变电站操作电源有关问题分析

变电站操作电源包括断路器以及电动负荷开关与电动隔离开关合分闸操作电源、信号指示以及数字式(微机)保护与监控装置供电电源。合分闸操作电源中又分为断路器操动机构储能电源以及合分闸线圈需要的控制电源。

变电站操作电源断电后，控制、信号与数字式(微机)保护与监控装置电源同时断电，变电站就会在无继电保护情况下运行;此时一旦发生短路事故就会引起越级跳闸，由上一级变电站的继电保护动作跳闸，从而造成全站停电，扩大停电范围，增加事故停电造成的经济损失;如果发生过电流或过负荷，继电保护拒动会烧毁变压器或相关设备。所以变电站操作电源的可靠性必须保证，变电站的负荷等级越高，操作电源的可靠性要求就越高。

一、变电站操作电源分类

变电站操作电源分为交流与直流两种，分别称为交流操作与直流操作。交流操作的操作电源可直接取自所用变或变压器220/380V低压侧，小型变电站也可以取自电压互感器二次侧，此时需要设计100/220V升压变压器。采用数字式(微机)保护后，还需要选用UPS不间断电源作为后备电源。

直流操作的操作电源利用整流技术将AC220/380V交流电转换为DC220V、DC110V或DC48V直流电作为操作电源，同时配备相应电压等级的蓄电池组，平时由AC220/380V交流电源通过整流后的直流电源供电，并给蓄电池组浮充电。AC220/380V交流电源断电后，自动而且无延时(又称为无扰动)切换到由蓄电池组供电。直流操作的操作电源的可靠性非常高。

二、变电站操作电源的技术要求

1.变电站操作电源的电压等级

国家《继电保护和安全自动装置技术规程》(GB/T 14285—2006)第6.1.2条规定：“二次回路的工作电压不宜超过250V，最高不应超过500V”。我国变电站操作电源的电压等级分为：AC220V、DC220V、DC110V与DC48V，DC48V一般用于配电网自动化的监控系统。

2.变电站操作电源的负荷性质

变电站操作电源除可靠性要求高之外，从工作性质上分为长期运行负荷、短期运行负荷与瞬时运行负荷。信号设备与数字式(微机)保护与监控装置为长期运行负荷，断路器操动机构的储能电源、以及电动负荷开关与电动隔离开关的合分闸操作电源所带的负荷为短期运行负荷，短期运行负荷每次工作时间只有10s～30s。断路器合分闸时的合分闸线圈为瞬时运行负荷，瞬时运行负荷每次工作时间只有0.1s～0.2s。而且短期运行负荷与瞬时运行负荷，只有在断路器以及电动负荷开关与电动隔离开关每次合闸或分闸时才出现一次。

三、变电站操作电源设计中有关问题

1.交流操作与直流操作的选择

交流操作设备简单，价格低但可靠性也低。常规继电器式继电保护如果选用电流脱扣器，事故跳闸与操作电源无关，高压熔断器保护事故跳闸也与操作电源无关，所以可选用交流操作。

目前数字式(微机)保护与监控装置已经得到广泛应，由于数字式(微机)保护装置的装置电源断电后就会停止运行，而且数字式(微机)监控装置只能够通过合闸与分闸线圈进行合闸与分闸操作，所以采用交流操作电源的变电站，选用数字式(微机)保护与监控装置后，必须选用可靠的后备电源。目前一般选用UPS不间断电源作为后备电源。但UPS不间断电源不仅过载能力差，而且不适用于感性负荷。

变电站采用直流操作需要选用直流屏，价格高但可靠性也高，变电站采用数字式(微机)保护与监控装置后，应优先选用直流操作。但直流电源蓄电池容量大时价格比较高。现在变电站用小型直流电源已经开始推广，它可以分散安装于电压互感器柜或隔离柜仪表室，也可以集中组屏替代现有直流屏，当变电站开关柜数量不超过10面时可以选用小型直流电源，并采用分散安装方式。

2.操作电源的电压等级选择

由于现有UPS不间断电源的标准输出电压为AC220V，所以交流操作电源电压应选用AC220V，如果选用AC110V，就要选用输出电压为AC110V的非标准UPS不间断电源，会给订货与日后维护造成不必要的麻烦。直流操作电源电压有DC220V、DC110V与DC48V三种。DC220V与DC110V广泛应用于各种变电站，DC48V主要用于有配电网自动化的环网柜与箱式变压器。

