變電站操作電源有關(guān)問題分析(提綱)

1 變電站供電電源與操作電源

任何建筑物都需要有供電電源，變電站也不可能例外。變電站室內(nèi)照明與辦公用電以及開關(guān)柜柜內(nèi)照明、除濕器等需要供電電源外，還需要由操作電源給斷路器保護(hù)控制回路、信號(hào)回路、繼電保護(hù)與監(jiān)控裝置供電，才能夠保證變電站可靠運(yùn)行。
為開關(guān)柜或配電間隔中的斷路器、電動(dòng)負(fù)荷開關(guān)與電動(dòng)隔離開關(guān)操動(dòng)機(jī)構(gòu)儲(chǔ)能的電源應(yīng)稱為儲(chǔ)能電源，但習(xí)慣上稱為合分閘電源；斷路器、電動(dòng)負(fù)荷開關(guān)與電動(dòng)隔離開關(guān)合分閘操作回路電源稱為保護(hù)與控制電源；反映斷路器、負(fù)荷開關(guān)與各種隔離開關(guān)合分閘位置的信號(hào)回路，以及微機(jī)保護(hù)與監(jiān)控裝置信號(hào)輸入回路電源稱為信號(hào)電源；微機(jī)保護(hù)與監(jiān)控裝置本身需要的電壓稱為裝置電源，上述儲(chǔ)能（合分閘）回路、保護(hù)與控制回路、信號(hào)回路以及微機(jī)保護(hù)與監(jiān)控裝置需要的電源，總稱為變電站操作電源。
開關(guān)柜柜內(nèi)照明、除濕器以及變電站室內(nèi)照明與辦公用電等需要的電源，可靠性也有較高要求，但設(shè)計(jì)上與變電站操作電源還是有區(qū)別的。

2 變電站供電電源設(shè)計(jì)

1）變電站的供電電源需要設(shè)計(jì)兩路電源供電，大中型變電站可設(shè)計(jì)兩臺(tái)所用變，可由變壓器低壓側(cè)取得220／380V電源時(shí)，可設(shè)計(jì)一臺(tái)所用變。小型變電站一般由變壓器低壓側(cè)取得220／380V電源，同時(shí)可選用容量為400VA以上的電壓互感器，經(jīng)過容量為400VA以上的100／220V升壓變壓器升壓后作為操作電源。
2）變電站操作電源可靠性要求非常高，需要單獨(dú)設(shè)計(jì)。開關(guān)柜柜內(nèi)照明、除濕器以及變電站室內(nèi)照明與辦公用電等電源；當(dāng)變電站在某一建筑物內(nèi)部時(shí)，可以與建筑物內(nèi)部備用電源統(tǒng)一考慮；當(dāng)變電站為獨(dú)立建筑物時(shí)，供電電源由所用變引出后，需要備用電源時(shí)宜另行設(shè)計(jì)，否則會(huì)增加操作電源的容量與投資，也會(huì)影響到操作電源的可靠性。
3）直流電源有關(guān)技術(shù)指標(biāo)
（1）國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《繼電保護(hù)和安全自動(dòng)裝置技術(shù)規(guī)程》（GB／T14285－2006）第6.3.1條規(guī)定：繼電保護(hù)和安全自動(dòng)裝置的直流電源，電壓紋波系數(shù)應(yīng)不大于2%，最低電壓不低于額定電壓的85%，最高電壓不高于額定電壓的110%。第6.1.5條c）規(guī)定：操作回路在最大負(fù)荷時(shí)，電源引出端到斷路器分、合閘線圈的電壓降不應(yīng)超過額定電壓的10%，這里可能是針對(duì)戶外變電站而言。
（2）國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《電力裝置的繼電保護(hù)和安全自動(dòng)裝置設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB／T50062－2008）第15.3.1條規(guī)定：繼電保護(hù)和安全自動(dòng)裝置應(yīng)由可靠的直流電源裝置（系統(tǒng)）供電。直流母線電壓允許波動(dòng)范圍為85～110%，紋波系數(shù)應(yīng)不大于1%。電壓允許波動(dòng)范圍與《繼電保護(hù)和安全自動(dòng)裝置技術(shù)規(guī)程》（GB／T14285－2006）要求相同，紋波系數(shù)要求比其大于1%。
斷路器產(chǎn)品樣本中，彈簧儲(chǔ)能操動(dòng)機(jī)構(gòu)儲(chǔ)能電動(dòng)機(jī)的電壓允許波動(dòng)范圍為85～120%，功率為50～300W，儲(chǔ)能時(shí)間為6～8s，所以屬于短時(shí)運(yùn)行負(fù)荷。為保證事故跳閘的可靠性，合分閘閘線圈的電壓允許波動(dòng)范圍為65～120%，電流為3～5A，合分閘時(shí)間20～50ms，屬于瞬時(shí)性負(fù)荷。信號(hào)燈（每個(gè)0.5～1W）與微機(jī)保護(hù)與監(jiān)控裝置供電電源（每個(gè)5～10W）屬于長(zhǎng)期運(yùn)行負(fù)荷。
4）操作電源交流輸入電源的切換問題
操作電源一般都設(shè)計(jì)兩路交流輸入電源，是否需要自動(dòng)切換需要展開討論。自動(dòng)切換需要設(shè)計(jì)兩個(gè)接觸器或中間繼電器進(jìn)行切換，其中一個(gè)經(jīng)常帶電運(yùn)行，發(fā)生損壞的情況時(shí)有發(fā)生。由于有蓄電池作為后備，有中央信號(hào)系統(tǒng)的變電站可以設(shè)計(jì)為人工手動(dòng)切換，但二者需要有連鎖，防止同時(shí)合閘。操作電源電流不超過5A時(shí)，可以采用轉(zhuǎn)換開關(guān)進(jìn)行切換。

