變電站操作電源有關(guān)問題分析

變電站操作電源包括斷路器以及電動(dòng)負(fù)荷開關(guān)與電動(dòng)隔離開關(guān)合分閘操作電源、信號指示以及數(shù)字式(微機(jī))保護(hù)與監(jiān)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(jī)構(gòu)儲能電源以及合分閘線圈需要的控制電源。

變電站操作電源斷電后，控制、信號與數(shù)字式(微機(jī))保護(hù)與監(jiān)控裝置電源同時(shí)斷電，變電站就會(huì)在無繼電保護(hù)情況下運(yùn)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(hù)動(dòng)作跳閘，從而造成全站停電，擴(kuò)大停電范圍，增加事故停電造成的經(jīng)濟(jì)損失;如果發(fā)生過電流或過負(fù)荷，繼電保護(hù)拒動(dòng)會(huì)燒毀變壓器或相關(guān)設(shè)備。所以變電站操作電源的可靠性必須保證，變電站的負(fù)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

變電站操作電源分為交流與直流兩種，分別稱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(cè)，小型變電站也可以取自電壓互感器二次側(cè)，此時(shí)需要設(shè)計(jì)100/220V升壓變壓器。采用數(shù)字式(微機(jī))保護(hù)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(zhuǎn)換為DC220V、DC110V或DC48V直流電作為操作電源，同時(shí)配備相應(yīng)電壓等級的蓄電池組，平時(shí)由AC220/380V交流電源通過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)而且無延時(shí)(又稱為無擾動(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(hù)和安全自動(dòng)裝置技術(shù)規(guī)程》(GB/T 14285—2006)第6.1.2條規(guī)定：“二次回路的工作電壓不宜超過250V，最高不應(yīng)超過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(jiān)控系統(tǒng)。

2.變電站操作電源的負(fù)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)上分為長期運(yùn)行負(fù)荷、短期運(yùn)行負(fù)荷與瞬時(shí)運(yùn)行負(fù)荷。信號設(shè)備與數(shù)字式(微機(jī))保護(hù)與監(jiān)控裝置為長期運(yùn)行負(fù)荷，斷路器操動(dòng)機(jī)構(gòu)的儲能電源、以及電動(dòng)負(fù)荷開關(guān)與電動(dòng)隔離開關(guān)的合分閘操作電源所帶的負(fù)荷為短期運(yùn)行負(fù)荷，短期運(yùn)行負(fù)荷每次工作時(shí)間只有10s～30s。斷路器合分閘時(shí)的合分閘線圈為瞬時(shí)運(yùn)行負(fù)荷，瞬時(shí)運(yùn)行負(fù)荷每次工作時(shí)間只有0.1s～0.2s。而且短期運(yùn)行負(fù)荷與瞬時(shí)運(yùn)行負(fù)荷，只有在斷路器以及電動(dòng)負(fù)荷開關(guān)與電動(dòng)隔離開關(guān)每次合閘或分閘時(shí)才出現(xiàn)一次。

三、變電站操作電源設(shè)計(jì)中有關(guān)問題

1.交流操作與直流操作的選擇

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

目前數(shù)字式(微機(jī))保護(hù)與監(jiān)控裝置已經(jīng)得到廣泛應(yīng)，由于數(shù)字式(微機(jī))保護(hù)裝置的裝置電源斷電后就會(huì)停止運(yùn)行，而且數(shù)字式(微機(jī))監(jiān)控裝置只能夠通過合閘與分閘線圈進(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(shù)字式(微機(jī))保護(hù)與監(jiān)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不間斷電源不僅過載能力差，而且不適用于感性負(fù)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(shù)字式(微機(jī))保護(hù)與監(jiān)控裝置后，應(yīng)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(xiàn)在變電站用小型直流電源已經(jīng)開始推廣，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(xiàn)有直流屏，當(dāng)變電站開關(guān)柜數(shù)量不超過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(xiàn)有UPS不間斷電源的標(biāo)準(zhǔn)輸出電壓為AC220V，所以交流操作電源電壓應(yīng)選用AC220V，如果選用AC110V，就要選用輸出電壓為AC110V的非標(biāo)準(zhǔn)UPS不間斷電源，會(huì)給訂貨與日后維護(hù)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(yīng)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(jī)構(gòu)，其合閘電流都大于100A，所以直流操作電源都選用DC220V。現(xiàn)在電磁操動(dòng)機(jī)構(gòu)已經(jīng)被淘汰，彈簧儲能操動(dòng)機(jī)構(gòu)與永磁操動(dòng)機(jī)構(gòu)的儲能與合分閘操作需要的電流都非常小，一般不超過5A，所以采用直流操作時(shí)，應(yīng)選用DC110V電壓等級。國家建筑標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)圖集D203-1～2《變配電所二次接線》說明中已經(jīng)提出采用彈簧儲能操動(dòng)機(jī)構(gòu)后，直流操作應(yīng)優(yōu)先選用DC110V電壓等級，但并沒有引起大家的重視。

