對變電站操作電源有關(guān)問(wèn)題的分析

　　變電站操作電源包括斷路器以及電動(dòng)負荷開(kāi)關(guān)與電動(dòng)隔離開(kāi)關(guān)合分閘操作電源、信號指示以及數字式(微機)保護與監控裝置供電電源。合分閘操作電源中又分為斷路器操動(dòng)機構儲能電源以及合分閘線(xiàn)圈需要的控制電源。

　　變電站操作電源斷電后，控制、信號與數字式(微機)保護與監控裝置電源同時(shí)斷電，變電站就會(huì )在無(wú)繼電保護情況下運行;此時(shí)一旦發(fā)生短路事故就會(huì )引起越級跳閘，由上一級變電站的繼電保護動(dòng)作跳閘，從而造成全站停電，擴大停電范圍，增加事故停電造成的經(jīng)濟損失;如果發(fā)生過(guò)電流或過(guò)負荷，繼電保護拒動(dòng)會(huì )燒毀變壓器或相關(guān)設備。所以變電站操作電源的可靠性必須保證，變電站的負荷等級越高，操作電源的可靠性要求就越高。

　　一、變電站操作電源分類(lèi)

　　變電站操作電源分為交流與直流兩種，分別稱(chēng)為交流操作與直流操作。交流操作的操作電源可直接取自所用變或變壓器220/380V低壓側，小型變電站也可以取自電壓互感器二次側，此時(shí)需要設計100/220V升壓變壓器。采用數字式(微機)保護后，還需要選用UPS不間斷電源作為后備電源。

　　直流操作的操作電源利用整流技術(shù)將AC220/380V交流電轉換為DC220V、DC110V或DC48V直流電作為操作電源，同時(shí)配備相應電壓等級的蓄電池組，平時(shí)由AC220/380V交流電源通過(guò)整流后的直流電源供電，并給蓄電池組浮充電。AC220/380V交流電源斷電后，自動(dòng)而且無(wú)延時(shí)(又稱(chēng)為無(wú)擾動(dòng))切換到由蓄電池組供電。直流操作的操作電源的可靠性非常高。

　　二、變電站操作電源的技術(shù)要求

　　1.變電站操作電源的電壓等級

　　國家《繼電保護和安全自動(dòng)裝置技術(shù)規程》(GB/T 14285—2006)第6.1.2條規定：“二次回路的工作電壓不宜超過(guò)250V，最高不應超過(guò)500V”。我國變電站操作電源的電壓等級分為：AC220V、DC220V、DC110V與DC48V，DC48V一般用于配電網(wǎng)自動(dòng)化的監控系統。

　　2.變電站操作電源的負荷性質(zhì)

　　變電站操作電源除可靠性要求高之外，從工作性質(zhì)上分為長(cháng)期運行負荷、短期運行負荷與瞬時(shí)運行負荷。信號設備與數字式(微機)保護與監控裝置為長(cháng)期運行負荷，斷路器操動(dòng)機構的儲能電源、以及電動(dòng)負荷開(kāi)關(guān)與電動(dòng)隔離開(kāi)關(guān)的合分閘操作電源所帶的負荷為短期運行負荷，短期運行負荷每次工作時(shí)間只有10s～30s。斷路器合分閘時(shí)的合分閘線(xiàn)圈為瞬時(shí)運行負荷，瞬時(shí)運行負荷每次工作時(shí)間只有0.1s～0.2s。而且短期運行負荷與瞬時(shí)運行負荷，只有在斷路器以及電動(dòng)負荷開(kāi)關(guān)與電動(dòng)隔離開(kāi)關(guān)每次合閘或分閘時(shí)才出現一次。

　　三、變電站操作電源設計中有關(guān)問(wèn)題

　　1.交流操作與直流操作的選擇

　　交流操作設備簡(jiǎn)單，價(jià)格低但可靠性也低。常規繼電器式繼電保護如果選用電流脫扣器，事故跳閘與操作電源無(wú)關(guān)，高壓熔斷器保護事故跳閘也與操作電源無(wú)關(guān)，所以可選用交流操作。