3 變電站操作電源可靠性要求

變電站操作電源消失后，除永磁操動(dòng)機(jī)構(gòu)外，可以人工手動(dòng)儲(chǔ)能與進(jìn)行合分閘操作；但保護(hù)與監(jiān)控裝置就會(huì)停止運(yùn)行，變電站就會(huì)在無(wú)繼電保護(hù)情況下運(yùn)行；此時(shí)一旦發(fā)生事故就會(huì)引起越級(jí)跳閘，不僅會(huì)造成全站停電，由于上一級(jí)繼電保護(hù)作為后備保護(hù)都帶有延時(shí)，所以斷路器與變壓器很容易被損壞，加大經(jīng)濟(jì)損失。所以變電站操作電源的可靠性必須保證，變電站負(fù)荷等級(jí)越高，操作電源的可靠性要求就越高。
4 變電站操作電源種類
1）變電站操作電源分為交流與直流兩種，又分別稱為交流操作與直流操作。
2）交流操作
交流操作的操作電源可直接取此所用變、變壓器220／380V側(cè)，或電壓互感器（需要設(shè)計(jì)100／220V升壓變壓器）。由此可見交流操作電源簡(jiǎn)單、成本低但可靠性差，只能夠用于無(wú)一二級(jí)負(fù)荷的中小型變電站。為保證發(fā)生事故時(shí)可靠跳閘，采取電容儲(chǔ)能與利用電流脫扣器跳閘等。目前微機(jī)保護(hù)只能夠通過跳閘線圈跳閘（分勵(lì)脫扣），所以選用微機(jī)保護(hù)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。
3）直流操作
直流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(jí)的蓄電池，平時(shí)由AC220／380V交流電源通過整流后供電，并給蓄電池浮充電。AC220／380V交流電源斷電后，自動(dòng)而且無(wú)延時(shí)（又稱為無(wú)擾動(dòng)）切換到由蓄電池供電，所以其供電可靠性非常高，廣泛應(yīng)用于可靠性要求高的變電站。但目前直流屏存在價(jià)格高以及蓄電池壽命短、需要定期充放電活化與檢測(cè)困難等問題。

5 變電站操作電源電壓等級(jí)選擇

1）由于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。
2) 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，其中電磁操作機(jī)構(gòu)由于合閘電流大，應(yīng)采用DC220V。彈簧儲(chǔ)能操動(dòng)機(jī)構(gòu)與永磁操動(dòng)機(jī)構(gòu)采用直流操作時(shí)，應(yīng)選用DC110V電壓等級(jí)。國(guó)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(chǔ)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(jí)，但并沒有引起大家的重視。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。

6 變電站操作電源容量選擇

1）變電站操作電源容量選擇目前有關(guān)電氣設(shè)計(jì)規(guī)范與設(shè)計(jì)規(guī)程中還沒有作出明確規(guī)定，這就給變電站操作電源設(shè)計(jì)帶來一定困難。
2）交流操作
原中國(guó)航空工業(yè)規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院組編的《工業(yè)與民用建筑配電設(shè)計(jì)手冊(cè)》第八章 變電所二次回路，第一節(jié) 變、配電所常用操作電源，二 交流操作電源（408頁(yè)）中提出交流操作電源采用UPS不間斷電源后，繼電保護(hù)就可以采用分勵(lì)脫扣線圈（跳閘線圈）來跳閘，不再采用電流脫扣器線圈（跳閘線圈）來跳閘，從而免去繼電器強(qiáng)力切換接點(diǎn)容量校驗(yàn)和電流脫扣器線圈動(dòng)作可靠性校驗(yàn)兩項(xiàng)特殊的繼電保護(hù)整定計(jì)算。UPS不間斷電源容量不宜超過3kVA，中小型變電站一般選用1kVA。
3）直流操作
（1）直流操作電源的容量除輸出功率外，還有一個(gè)蓄電池容量問題。現(xiàn)在許多設(shè)計(jì)者只注意直流屏的蓄電池容量（Ah數(shù)），輸出功率為外部交流電源供電時(shí)整流電源（新產(chǎn)品為開關(guān)電源模塊）的輸出功率，還考慮外部交流電源斷電后，由蓄電池供電時(shí)，蓄電池的輸出功率與供電時(shí)間，供電時(shí)間決定于蓄電池的容量（Ah數(shù)）。
（2）直流操作電源的輸出功率按照變電站所有長(zhǎng)期運(yùn)行負(fù)荷的1.2～1.5倍來選擇，并考慮1～2個(gè)短期運(yùn)行負(fù)荷，瞬時(shí)性負(fù)荷由于允許電壓降低到65%，可以不考慮。
（3）我院組編的《工業(yè)與民用配電設(shè)計(jì)手冊(cè)》（第三版）第八章 變電所二次回路，第一節(jié) 變、配電所常用操作電源，一 直流操作電源（389頁(yè)）中對(duì)直流負(fù)荷計(jì)算有比較詳細(xì)介紹，目前可以作為直流操作電源容量選擇的參考。

