變配電站操作電源概述
操作電源是保證變配電站正常運行的重要條件之一，它為變配電站開關(guān)柜提供信號與合分閘電源；有些變配電站站內(nèi)事故照明也引自操作電源屏。操作電源設(shè)計不合理或出現(xiàn)故障，不僅會引發(fā)事故，也會在發(fā)事故后破壞變配電站繼電保護的正確動作而使事故擴大。有關(guān)資料統(tǒng)計，電力系統(tǒng)變配電站發(fā)生的事故中與操作電源有關(guān)的事故占有很大比例，這就要求對操作電源應(yīng)加強維護與管理，從變配電站設(shè)計與施工開始就要保證操作電源的可靠性。
1 操作電源種類與應(yīng)用范圍
變配電站操作電源分為直流操作與交流操作兩種。直流操作電壓有220V、110V與48V 三種，交流操作電壓只有220V一種。直流操作可靠性高，但造價也高，供一級負(fù)荷的變配電站與大中型變配電站一般都采用直流操作。電力系統(tǒng)中110kV及以上的變配電站都采用直流操作。110kV以上的重要變配電站還采用雙直流操作電源。交流操作電源簡單，造價低，電力系統(tǒng)中農(nóng)網(wǎng)35kV變配電站以及城市電網(wǎng)中10kV開閉所一般都采用交流操作。
變配電站操作電源要根據(jù)斷路器操動機構(gòu)的種類來設(shè)計。電磁操動機構(gòu)應(yīng)選用直流操作，蓄電池容量都在150AH以上。采用彈簧儲能操動機構(gòu)后，一些小型變配電站可采用交流操作。
2 操作電源電壓等級選擇
操作電源電壓等級根據(jù)所選用的操動機構(gòu)來選擇。電磁操動機構(gòu)的合閘電流一般都在100A以上，所以選用電磁操動機構(gòu)時，操作電源電壓應(yīng)選用直流220V。
彈簧儲能操動機構(gòu)與永磁操動機構(gòu)電源電壓有直流與交流兩種。彈簧儲能操動機構(gòu)的儲能電動機功率只有幾百瓦，合分閘電流只有3~5A，永磁操動機構(gòu)的電源電流與合分閘電流均不到1A。操作電源為直流操作時，選用彈簧儲能與永磁操動機構(gòu)，操作電源電壓應(yīng)選用110V。此時蓄電池串聯(lián)級數(shù)可減少一半，其并聯(lián)級數(shù)雖然也應(yīng)增加一倍，但由于其工作電流小，絕對值增加并不大。此時可降低直流屏成本。
操作電源為交流操作時，為方便取得備用電源，交流操作電源只有220V一種電壓等級。
直流48V用于弱電集控。采用變配電站綜合自動化（微機保護）裝置后，弱電集控已經(jīng)不再采用，直流48V電壓已被淘汰。
3 操作電源的可靠性
操作電源消失或發(fā)生故障，變配電站不僅不能進行正常操作，還會引發(fā)變配電站事故發(fā)生。變配電站發(fā)生事故后，如果操作電源消失或發(fā)生故障，繼電保護就會拒動而造成越級跳閘，使事故擴大。因此操作電源的可靠性必需得到保證。
直流操作采用蓄電池供電來保證其可靠性，蓄電池供電無切換時間問題，是最可靠的操作電源。但需要整流與充電設(shè)備以及蓄電池，造價高，占地面積與維護工作量也大。
采用交流作操時，選用常規(guī)繼電保護時，變配電站發(fā)生事故后，利用操作機構(gòu)的電流脫扣器跳閘，其事故跳閘與操作電源無關(guān)，交流操作可以滿足中小型變配電站的使用要求。操作電源可取此電壓互感器，并選用100/220V隔離并升壓變壓器提供電源220V交流操作電源。
采用交流操作時，如果選用變配電站綜合自動化（微機保護）裝置，因為變配電站綜合自動化（微機保護）裝置本身的工作電源消失后就無法運行。變配電站綜合自動化裝置（微機保護）的保護跳閘需要通過操動機構(gòu)的跳閘線圈來跳閘，因此應(yīng)設(shè)計低電壓短延時切換的不間斷后備電源。否則變配電站母線或出線開關(guān)柜出口發(fā)生短路事故，事故電壓降低到跳閘線允許最低電壓以下時，斷路器操動機構(gòu)就會拒動，引發(fā)越級跳閘。
4 操作電源的接線方式