　　目前數字式(微機)保護與監控裝置已經(jīng)得到廣泛應，由于數字式(微機)保護裝置的裝置電源斷電后就會(huì )停止運行，而且數字式(微機)監控裝置只能夠通過(guò)合閘與分閘線(xiàn)圈進(jìn)行合閘與分閘操作，所以采用交流操作電源的變電站，選用數字式(微機)保護與監控裝置后，必須選用可靠的后備電源。目前一般選用UPS不間斷電源作為后備電源。但UPS不間斷電源不僅過(guò)載能力差，而且不適用于感性負荷。

　　變電站采用直流操作需要選用直流屏，價(jià)格高但可靠性也高，變電站采用數字式(微機)保護與監控裝置后，應優(yōu)先選用直流操作。但直流電源蓄電池容量大時(shí)價(jià)格比較高?，F在變電站用小型直流電源已經(jīng)開(kāi)始推廣，它可以分散安裝于電壓互感器柜或隔離柜儀表室，也可以集中組屏替代現有直流屏，當變電站開(kāi)關(guān)柜數量不超過(guò)10面時(shí)可以選用小型直流電源，并采用分散安裝方式。

　　2.操作電源的電壓等級選擇

　　由于現有UPS不間斷電源的標準輸出電壓為AC220V，所以交流操作電源電壓應選用AC220V，如果選用AC110V，就要選用輸出電壓為AC110V的非標準UPS不間斷電源，會(huì )給訂貨與日后維護造成不必要的麻煩。直流操作電源電壓有DC220V、DC110V與DC48V三種。DC220V與DC110V廣泛應用于各種變電站，DC48V主要用于有配電網(wǎng)自動(dòng)化的環(huán)網(wǎng)柜與箱式變壓器。

　　斷路器曾經(jīng)采用電磁操動(dòng)機構，其合閘電流都大于100A，所以直流操作電源都選用DC220V?，F在電磁操動(dòng)機構已經(jīng)被淘汰，彈簧儲能操動(dòng)機構與永磁操動(dòng)機構的儲能與合分閘操作需要的電流都非常小，一般不超過(guò)5A，所以采用直流操作時(shí)，應選用DC110V電壓等級。國家建筑標準設計圖集D203-1～2《變配電所二次接線(xiàn)》說(shuō)明中已經(jīng)提出采用彈簧儲能操動(dòng)機構后，直流操作應優(yōu)先選用DC110V電壓等級，但并沒(méi)有引起大家的重視。

　　3.操作電源的容量選擇

　　變電站操作電源容量一直沒(méi)有引起設計與運行單位重視。變電站操作電源容量計算也存在許多不確定因素，設計時(shí)一般都根據經(jīng)驗來(lái)選擇，交流操作后備電源容量一般選用1～3kVA。直流操作的直流屏蓄電池容量一般選用38～100Ah。

　　四、變電站操作電源設計中應注意的關(guān)問(wèn)題

　　1.變電站照明等其他用電負荷電源設計

　　變電站照明負荷宜與操作電源分開(kāi)，因為照明負荷斷電，變電站運行會(huì )受到影響，但不會(huì )引起或擴大事故。照明負荷可以與建筑物內部的事故照明統一考慮，變電站為獨立建筑物時(shí)，可以選用應急照明電源(EPS)或應急照明燈。變電站照明負荷與操作電源分開(kāi)設計，可以減小操作電源的容量，提高操作電源的可靠性，降低變電站的工程造價(jià)。

　　柜內照明只有開(kāi)關(guān)柜檢修時(shí)才使用，而且一般不同時(shí)使用，沒(méi)有應急照明電源(EPS)時(shí)，也可以考慮由操作電源供電，但此時(shí)照明燈具的額定電壓要與操作電源電壓相同。

　　現在開(kāi)關(guān)柜都有自動(dòng)加熱裝置，實(shí)際上為除濕器，也叫凝露控制。當濕度大時(shí)空氣中水分就多，溫度低時(shí)就容易結露，使絕緣強度降低，自動(dòng)加熱后可以通過(guò)升溫的方法降低濕度，保證絕緣強度。開(kāi)關(guān)柜在運行過(guò)程中帶電導體會(huì )發(fā)熱，所以除濕在停電時(shí)效果才好，雖然也需要備用電源，但不一定由操作電源供電，可以與柜內照明一起由室內照明備用電源供電。