7 變電站操作電源設(shè)計(jì)時(shí)需要展開討論的問題

1）交流操作與直流操作的問題
變電站采用微機(jī)保護(hù)與監(jiān)控后，是否還采用交流操作一直是需要大家展開討論的一個(gè)問題。交流操作中，繼電保護(hù)采用電流脫扣器時(shí)，繼電保護(hù)就可以不考慮備用電源；而采用微機(jī)保護(hù)與監(jiān)控后，繼電保護(hù)通過分勵(lì)線圈跳閘，監(jiān)控需要遙控合分閘，操作電源與裝置電源消失，保護(hù)與監(jiān)控能夠就會(huì)消失，就必須考慮備用電源。微機(jī)保護(hù)可以可以通提高繼電保護(hù)功能，監(jiān)控可以提高變電站自動(dòng)化水平，所以一些小型變電站也開始采用微機(jī)保護(hù)與監(jiān)控，由于直流操作需要采用直流屏，其容量大價(jià)格就高，這樣出現(xiàn)如何選擇操作電源的問題。
目前交流操作都選用UPS不間斷電源作為后備電源。按照有關(guān)規(guī)定變電站UPS電源應(yīng)采用在線式，但在線式UPS電源價(jià)格高，許多設(shè)計(jì)就采用后備式UPS電源。另外UPS電源不適合電感性負(fù)載，所以交流電源屏設(shè)計(jì)時(shí)只好將彈簧儲(chǔ)能電源（合分閘電源）直接引出，不經(jīng)過UPS電源。如果能夠開發(fā)出容量小價(jià)格低的直流電源，需要微機(jī)保護(hù)與監(jiān)控的變電站就可以直接選用直流操作，因?yàn)榻涣鞑僮餍盘?hào)回路干擾大，有些微機(jī)保護(hù)與監(jiān)控裝置信號(hào)輸入回路還不能夠采用交流電源。
2）交流操作UPS電源有關(guān)問題
在線式UPS電源價(jià)格高，后備式UPS電源價(jià)格雖然低一些但可靠性差，而且UPS電源都不宜帶感性負(fù)載，UPS電源容量按照kVA計(jì)算，后備電源投入運(yùn)行的時(shí)間按照全負(fù)荷情況下允許運(yùn)行的時(shí)間計(jì)算，一般有15與30分鐘以及1與3小時(shí)等。所以UPS電源不十分適用于作為變電站操作電源。所以開發(fā)容量小價(jià)格低的直流電源，對(duì)于推廣變電站微機(jī)保護(hù)與監(jiān)控，提高變電站自動(dòng)化水平還是有一定意義的。
3）直流操作電源電壓等級(jí)選擇問題
由于目前蓄電池只能夠串聯(lián)，還不能夠并聯(lián)，直流屏內(nèi)的蓄電池都是串聯(lián)。例如38Ah直流屏，如果操作電壓為DC220V，考慮到浮充電的需要，就需要選用20節(jié)電壓為12V的38Ah蓄電池，形成C240V電壓作為彈簧儲(chǔ)能電源（又稱為合分閘電源，簡(jiǎn)稱合母），然后經(jīng)過降壓模塊形成DC220V電壓作為控制與信號(hào)及保護(hù)與監(jiān)控裝置電源（簡(jiǎn)稱控母）。
如果直流操作選用DC110V電壓，同樣為38AH的直流屏，只需要10節(jié)電壓為12V蓄電池串聯(lián)。形成DC120V電壓作為彈簧儲(chǔ)能電源，然后經(jīng)過降壓模塊形成DC110V電壓作為控制與信號(hào)電源，這樣直流屏的價(jià)格就可以降低。
由于彈簧儲(chǔ)能操動(dòng)機(jī)構(gòu)的儲(chǔ)能電動(dòng)機(jī)與合分閘線圈功率都比較小，儲(chǔ)能電動(dòng)機(jī)最大為600W，隨著節(jié)能技術(shù)的推廣，現(xiàn)在一般只有幾十瓦；合分閘線圈電流一般都小于5A,，而且都是瞬時(shí)工作，雖然電壓降低一半，相同功率情況下負(fù)載電流會(huì)增加一倍，但增加的絕對(duì)值并不大。永磁操動(dòng)機(jī)構(gòu)的儲(chǔ)能與合分閘電流更小，一般都小于0.5A，操作電源更應(yīng)該選用110V電壓。
經(jīng)過各種技術(shù)交流與有關(guān)雜志不斷宣傳，直流操作電源采用110V電壓的意義逐步被大家認(rèn)可，但還需要繼續(xù)做好宣傳推廣工作。