采用電磁操動機構(gòu)時，其合閘電流一般都在100A以上，此時操作電源的合分閘電源與控制電源分為兩段母線，并將合分閘母線電壓提高到蓄電池充電電壓240V，加降壓模塊降低到220V后再供電給控制電源母線。這樣可減小合閘電流沖擊影響，信號電源也引控制電源母線。
采用彈簧儲能或永磁操動機構(gòu)后，合閘電流一般不超過5A，合閘時沖擊電流很小。設(shè)計規(guī)范與設(shè)計手冊規(guī)定操作電源電壓為220V時下限為180V，110V時下限為90V。這樣合分閘與控制電源可統(tǒng)一采用220V或110V，直流屏與交流屏蓄電池最終放電電壓為180V或90V，這樣不僅可以減少蓄電池的串聯(lián)級數(shù)，降低成本，直流屏還可省掉壓降模塊，減少了能源損耗。此時采用單母線分段，兩段母線分別給一次系統(tǒng)兩段母線上的開關(guān)柜或控制屏合分閘控制電源與信號電源以及綜合自動化裝置電源供電，這樣操作電源一段母線或一路操作電源發(fā)生事故，不會影響整個變配電站的正常運行，可靠性也就提高了一倍。
5 操作電源的接地方式
為了提高操作電源的可靠性，操作電源應(yīng)采用不接地系統(tǒng)（IT系統(tǒng)），一旦發(fā)生單極或單相接地形不成回路，就不會跳閘，仍然可以繼續(xù)運行一段時間。此時應(yīng)設(shè)計對地絕緣監(jiān)測。如果發(fā)生單極或單相接地，對地絕緣監(jiān)測發(fā)出報警，可以采取分段與分路臨時拉閘的辦法查找出接地回路。
直流操作的直流電源系統(tǒng)容易實現(xiàn)不接地系統(tǒng)（IT系統(tǒng)）。交流操作操作電源可取此電壓互感器，并選用100/220V隔離并升壓變壓器提供電源220V交流操作電源，采用不接地系統(tǒng)。選用UPS不間斷電源或逆變電源后，在UPS不間斷電源或逆變電源沒有切換之前，UPS不間斷電源或逆變電源通過旁路開關(guān)由外部交流電源供電。外部交流電源引此所用變或低壓配電室，所用變或低壓配電室220V/380V配電系統(tǒng)為接地系統(tǒng)（TN系統(tǒng)），這樣就要求在UPS不間斷電源或逆變電源輸出端加隔離變壓器后，再形成不接地系統(tǒng)。這一問題應(yīng)引起設(shè)計者注意。
6 操作電源的備用電源切換
為了提高操作電源的可靠性，操作電源一般都設(shè)計兩路電源供電，二者互為備用。直流操作電源與交流操作電源用UPS不間斷電源或逆變電源有斷電報警時，兩路電源可以采用手動切換。如果設(shè)計兩路供電電源互投時，二者必須有明顯斷開點。
直流操作電源蓄電池直接接直流母線上，兩路電源供電互投時，直流電源不會間斷，備用電源切換時間對操作電源無影響。交流操作當(dāng)兩路電源供電互投時，切換時間以及UPS不間斷電源或逆變電源自動切換時間對變配電站綜合自動化裝置（微機保護）與操動機構(gòu)動作有直接影響。
UPS不間斷電源或逆變電源切換條件應(yīng)為低電壓切換，不能采用失壓切換，否則當(dāng)變配電站站內(nèi)發(fā)生相間短路事故時，電壓降低到80%以下而不為零時，不能進行切換，繼電保護就會拒動，引發(fā)越級跳閘。
電氣設(shè)計手冊規(guī)定交流操作UPS不間斷電源或逆變電源應(yīng)選在線式，以實現(xiàn)無擾切換。由以下分析得知，采用變配電站綜合自動化裝置（微機保護）后，UPS不間斷電源或逆變電源的切換不大于20 mS就可以就可以滿足繼電保護動作要求。不一定必須選用在線式UPS不間斷電源或逆變電源。
變配電站綜合自動化裝置（微機保護）的電源都選用開關(guān)電源模塊。內(nèi)部有較大容量的濾波電容器，經(jīng)現(xiàn)場測試供電電源中斷0.5S后再恢復(fù)，變配電站綜合自動化裝置（微機保護）仍能正常運行不死機，各廠家的產(chǎn)品一般都能達到電源中斷0.5S不死機。