断路器曾经采用电磁操动机构，其合闸电流都大于100A，所以直流操作电源都选用DC220V。现在电磁操动机构已经被淘汰，弹簧储能操动机构与永磁操动机构的储能与合分闸操作需要的电流都非常小，一般不超过5A，所以采用直流操作时，应选用DC110V电压等级。国家建筑标准设计图集D203-1～2《变配电所二次接线》说明中已经提出采用弹簧储能操动机构后，直流操作应优先选用DC110V电压等级，但并没有引起大家的重视。

3.操作电源的容量选择

变电站操作电源容量一直没有引起设计与运行单位重视。变电站操作电源容量计算也存在许多不确定因素，设计时一般都根据经验来选择，交流操作后备电源容量一般选用1～3kVA。直流操作的直流屏蓄电池容量一般选用38～100Ah。

四、变电站操作电源设计中应注意的关问题

1.变电站照明等其他用电负荷电源设计

变电站照明负荷宜与操作电源分开，因为照明负荷断电，变电站运行会受到影响，但不会引起或扩大事故。照明负荷可以与建筑物内部的事故照明统一考虑，变电站为独立建筑物时，可以选用应急照明电源(EPS)或应急照明灯。变电站照明负荷与操作电源分开设计，可以减小操作电源的容量，提高操作电源的可靠性，降低变电站的工程造价。

柜内照明只有开关柜检修时才使用，而且一般不同时使用，没有应急照明电源(EPS)时，也可以考虑由操作电源供电，但此时照明灯具的额定电压要与操作电源电压相同。

现在开关柜都有自动加热装置，实际上为除湿器，也叫凝露控制。当湿度大时空气中水分就多，温度低时就容易结露，使绝缘强度降低，自动加热后可以通过升温的方法降低湿度，保证绝缘强度。开关柜在运行过程中带电导体会发热，所以除湿在停电时效果才好，虽然也需要备用电源，但不一定由操作电源供电，可以与柜内照明一起由室内照明备用电源供电。

2.电动负荷开关与隔离开关合分闸控制

在环网柜与箱变中，目前一次系统采用高压熔断器与负荷开关接线方式比较多。高压熔断器用于短路保护，电动负荷开关与隔离开关用于有配电网自动化的遥控合分闸操作。

电动负荷开关与隔离开关合闸由电动机直接驱动，电流比较大，合分闸时动作时间也比较长。要保证配电网自动化遥控合分闸操作的可靠性，操作电源的可靠性就要有保证，采用UPS不间断电源驱动为感性负荷的电动机，是不符合有关规定的，设计时应选用过载能力强，可以驱动电动机感性负荷的直流或变电站用交流备用电源。

3.高压接触器控制

高压电动机需要频繁起动或要求正反转控制时，需要选用高压真空接触器。接触器属于电保持，接触器线圈的起动电流比较大，一般为几百瓦，起动时间很短，可以按照瞬时负荷考虑;起动后的保持电流比较小，一般只有十几瓦，需要按照长期运行负荷考虑;计算直流操作电源负荷时应注意。

4.环网柜与箱变操作电源

环网柜与箱变采用负荷开关与隔离开关比较多。当有配电网自动化要求时就需要选用电动负荷开关与隔离开。由于此时只有数字式(微机)监控，而无数字式(微机)保护，可以选用交流操作，但一定要选用过载能力强，而且可以带动电动负荷开关与隔离开关感性负荷的交流后备电源。为保证后备电源的可靠性，不宜选用现有UPS不间断电源，也可以采用直流操作，选用DC48V的小型直流电源。

5.操作电压接地问题

为了保证变电站操作电源的可靠性，变电站操作电源均应采用不接地运行方式，而且应设计对地绝缘监视。采用不接地运行方式后，如果发生一点接地故障，由于没有回路故障电流就非常小，可以继续运行一定时间，此时对地绝缘监视报警后，值班人员就可以进行处理。现有UPS不间断电源的输出端实现不接地运行方式，还需要在其输出端增加隔离变压器，这一点应引起设计与运行单位注意。

五、变电站操作电源的发展

1.小容量直流操作电源

现在数字式(微机)保护与监控装置已经实现分布式安装在开关柜仪表室。变电站小型直流电源已经开始推广，由于它体积小，而且可以采用分布式安装。重要负荷出线可以采用一面开关柜安装一台小型变电站直流电源，一般负荷出线可以几面开关柜安装一台小型变电站直流电源，这样也可以避免选用一台直流屏，直流屏故障时造成全站操作电源均断电危险情况出现。

2.变电站专用交流操作电源

为满足采用交流操作的变电站对操作电源可靠性的要求，需要开发用于变电站的专用交流操作电源。它应满足过载能力强，可以带感性负荷等要求，还应利用单片机通信技术进行自动与远程控制的蓄电池充放电活化处理功能，以延长蓄电池的使用寿命。用它代替现有UPS不间断电源后，可提高变电站操作电源的可靠性。