直流DC48V電壓也是操作電源的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)電壓中的一種，過去在弱電集控中都采用直流DC48V電壓，現(xiàn)在配電網(wǎng)自動(dòng)化中環(huán)網(wǎng)柜與箱式變壓器的監(jiān)控電源還采用直流DC48V電壓。采用直流DC48V電壓給直流電源確實(shí)給操作電源帶來許多好處，也會(huì)有較大的社會(huì)與經(jīng)濟(jì)效益，但在變電站操作電源中推廣，儲(chǔ)能與合分閘電源的電壓等級(jí)就要采用DC48V，要推廣還有較大困難。
4）直流操作電源蓄電池容量（Ah數(shù)）與額定電壓有關(guān)問題
（1）直流屏蓄電池容量計(jì)算
直流屏的蓄電池容量一般都用安時(shí)數(shù)（Ah數(shù)）表示，時(shí)數(shù)（Ah數(shù)）需要根據(jù)變電站操作電源所帶負(fù)荷大小與允許交流電源停電的時(shí)間來確定�，F(xiàn)在有關(guān)電氣設(shè)計(jì)規(guī)范、電氣技術(shù)規(guī)程與電氣設(shè)計(jì)手冊(cè)還沒有比較明確的規(guī)定。《工業(yè)與民用建筑配電設(shè)計(jì)手冊(cè)》第八章的第一節(jié)操作電源負(fù)荷計(jì)算中，提出的最大事故時(shí)間按照兩個(gè)小時(shí)計(jì)算。這就給直流屏蓄電池容量計(jì)算帶來一些困難。
（2）直流屏蓄電池安時(shí)數(shù)（Ah數(shù)）與額定電壓
蓄電池在出廠時(shí)已經(jīng)標(biāo)注安時(shí)數(shù)（Ah數(shù)）與額定電壓等參數(shù)，但安時(shí)數(shù)（Ah數(shù)）與額定電壓還有許多內(nèi)容。安時(shí)數(shù)（Ah數(shù)）實(shí)際上是10h放電率標(biāo)稱容量，對(duì)于標(biāo)注為38Ah的蓄電池，容量為38／10＝3.8A放電電流，放電時(shí)間為10h。除額定電壓外還有浮充電電壓、放電初期保持的電壓與放電末期保持的電壓。蓄電池串聯(lián)連接時(shí)安時(shí)數(shù)（Ah數(shù)）必須相同，蓄電池串聯(lián)連接時(shí)額定電源必須相同。
（3）直流屏輸出電壓
直流屏輸出電壓有DC110V與DC220V兩種。免維護(hù)蓄電池組每節(jié)額定電壓為DC12V，現(xiàn)有直流屏蓄電池均采用串聯(lián)連接，直流屏輸出電壓為DC110V時(shí)，考慮到從浮充電電壓到放電初期保持電壓的電壓降低，需要額定電壓為DC12V的免維護(hù)蓄電池組10節(jié)（10×12＝120V）。直流屏輸出電壓為DC220V時(shí)，考慮到從浮充電電壓到放電初期保持電壓的電壓降低，需要額定電壓為DC12V的免維護(hù)蓄電池組20節(jié)（20×12＝240V）。DC240V只能夠作為儲(chǔ)能電源，需要通過降壓模塊降低到DC220V作為控制、信號(hào)與微機(jī)保護(hù)與監(jiān)控裝置電源。
蓄電池串聯(lián)連接如果有一節(jié)內(nèi)阻變大，就會(huì)引起發(fā)熱增加，發(fā)熱增加又會(huì)引起內(nèi)阻，結(jié)果就會(huì)造成這一節(jié)蓄電池故障，由于是串聯(lián)連接，一旦有一節(jié)蓄電池故障，就會(huì)影響到整個(gè)直流屏蓄電池供電的可靠性�，F(xiàn)在變電站操作電源負(fù)荷隨著一次與二次設(shè)備新產(chǎn)品的出現(xiàn)越來越小，所以變電站操作電源設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)優(yōu)先選用DC110V額定電壓�，F(xiàn)在有一種并聯(lián)輸出的直流電源新產(chǎn)品，只將兩節(jié)蓄電池串聯(lián)，然后采用直流升壓技術(shù)，將電壓提高到DC110V或DC220V，直流電源蓄電池容量通過蓄電池組并聯(lián)解決。這樣更大限度的減小一節(jié)蓄電池故障對(duì)整個(gè)直流屏蓄電池供電的可靠性的影響，此時(shí)變電站操作電源設(shè)計(jì)時(shí)也應(yīng)優(yōu)先選用DC110V額定電壓。
