатели в схемах собственных нужд применяются серии А3700 и АВ.
Выключатели А3700 применяются на вводах и секционных связях трансформаторов мощностью до 250 кВ-А и на линейных присоединениях, они имеют ограниченно зависимую от тока выдержку времени срабатывания. В зависимой части характеристики выдержка времени составляет 0,1-0,4 с.
Выключатели АВ применяются на вводах и секционных связях трансформаторов мощностью 400-1000 кВ·А, они имеют ограниченно зависимую от тока выдержку времени срабатывания. В независимой части характеристики выдержка времени составляет 0,2-0,6 с.
Выбор автоматических выключателей производится по длительному расчетному току, пусковому току двигателя, отключающей способности, динамической и термической стойкости: по длительному расчетному току

где Iном.р - номинальный ток расцепителя; по пусковому току электродвигателя.

где Iотc - ток отсечки автоматического выключателя;
Iп.да - пусковой ток двигателя; к - коэффициент, равный 1,2 для автоматических выключателей А3700;

по отключающей способности
Iоткл- ток отключения автоматического выключателя; по динамической стойкости

где iу.доп - ток динамической стойкости автоматического выключателя;
по термической стойкости

где t0 - выдержка времени автоматического выключателя при токе Iк.
При автоматических выключателях, имеющих комбинированные или только тепловые расцепители, должно быть выдержано соотношение

где 1К (1) - ток однофазного КЗ в конце защищаемой ВЛ.
При автоматических выключателях, имеющих только электромагнитный или полупроводниковый расцепитель,

где kР - коэффициент, равный 1,4 для автоматических выключателей с номинальным током до 100 А и 1,25 для остальных выключателей.
В зависимости от конкретных условий на ПС могут быть один, два и более центральных щитов 380/220 В, например в зданиях ОПУ 380/220 В могут питаться от щита, расположенного в ОПУ, или от самостоятельного трансформатора собственных нужд.
Распределение приемников между щитами осуществляется по принципу территориальной близости к ним и удобства обслуживания. Так, устройства охлаждения трансформаторов целесообразно питать со щита, расположенного в здании вспомогательных устройств синхронных компенсаторов. Приемники небольшой мощности, относящиеся к категории А-1, нормально питаются от одной секции шин и имеют резервное питание от другой секции шин или резерв по оборудованию (например, два пожарных насоса, питаемых с разных секций).
Для большей надежности и равномерности загрузки трансформаторов собственных нужд мощные и сосредоточенные приемники собственных нужд, например, охлаждение трансформаторов, приемники в здании компрессорной, подогрев баковых выключателей в нормальном режиме питаются от двух секций шин. Для питания цепей подогрева баковых выключателей в ОРУ около них устанавливаются индивидуальные ящики, которые комплектуются автоматическими выключателями и допускают одновременное или разновременное включение подогрева баков и приводов выключателей.
Питание цепей подогрева оборудования шкафов наружной установки и релейной аппаратуры, приводов разъединителей 330 кВ и выше, шкафов- зажимов и т. д. осуществляется заходами от щита собственных нужд по тупиковой схеме.

Рис. 7.2. Схема сети собственных нужд подстанции 110 кВ

На щите собственных нужд устанавливаются панели с отходящими линиями, имеющие автоматические выключатели и магнитные пускатели для автоматического включения и отключения питания цепей подогрева от датчиков температуры наружного воздуха.
На рис. 7.2. дан пример схемы сети собственных нужд ПС 110 кВ с двумя трансформаторами мощностью по 10 МВ · А.