Система собственных нужд (ССН) подстанции — это комплекс электрических и электротехнических систем, обеспечивающих необходимую электроэнергию для питания вспомогательных систем, таких как: системы управления и сигнализации (обеспечивают мониторинг и управление технологическим режимом подстанции), освещение (внутреннее и внешнее освещение помещений и территории подстанции), охранные системы (системы видеонаблюдения, сигнализация, автоматика пожаротушения и другие меры безопасности), системы связи (телефонные и радиосистемы, которые обеспечивают связь между персоналом подстанции и другими подразделениями).

Система собственных нужд играет основополагающую роль в функционировании всех систем и процессов электроподстанции поэтому должна быть спроектирована с учетом необходимых норм и требований надёжности. Как правило, ССН включает в себя резервные источники питания, чтобы гарантировать бесперебойное электроснабжение собственных нужд в случае аварийных ситуаций.

Основные элементы системы собственных нужд

1. Электрические источники питания: трансформаторы собственных нужд (преобразуют среднее напряжение (6, 10 кВ) в низкое (0,4, 0,2 кВ) для питания потребителей собственных нужд); аккумуляторные батареи (работая в буферном режиме, стабилизируют и поддерживают необходимый уровень напряжения, компенсируя просадки напряжения в моменты больших потреблений электроэнергии потребителями собственных нужд (как правило системой силового питания приводов силовых выключателей), а также обеспечивают кратковременное резервное питание в случае аварийного отключения основных и резервных источников электроэнергии); дизель-генераторы (используются в качестве дополнительных (резервных) источников электричества и работают в аварийных ситуациях).
2. Системы распределения: щиты распределения (обеспечивают распределение электроэнергии по вспомогательным системам и устройствам); кабели и проводка (проводники, которые соединяют различные элементы системы и обеспечивают передачу энергии).
3. Устройства управления и защиты: автоматические выключатели и предохранители (защищают систему от перегрузок и коротких замыканий).
4. Системы управления: ключи, кнопки управления, реле, сигнальные лампы и реле (обеспечивают мониторинг и управление работой системы собственных нужд).
5. Системы освещения: внутреннее и наружное освещение (обеспечивает освещение помещений и территории подстанции).
6. Системы связи и сигнализации: оборудование для связи (телефоны, радиосистемы для связи между персоналом подстанции); сигнализация (охранные системы и системы оповещения).
7. Системы автоматизации: контроллеры и датчики (для автоматизации процессов мониторинга и управления технологическим режимом подстанции).
8. Климатические системы: кондиционеры и обогреватели, системы охлаждения силового оборудования (поддерживают необходимые условия для работы оборудования и персонала).

Данные компоненты работают в совокупности, обеспечивая надежное энергоснабжение собственных нужд подстанции, обесепечивая эффективность и безопасность работы и эксплуатации оборудования.

Порядок оценки состояния и работоспособности системы СН

Проверка системы собственных нужд (ССН) подстанции является важной процедурой для обеспечения надежной и безопасной эксплуатации оборудования. Для проверки необходимо ознакомиться с проектной документацией, инструкциями производителя и регламентирующими документами, убедится, что система соответствует требованиям нормативных документов (ГОСТ Р 58408–2019, ГОСТ 32144–2013, ГОСТ Р 58601–2019 и т. д.).

1. Источники питания. Для проверки состояния и работоспособности источников питания (дизельные генераторы, аккумуляторные батареи, зарядно-выпрямительные устройства) необходимо измерить напряжение и ток зарядки аккумуляторов, оценить уровень электролита и плотность электролита, провести испытания генератора под нагрузкой.
2. Распределительное устройство. Необходимо произвести осмотр распределительного устройства: проверить состояние шин, контактов, рубильников и автоматических выключателей; провести измерение сопротивления изоляции; проверить правильность маркировки и обозначения проводов.
3. Система управления и защиты. Оценка работы системы управления и защиты: проверка функционирования релейной защиты и автоматики; опробование с имитацией аварийных режимов и проверка срабатывания защит; проверка правильности настройки реле, калибровки щитовых измерительных приборов.
4. Электрооборудование потребителей (освещение, вентиляция, отопление, системы охлаждения): осмотр состояния светильников, вентиляционных установок, обогревательных приборов, охладительных агрегатов; проверка подключения и работы электроприводов насосов, компрессоров и другого оборудования.

Также для оценки состояния и работоспособности ССН необходимо провести испытания электрической прочности изоляции, уровня шума, загрязнения и вибрации работающего оборудования.

Выбор мощности трансформатора ССН

Выбор мощности трансформатора собственных нужд (ТСН) является важным этапом проектирования подстанций, поскольку ТСН обеспечивает надежное электроснабжение оборудования собственных нужд, что необходимо для нормальной работы основного энергетического оборудования.

При проектировании ССН необходимо учитывать ряд ключевых факторов:

1. Тип нагрузки: различают постоянные нагрузки (система оперативного тока, освещение, сигнализация, системы обогрева и и охлждения и т. п.) и временные нагрузки (нагревательные устройства, ремонтные механизмы и т. п.). Постоянные нагрузки действуют практически постоянно, тогда как временные появляются периодически, например, зимой при включении отопления или летом при кондиционировании воздуха и повышении интенсивности охлаждения силовых трансформаторов.
2. Коэффициент одновременности: учитывается вероятность одновременного включения всех нагрузок. Обычно коэффициент одновременности меньше единицы, так как редко бывает ситуация, когда одновременно включены абсолютно все потребители электроэнергии.
3. Летние и зимние условия: нагрузка ТСН существенно зависит от сезона. Например, зимой необходимы дополнительные затраты энергии на нагрев помещений и подогрева оборудования, а летом потребление связано с работой кондиционеров, вентиляции, систем охлаждения.
4. Режимы ремонта: в периоды ремонтов оборудование требует дополнительной энергии для запуска временных механизмов, освещения рабочих зон и поддержания работоспособности устройств резервирования.
5. Резервирование: для повышения надежности рекомендуется предусматривать два трансформатора, работающих параллельно, каждый из которых способен обеспечивать нагрузку при выходе из строя второго.

Расчет мощности ТСН:

1. Определяются расчетные значения постоянных и временных нагрузок, включая освещение, силовые установки, системы оперативного тока, силового питания электромагнитов приводов силовых коммутационных аппаратов, сигнализации, пожаротушения и прочие элементы технологической и хозяйственной инфраструктуры подстанции.
2. Рассчитываются суммарные максимальные нагрузки раздельно для летнего и зимнего режимов эксплуатации, учитывая поправочные коэффициенты для каждого вида нагрузки.
3. Применяется поправочный коэффициент одновременности ψ, характеризующий долю максимальной общей нагрузки, которая реально включается одновременно. Коэффициент ψ обычно составляет около 0,8–0,9 для крупных станций и ниже для небольших подстанций.
4. Мощность трансформатора определяется исходя из максимального рассчитанного значения с применением запаса порядка 10 % для покрытия непредвиденных ситуаций.

, где:

– Pi — мощность отдельных групп потребителей,

– η — КПД сети (обычно принимается равным 0,95–0,98),

– S _расч — расчётная полная мощность ТСН.

Затем выбранная номинальная мощность трансформатора собственных нужд должна превышать расчетную величину с учетом заданного запаса мощности.

Правильный выбор мощности трансформатора собственных нужд обеспечивает бесперебойную работу подстанции и минимизирует риск возникновения аварийных ситуаций.