（4）采用直流升壓的直流電源蓄電工作時(shí)間計(jì)算
有些直流電源是采用直流升壓的方案，其優(yōu)點(diǎn)是可減少蓄電池串聯(lián)數(shù)量，可提高操作電源的可靠性，但直流屏容量也隨之減小，用于操作電源負(fù)荷小中小型變電站還是可以的。如何確定蓄電池容量與直流屏容量的換算需要展開討論。
假設(shè)一組由兩節(jié)額定容量為20 Ah與額定電壓為12V的蓄電池串聯(lián)后，再經(jīng)過升壓到DC110V，如果操作電源負(fù)荷為100W，直流電源蓄電工作時(shí)間應(yīng)為：
｛2×〔20 Ah×12V〕｝／100W＝｛2×〔20 A×1h×12V〕｝／100W
＝｛2×〔20 A×12V〕×1h｝／100W
＝｛2×〔240W〕×1H｝／100W
＝480 W〕×1H／100W＝4.8h
如果直流屏輸出電壓為DC110V，負(fù)荷功率為100W時(shí)，負(fù)荷電流為：
100W／110V＝0.91A，如果負(fù)荷功率小于100W，直流電源蓄電工作時(shí)間就會(huì)大于4.8h。
以上換算只是定性估算，實(shí)際計(jì)算時(shí)需要根據(jù)蓄電池容量換算系數(shù)進(jìn)行換算，容量換算系數(shù)為給定終止電壓值下蓄電池放電電流與蓄電池10h放電率標(biāo)稱容量的比值。
5）變電站操作電源負(fù)荷計(jì)算有關(guān)問題
（1）直流操作電源蓄電池容量（Ah）
直流操作電源蓄電池工作時(shí)間取決于蓄電池容量（Ah）與所帶的負(fù)載大小，蓄電池容量（Ah）不僅直接關(guān)系到直流屏的造價(jià)，蓄電池?cái)?shù)量過多還增加了操作電源的故障率。隨著變電站二次設(shè)備功能的不斷改進(jìn)，所消耗的功率也在不斷降低，如何比較準(zhǔn)確的計(jì)算變電站操作電源負(fù)荷，合理選擇直流電源容量需要大家展開討論。
（2）變電站操作電源負(fù)荷分類
變電站操作電源負(fù)荷分為長(zhǎng)期運(yùn)行負(fù)荷、短期運(yùn)行負(fù)荷與瞬時(shí)運(yùn)行負(fù)荷三類。
（3）長(zhǎng)期運(yùn)行負(fù)荷
變電站操作電源長(zhǎng)期運(yùn)行負(fù)荷包括各種指示信號(hào)燈與微機(jī)保護(hù)與監(jiān)控裝置用電。指示信號(hào)燈每個(gè)斷路器包括合閘與分閘、手車運(yùn)行與試驗(yàn)位置指示以及儲(chǔ)能狀況指示共計(jì)5個(gè)，但斷路器合閘與分閘、手車運(yùn)行與試驗(yàn)位置指示只有一種狀態(tài)出現(xiàn)，所以信號(hào)燈可按照三個(gè)統(tǒng)計(jì)，微機(jī)保護(hù)與監(jiān)控裝置也可按照一統(tǒng)計(jì)。
現(xiàn)在信號(hào)燈均為半導(dǎo)體發(fā)光二極管節(jié)能型信號(hào)燈，半導(dǎo)體發(fā)光二極管信號(hào)燈產(chǎn)品樣本與說明書中，一般只有工作電壓沒有工作電流，只能夠根據(jù)半導(dǎo)體發(fā)光二極管工作電流確定為5～8mA，一般為四個(gè)發(fā)光二極管串聯(lián)后再加限流電阻組成，對(duì)于DC220V與DC110V電壓，限流電阻不同，但工作電流仍然為5～8mA，所以DC220V電壓功耗為1.76W，DC110V電壓功耗反而降低為0.8W。半導(dǎo)體發(fā)光二極管在電壓為幾十伏就可以工作，估計(jì)電源功耗一般不會(huì)＞1W，當(dāng)然可以實(shí)際測(cè)量出其電源功耗，但是不一定能夠選到有代表性的產(chǎn)品，不過也可以作為參考。
微機(jī)保護(hù)與監(jiān)控裝置每個(gè)斷路器只有一種，新老產(chǎn)品電源功耗差別比較大。新的電子元器件功耗越來越小，電子元器件功耗大的老產(chǎn)品逐步被淘汰，另外有些微機(jī)保護(hù)與監(jiān)控裝置產(chǎn)品本身電源功耗表示也有一定問題，有些產(chǎn)品表示為＜5W，或＜10W，這就給變電站操作電源負(fù)荷統(tǒng)計(jì)的準(zhǔn)確性帶來一定困難。