　　2.電動(dòng)負荷開(kāi)關(guān)與隔離開(kāi)關(guān)合分閘控制

　　在環(huán)網(wǎng)柜與箱變中，目前一次系統采用高壓熔斷器與負荷開(kāi)關(guān)接線(xiàn)方式比較多。高壓熔斷器用于短路保護，電動(dòng)負荷開(kāi)關(guān)與隔離開(kāi)關(guān)用于有配電網(wǎng)自動(dòng)化的遙控合分閘操作。

　　電動(dòng)負荷開(kāi)關(guān)與隔離開(kāi)關(guān)合閘由電動(dòng)機直接驅動(dòng)，電流比較大，合分閘時(shí)動(dòng)作時(shí)間也比較長(cháng)。要保證配電網(wǎng)自動(dòng)化遙控合分閘操作的可靠性，操作電源的可靠性就要有保證，采用UPS不間斷電源驅動(dòng)為感性負荷的電動(dòng)機，是不符合有關(guān)規定的，設計時(shí)應選用過(guò)載能力強，可以驅動(dòng)電動(dòng)機感性負荷的直流或變電站用交流備用電源。

　　3.高壓接觸器控制

　　高壓電動(dòng)機需要頻繁起動(dòng)或要求正反轉控制時(shí)，需要選用高壓真空接觸器。接觸器屬于電保持，接觸器線(xiàn)圈的起動(dòng)電流比較大，一般為幾百瓦，起動(dòng)時(shí)間很短，可以按照瞬時(shí)負荷考慮;起動(dòng)后的保持電流比較小，一般只有十幾瓦，需要按照長(cháng)期運行負荷考慮;計算直流操作電源負荷時(shí)應注意。

　　4.環(huán)網(wǎng)柜與箱變操作電源

　　環(huán)網(wǎng)柜與箱變采用負荷開(kāi)關(guān)與隔離開(kāi)關(guān)比較多。當有配電網(wǎng)自動(dòng)化要求時(shí)就需要選用電動(dòng)負荷開(kāi)關(guān)與隔離開(kāi)。由于此時(shí)只有數字式(微機)監控，而無(wú)數字式(微機)保護，可以選用交流操作，但一定要選用過(guò)載能力強，而且可以帶動(dòng)電動(dòng)負荷開(kāi)關(guān)與隔離開(kāi)關(guān)感性負荷的交流后備電源。為保證后備電源的可靠性，不宜選用現有UPS不間斷電源，也可以采用直流操作，選用DC48V的小型直流電源。

　　5.操作電壓接地問(wèn)題

　　為了保證變電站操作電源的可靠性，變電站操作電源均應采用不接地運行方式，而且應設計對地絕緣監視。采用不接地運行方式后，如果發(fā)生一點(diǎn)接地故障，由于沒(méi)有回路故障電流就非常小，可以繼續運行一定時(shí)間，此時(shí)對地絕緣監視報警后，值班人員就可以進(jìn)行處理?，F有UPS不間斷電源的輸出端實(shí)現不接地運行方式，還需要在其輸出端增加隔離變壓器，這一點(diǎn)應引起設計與運行單位注意。

　　五、變電站操作電源的發(fā)展

　　1.小容量直流操作電源

　　現在數字式(微機)保護與監控裝置已經(jīng)實(shí)現分布式安裝在開(kāi)關(guān)柜儀表室。變電站小型直流電源已經(jīng)開(kāi)始推廣，由于它體積小，而且可以采用分布式安裝。重要負荷出線(xiàn)可以采用一面開(kāi)關(guān)柜安裝一臺小型變電站直流電源，一般負荷出線(xiàn)可以幾面開(kāi)關(guān)柜安裝一臺小型變電站直流電源，這樣也可以避免選用一臺直流屏，直流屏故障時(shí)造成全站操作電源均斷電危險情況出現。

　　2.變電站專(zhuān)用交流操作電源

　　為滿(mǎn)足采用交流操作的變電站對操作電源可靠性的要求，需要開(kāi)發(fā)用于變電站的專(zhuān)用交流操作電源。它應滿(mǎn)足過(guò)載能力強，可以帶感性負荷等要求，還應利用單片機通信技術(shù)進(jìn)行自動(dòng)與遠程控制的蓄電池充放電活化處理功能，以延長(cháng)蓄電池的使用壽命。用它代替現有UPS不間斷電源后，可提高變電站操作電源的可靠性。