供電電源中斷0.5S后再恢復(fù)，變配電站綜合自動化裝置（微機保護）不死機，可以正常工作。但并不等于對繼電保護跳閘沒有影響。如果變配電站站內(nèi)發(fā)生短路事故時交流操作電源的切換時間為0.5 S，雖然變配電站綜合自動化裝置（微機保護）在交流操作電源0.5 S之內(nèi)不死機，發(fā)生短路事故時仍可以發(fā)出跳閘命令，但操動機構(gòu)在操作電源0.5 S恢復(fù)后才能跳閘。此時跳閘時間就要延長約0.5 S，繼電保護的選擇性就會受到破壞而發(fā)生越級跳閘。
變配電站綜合自動化裝置（微機保護）保護跳閘出口固有動作時間為35mS。如果交流操作電源備用電源切換時間為20 mS，此時就可以滿足繼電保護動作要求。因為變配電站綜合自動化裝置（微機保護）在20 mS 之內(nèi)不會死機，短路事故發(fā)生35mS后仍能發(fā)出跳閘命令，此時交流操作電源已恢復(fù)，操動機構(gòu)的跳閘時間也不會受到影響。所選用的UPS不間斷電源或逆變電源切換時間不大于20 mS就可以滿足要求，但必須為低電壓切換，不能為無壓切換。
7 直流電源屏功能擴展
變配電站有人或少人值班時應(yīng)有中央信號報警。不采用變配電站綜合自動化系統(tǒng)，以及采用變配電站綜合自動化系統(tǒng)后，無計算機時，應(yīng)設(shè)計中央信號分路報警。采用變配電站綜合自動化系統(tǒng)后，有計算機時，計算機可以實現(xiàn)報警，需要時可設(shè)計中央信號集中報警。作為變配電站綜合自動化系統(tǒng)計算機報警的后備。
采用變配電站綜合自動化系統(tǒng)后，計算機電源可以直接由交流電源屏引出；計算機就不再需要后備電源。直流操作可以由直流電源屏內(nèi)的直流220V電源，給算機的供電電源，此時計算機也不再需要后備電源。
交直流電源屏功能擴展后，可增加中央信號集中或分路報警功能。此時可以減少變配電站的設(shè)備與站地面積以及設(shè)計與施工工作量，節(jié)約投資。
8 交直流電源屏選擇
直流電源屏已經(jīng)有定型產(chǎn)品，設(shè)計時可以直接選用。直流電源屏采用智能化開關(guān)電源充電摸塊與先進的監(jiān)控摸塊，可控硅充電方案已不再采用。監(jiān)控摸塊不僅可以對充電摸塊進行控制，還可以對直流電源屏各種電氣參數(shù)進行監(jiān)測與顯示，對直流電源屏各種故障進行報警，并可通過RS-485串行通信接口將各種電氣參數(shù)與故障信息向外發(fā)送。通過計算機系統(tǒng)集成，直流電源屏與變配電站綜合自動化裝置（微機保護）組成計算機系統(tǒng)，實現(xiàn)變配電站現(xiàn)代化管理。無人值班的變配電站直流電源屏的報警信號還應(yīng)及時向調(diào)度發(fā)送。設(shè)計選用時只需提出電壓等級與蓄電池容量就可以了。蓄電池容量按照停電后繼續(xù)運行1小時來考慮。采用彈簧儲能或永磁操動機構(gòu)后，不考慮站內(nèi)事故照明時，蓄電池容量一般為10到20AH就可以了�？紤]站內(nèi)事故照明時，蓄電池容量需要增加到38AH以上。
交流操作電源屏還沒有定型產(chǎn)品可以直接選用，UPS不間斷電源或逆變電源的蓄電池容量可以按照上述原則來選擇。無人值班的變配電站報警信號也應(yīng)及時向調(diào)度發(fā)送。
9 結(jié)束語
操作電源在變配電站運行中占有非常重要的地位，其設(shè)計應(yīng)嚴(yán)格遵守電氣設(shè)計規(guī)范與設(shè)計手冊的規(guī)定。變電站綜合自動化裝置（微機保護）、智能化交直流電源屏以及永磁操動機構(gòu)等新產(chǎn)品在變電站中已經(jīng)得到推廣使用。在電氣設(shè)計規(guī)范與設(shè)計手冊還沒有隨著新產(chǎn)品的出現(xiàn)而及時修訂時，給變配電站設(shè)計帶來一些困難，因次需要大家在變配電站電氣設(shè)計與運行中不斷發(fā)現(xiàn)問題，展開廣泛的討論，從而使變配電站設(shè)計與運行不斷得到改進，新產(chǎn)品應(yīng)用不斷得到推廣。