微機(jī)保護(hù)與監(jiān)控裝置的電源功耗一般是根據(jù)裝置內(nèi)部的開關(guān)電源模塊規(guī)格來估算。內(nèi)部的開關(guān)電源模塊輸入電壓為85～256V，輸出為DC5V／1A與DC24V／0.2A。因此就估算為＜5W，或＜10W。DC5V供電給CPU與各種接口芯片以及液晶顯示屏，液晶顯示屏平時(shí)一直處于暗屏運(yùn)行，可列入短期運(yùn)行負(fù)荷，DC24V／0.2A供電給各種出口繼電器，繼電器只有在保護(hù)動(dòng)作與需要報(bào)警時(shí)才動(dòng)作，所以也應(yīng)列入短期運(yùn)行負(fù)荷。另外開關(guān)電源模塊容量選擇也一定裕度，作為長(zhǎng)期運(yùn)行負(fù)荷每個(gè)微機(jī)保護(hù)或監(jiān)控裝置電源功耗按照＜5W考慮還是可以的。當(dāng)然可以實(shí)際測(cè)量出其電源功耗，但是不一定能夠選到有代表性的產(chǎn)品，不過也可以作為參考。
高壓真空接觸器動(dòng)作后，線圈一直處于吸合狀態(tài)，應(yīng)屬于長(zhǎng)期運(yùn)行負(fù)荷，線圈吸合后保持功率比較大，吸合時(shí)起動(dòng)功率更大，但吸合時(shí)起動(dòng)功率可按照瞬時(shí)運(yùn)行負(fù)荷計(jì)算。由于變電站設(shè)計(jì)中高壓真空接觸器采用的比較少，遇到時(shí)可以另行計(jì)算。
（4）短期運(yùn)行負(fù)荷
斷路器儲(chǔ)能、電動(dòng)負(fù)荷開關(guān)合閘都屬于短期運(yùn)行負(fù)荷，彈簧儲(chǔ)能電動(dòng)機(jī)功率老產(chǎn)品有的達(dá)到600W，現(xiàn)在新產(chǎn)品為幾十瓦，可以按照＜100W考慮，永磁機(jī)構(gòu)為電容器儲(chǔ)能，儲(chǔ)能電流只有幾十個(gè)毫安，可以按照＜20W考慮，儲(chǔ)能時(shí)間均＜10s。電動(dòng)負(fù)荷開關(guān)合閘電流比較大一些，可以按照＜300W考慮，合閘時(shí)間＜10s。
一個(gè)變電站在自動(dòng)重合閘與備用電源自投動(dòng)作時(shí)，會(huì)出現(xiàn)自動(dòng)合閘，但不會(huì)同時(shí)出現(xiàn)兩個(gè)以上斷路器同時(shí)合閘，人工或遠(yuǎn)方調(diào)度遙控合閘更不會(huì)出現(xiàn)兩個(gè)以上斷路器同時(shí)合閘。所以短期運(yùn)行負(fù)荷可以按照兩個(gè)斷路器同時(shí)儲(chǔ)能來考慮。
如果出現(xiàn)兩個(gè)斷路器同時(shí)儲(chǔ)能，操作電源電壓出現(xiàn)波動(dòng)，只要操作電源電壓保證不低壓額定電壓的85%就能夠滿足要求。
（5）瞬時(shí)運(yùn)行負(fù)荷
斷路器合分閘與負(fù)荷開關(guān)分閘都屬于瞬時(shí)運(yùn)行負(fù)荷。有些操動(dòng)機(jī)構(gòu)產(chǎn)品樣本或說明書中合分閘線圈標(biāo)注的是功率，直流為W，交流為kVA，有些操動(dòng)機(jī)構(gòu)產(chǎn)品樣本或說明書中合分閘線圈標(biāo)注的電流，一般＜3A，但沒有強(qiáng)調(diào)不同額定電壓下合分閘電流相同還是不相同，現(xiàn)在均為真空斷路器，合分閘時(shí)機(jī)構(gòu)動(dòng)作時(shí)間很短，一般小于幾十毫秒。這些都會(huì)給變電站操作電源瞬時(shí)運(yùn)行負(fù)荷統(tǒng)計(jì)的準(zhǔn)確性帶來一定困難。
變電站出線如果發(fā)生短路事故繼電保護(hù)動(dòng)作后，萬(wàn)一斷路器機(jī)構(gòu)出現(xiàn)故障拒動(dòng)，要由變電站電源進(jìn)線斷路器繼電保護(hù)動(dòng)作來跳閘，此時(shí)就會(huì)出現(xiàn)兩個(gè)斷路器同時(shí)分閘，所以變電站瞬時(shí)運(yùn)行負(fù)荷可按照兩個(gè)斷路器同時(shí)分閘來考慮。