3.操作電源的容量選擇

變電站操作電源容量一直沒有引起設(shè)計(jì)與運(yùn)行單位重視。變電站操作電源容量計(jì)算也存在許多不確定因素，設(shè)計(jì)時(shí)一般都根據(jù)經(jīng)驗(yàn)來選擇，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(shè)計(jì)中應(yīng)注意的關(guān)問題

1.變電站照明等其他用電負(fù)荷電源設(shè)計(jì)

變電站照明負(fù)荷宜與操作電源分開，因?yàn)檎彰髫?fù)荷斷電，變電站運(yùn)行會(huì)受到影響，但不會(huì)引起或擴(kuò)大事故。照明負(fù)荷可以與建筑物內(nèi)部的事故照明統(tǒng)一考慮，變電站為獨(dú)立建筑物時(shí)，可以選用應(yīng)急照明電源(EPS)或應(yīng)急照明燈。變電站照明負(fù)荷與操作電源分開設(shè)計(jì)，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(nèi)照明只有開關(guān)柜檢修時(shí)才使用，而且一般不同時(shí)使用，沒有應(yīng)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(xiàn)在開關(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(dāng)濕度大時(shí)空氣中水分就多，溫度低時(shí)就容易結(jié)露，使絕緣強(qiáng)度降低，自動(dòng)加熱后可以通過升溫的方法降低濕度，保證絕緣強(qiáng)度。開關(guān)柜在運(yùn)行過程中帶電導(dǎo)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(nèi)照明一起由室內(nèi)照明備用電源供電。

2.電動(dòng)負(fù)荷開關(guān)與隔離開關(guān)合分閘控制

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

電動(dòng)負(fù)荷開關(guān)與隔離開關(guān)合閘由電動(dòng)機(jī)直接驅(qū)動(dòng)，電流比較大，合分閘時(shí)動(dòng)作時(shí)間也比較長。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(qū)動(dòng)為感性負(fù)荷的電動(dòng)機(jī)，是不符合有關(guān)規(guī)定的，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)選用過載能力強(qiáng)，可以驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)感性負(fù)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(jī)需要頻繁起動(dòng)或要求正反轉(zhuǎn)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(fù)荷考慮;起動(dòng)后的保持電流比較小，一般只有十幾瓦，需要按照長期運(yùn)行負(fù)荷考慮;計(jì)算直流操作電源負(fù)荷時(shí)應(yīng)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(fù)荷開關(guān)與隔離開關(guān)比較多。當(dāng)有配電網(wǎng)自動(dòng)化要求時(shí)就需要選用電動(dòng)負(fù)荷開關(guān)與隔離開。由于此時(shí)只有數(shù)字式(微機(jī))監(jiān)控，而無數(shù)字式(微機(jī))保護(hù)，可以選用交流操作，但一定要選用過載能力強(qiáng)，而且可以帶動(dòng)電動(dòng)負(fù)荷開關(guān)與隔離開關(guān)感性負(fù)荷的交流后備電源。為保證后備電源的可靠性，不宜選用現(xiàn)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(yīng)采用不接地運(yùn)行方式，而且應(yīng)設(shè)計(jì)對地絕緣監(jiān)視。采用不接地運(yùn)行方式后，如果發(fā)生一點(diǎn)接地故障，由于沒有回路故障電流就非常小，可以繼續(xù)運(yùn)行一定時(shí)間，此時(shí)對地絕緣監(jiān)視報(bào)警后，值班人員就可以進(jìn)行處理?，F(xiàn)有UPS不間斷電源的輸出端實(shí)現(xiàn)不接地運(yùn)行方式，還需要在其輸出端增加隔離變壓器，這一點(diǎn)應(yīng)引起設(shè)計(jì)與運(yùn)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(xiàn)在數(shù)字式(微機(jī))保護(hù)與監(jiān)控裝置已經(jīng)實(shí)現(xiàn)分布式安裝在開關(guān)柜儀表室。變電站小型直流電源已經(jīng)開始推廣，由于它體積小，而且可以采用分布式安裝。重要負(fù)荷出線可以采用一面開關(guān)柜安裝一臺小型變電站直流電源，一般負(fù)荷出線可以幾面開關(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(xiǎn)情況出現(xiàn)。

2.變電站專用交流操作電源

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