當(dāng)瞬時(shí)運(yùn)行負(fù)荷出現(xiàn)時(shí)，操作電源電壓保證不低壓額定電壓的85%就能夠滿足要求。斷路器合分閘的時(shí)間一般小于幾十毫秒，但在發(fā)生斷路器機(jī)構(gòu)出現(xiàn)故障拒動(dòng)，要等上一級(jí)繼電保護(hù)動(dòng)作跳閘，就要按照繼電保護(hù)配合動(dòng)作時(shí)間來考慮，一般為1s左右。此時(shí)操作電源電壓應(yīng)保證不低于額定電壓的85%，為了保證事故跳閘的可靠性，跳閘線圈的最低允許電壓為65%。
6）照明等其他用電負(fù)荷
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，操作電源發(fā)生事故，就可能引起或擴(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)荷宜與操作電源分開設(shè)計(jì)，就可以減小操作電源的容量，提高操作電壓的可靠性，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。
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，所以除濕可能在停電時(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。
7）直流操作電源容量（Ah）估算列舉
（1）變電站操作電源負(fù)荷計(jì)算分析
按照我院組編的《工業(yè)與民用配電設(shè)計(jì)手冊(cè)》（第三版）第八章 變電所二次回路，第一節(jié)變、配電所常用操作電源，一 直流操作電源（389頁(yè)）提供的有關(guān)資料：
經(jīng)常性負(fù)荷：信號(hào)燈與位置指示器每個(gè)為3～5W，光字牌每個(gè)為2×15W，繼電器每個(gè)為5～7W，微機(jī)保護(hù)裝置每個(gè)為80W。
采用微機(jī)保護(hù)后，光字牌與繼電器可以不考慮，每路進(jìn)出線只考慮合分閘狀態(tài)、手車運(yùn)行與試驗(yàn)位置狀態(tài)以及儲(chǔ)能狀態(tài)三組信號(hào)燈，一個(gè)微機(jī)保護(hù)裝置，如果變電站有20面高壓開關(guān)柜，經(jīng)常性負(fù)荷為：
20×（3×3＋80）W＝20×89＝1780W；
電壓為110V時(shí)，電流 I＝1780／110＝16.18A，蓄電池容量為38Ah，交流電源停電后，蓄電池工作時(shí)間為：38 Ah／16.18A＝3.35h
但現(xiàn)在信號(hào)燈的功率消耗一般小于1W，微機(jī)保護(hù)裝置的功率消耗一般小于10W，這樣經(jīng)常性負(fù)荷為：
20×（3×1＋10）W＝20×13＝260W；
電壓為110V時(shí)，電流I＝260／110＝2.36A，蓄電池容量為38Ah，交流電源停電后，蓄電池工作時(shí)間為：38 Ah／2.36A＝16.10h；
二者相差還是比較大的。
現(xiàn)在有關(guān)電氣設(shè)計(jì)規(guī)范與電氣設(shè)計(jì)規(guī)程對(duì)交流電源停電后，直流電源蓄電池的工作時(shí)間都沒有作出規(guī)定，只有我院組編的《工業(yè)與民用配電設(shè)計(jì)手冊(cè)》（第三版）第八章 變電所二次回路，第一節(jié)中在計(jì)算蓄電池容量選擇系數(shù)時(shí)，最大放電時(shí)間時(shí)間按照大于2h考慮。由于電磁操作合閘電流大于100A,所以直流屏蓄電池容量（Ah數(shù)）就要大于100Ah。采用彈簧儲(chǔ)能操動(dòng)機(jī)構(gòu)后，合分閘與儲(chǔ)能回路電流只有幾個(gè)安培，直流屏蓄電池容量（Ah數(shù)）減小到多少，一直沒有定論，過去一般選80或60Ah。經(jīng)過一段討論，再考慮到超過38Ah，直流屏就需要兩面屏， 38Ah已經(jīng)能夠被大家認(rèn)可�，F(xiàn)在又出現(xiàn)了蓄電池容量（Ah數(shù)）較小的掛墻式直流電源。實(shí)際上變電站直流屏蓄電池容量（Ah數(shù)）根據(jù)負(fù)荷的可靠性等級(jí)與進(jìn)出線數(shù)量還可以減小。減小到多少目前還沒有明確的規(guī)范與規(guī)程作為依據(jù)，設(shè)計(jì)手冊(cè)也沒有作出規(guī)定，所以設(shè)計(jì)中只能夠根據(jù)實(shí)際需要來確定。
（2）變電站操作電源負(fù)荷計(jì)算示例
現(xiàn)在估算兩個(gè)斷路器數(shù)量不同的變電站直流操作電源容量（Ah），供大家參考：
以有三個(gè)斷路器的小型變電站為例：
信號(hào)燈的功率取于1W，微機(jī)保護(hù)裝置的功率取5W，如果不考慮儲(chǔ)能與合分閘時(shí)負(fù)荷，長(zhǎng)期運(yùn)行負(fù)荷為：
3×（3×1＋5）W＝3×8＝24W；
如果直流操作電源輸出電壓為DC110V時(shí)，按照蓄電池初始放電電壓11V，二者電壓之比為：
2×11／110＝0.2；
如果直流操作電源采用兩節(jié)容量為7.5Ah、額定電壓為12V的蓄電池串聯(lián)，直流操作電源輸出端的電壓為DC110V，輸出端的Ah為：
7.5×0.2Ah＝1.5 Ah，
直流操作電源負(fù)荷電流為：I＝24W／110V＝0.22A，
直流操作電源交流電源斷電后，蓄電池供電時(shí)間為：1.5 Ah／0.22A. ＝6.82h
以有五個(gè)斷路器的小型變電站為例：
信號(hào)燈的功率取于1W，微機(jī)保護(hù)裝置的功率取5W，如果不考慮儲(chǔ)能與合分閘時(shí)負(fù)荷，長(zhǎng)期運(yùn)行負(fù)荷為：
5×（3×1＋5）W＝5×8＝40W，
如果直流操作電源輸出電壓為DC110V時(shí)，按照蓄電池初始放電電壓11V，二者電壓之比為：
2×11／110＝0.2；
如果直流操作電源采用兩節(jié)容量為20Ah、額定電壓為12V的蓄電池串聯(lián)，直流操作電源輸出端的電壓為DC110V，輸出端的Ah為20×0.2Ah＝4.0 Ah.，
直流操作電源負(fù)荷電流為：I＝40W／110V＝0.36A，
直流操作電源交流電源斷電后，蓄電池供電時(shí)間為：
4.0 Ah／0.36A. ＝11.11h
以有十個(gè)斷路器的小型變電站為例：
信號(hào)燈的功率取于1W，微機(jī)保護(hù)裝置的功率取5W，如果不考慮儲(chǔ)能與合分閘時(shí)負(fù)荷，長(zhǎng)期運(yùn)行負(fù)荷為：
10×（3×1＋5）W＝10×8＝80W，
如果直流操作電源輸出電壓為DC110V時(shí)，按照蓄電池初始放電電壓11V，二者電壓之比為：
2×11／110＝0.2；
如果直流操作電源采用兩節(jié)容量為38Ah、額定電壓為12V的蓄電池串聯(lián)，直流操作電源輸出端的電壓為DC110V，輸出端的Ah為38×0.2Ah＝7.6 Ah.，
直流操作電源負(fù)荷電流為：I＝80W／110V＝0.73A，
直流操作電源交流電源斷電后，蓄電池供電時(shí)間為：
7.6 Ah／0.73A. ＝10.41h

8 直流操作電源設(shè)計(jì)需要注意的幾個(gè)問題

1）負(fù)荷開關(guān)合分閘控制
在環(huán)網(wǎng)柜與箱變中，目前一次系統(tǒng)采用高壓熔斷器加負(fù)荷開關(guān)接線方式還比較多。高壓熔斷器用于短路保護(hù)，負(fù)荷開關(guān)用于過負(fù)荷以及有配電網(wǎng)自動(dòng)化時(shí)正常的遙控合分閘操作。
負(fù)荷開關(guān)合閘由電動(dòng)機(jī)直接驅(qū)動(dòng)，電流比較大，時(shí)間也比較長(zhǎng)。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PUS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，應(yīng)選用可以驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)感性負(fù)荷的直流或交流電源。
2）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。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；但起動(dòng)后的保持電流比較小，一般只有幾十瓦，計(jì)算直流操作電源負(fù)荷時(shí)應(yīng)注意。

9 變電站操作電源發(fā)展方向

1）現(xiàn)有直流屏存在的問題
現(xiàn)有直流操作電源都為集中式，直流屏容量也比較大。操作電壓系統(tǒng)一旦發(fā)生故障，整個(gè)變電站的繼電保護(hù)與監(jiān)控都會(huì)失靈，如果此時(shí)變電站發(fā)生事故，繼電保護(hù)拒動(dòng)，迫使上一級(jí)繼電保護(hù)動(dòng)作，就會(huì)造成全站停電，大中型變電站發(fā)生此類事故還會(huì)影響電力系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行。變電站方式事故后有時(shí)會(huì)引起操作電源故障，操作電源故障后又會(huì)引起非正常跳閘，變電站事故統(tǒng)計(jì)中由于操作電源引起的事故，占有較大比例，所以電力系統(tǒng)大中型變電站要求設(shè)計(jì)兩臺(tái)直流電源系統(tǒng)，在變電站電氣設(shè)計(jì)與日后維護(hù)工作中都具有重要的地位。
現(xiàn)在直流屏蓄電池還為多個(gè)蓄電池串聯(lián)，其中一個(gè)蓄電池內(nèi)阻發(fā)生變化加大，就會(huì)影響蓄電池的出力，并會(huì)因?yàn)榇诵铍姵匕l(fā)熱加速內(nèi)阻變化，造成此蓄電池故障而引起整個(gè)操作電源故障。應(yīng)引起大家注意，進(jìn)行直流操作電源新產(chǎn)品開發(fā)。
2）小容量分布式直流操作電源新產(chǎn)品開發(fā)
現(xiàn)在變電站微機(jī)保護(hù)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)分布式結(jié)構(gòu)，采用變電站綜合自動(dòng)化與數(shù)字化系統(tǒng)。如果能夠開發(fā)出小容量分布式直流操作電源，變電站操作電源也可以向分布式結(jié)構(gòu)，以減小操作電壓故障造成的影響。
3）大中型變電站分布原則
大中型變電站可以按照不同電壓等級(jí)設(shè)計(jì)操作電源，對(duì)于大型變壓器等設(shè)備也可以設(shè)計(jì)專用的操作的電源，目前在變電站電氣設(shè)計(jì)中采用分布式直流操作電源還有較大困難，可以在老站改造進(jìn)行試驗(yàn)，取得一定經(jīng)驗(yàn)后在逐步推廣。
4）中小型變電站分布原則
中小型變電站可以將直流屏一分為二，安裝在電壓互感器或隔離柜內(nèi)，這樣也可以減小操作電源故障造成的影響。有些設(shè)計(jì)方案將操作電源分散安裝于每個(gè)開關(guān)柜內(nèi)，但造價(jià)增加太大，而且操作電源數(shù)量增加，發(fā)生故障的概率就會(huì)增加；另外只要有一個(gè)開關(guān)柜的操作電源發(fā)生故障，此開關(guān)柜出線發(fā)生事故時(shí)，就會(huì)引起越級(jí)跳閘；為此操作電源分散安裝于設(shè)計(jì)方案還需要大家展開討論。
上海有一家空壓機(jī)廠家的空壓機(jī)采用高壓電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)，設(shè)計(jì)院選用彈簧儲(chǔ)能操動(dòng)機(jī)構(gòu)，由于起動(dòng)頻繁，當(dāng)現(xiàn)場(chǎng)出現(xiàn)工藝設(shè)備故障需要緊急停車時(shí)，彈簧儲(chǔ)能操動(dòng)機(jī)構(gòu)跳閘回路機(jī)械部分發(fā)生故障而無(wú)法跳閘，致使工藝設(shè)備故障擴(kuò)大，造成幾十萬(wàn)元經(jīng)濟(jì)損失�？諌簷C(jī)廠家發(fā)函至各設(shè)計(jì)院要求今后設(shè)計(jì)采用高壓真空接觸器控制。高壓真空接觸器控制為但保持，斷開控制電源就可以停機(jī)。但此時(shí)控制電源的可靠性就要求非常高，采用一對(duì)一的小型直流電源就比較合理。
5）蓄電池智能化管理
蓄電池必須定期進(jìn)行充放電活化處理，應(yīng)開發(fā)利用單片機(jī)技術(shù)進(jìn)行自動(dòng)與遠(yuǎn)程控制的充放電活化處理，以延長(zhǎng)蓄電池的使用壽命。為了提高操作電源的可靠性，在發(fā)生單相一點(diǎn)接地時(shí)可以繼續(xù)運(yùn)行，操作電源都采用不接地運(yùn)行方式，還可以開發(fā)利用單片機(jī)技術(shù)進(jìn)行操作電源對(duì)地絕緣監(jiān)視的研究。
6）蓄電池串聯(lián)與并聯(lián)
目前蓄電池還不允許并聯(lián)運(yùn)行，可以進(jìn)行蓄電池組并聯(lián)運(yùn)行的研究，可以采用高壓電容器保護(hù)測(cè)量不平衡電壓或不平衡電流的方法，通過計(jì)算來監(jiān)視每組蓄電池的運(yùn)行狀況，簡(jiǎn)化蓄電池檢測(cè)電路。如果蓄電池組能夠并聯(lián)運(yùn)行，一旦有一組蓄電池發(fā)生故障，另外一組蓄電池還可以繼續(xù)工作，也可以提高操作電源的可靠性。

附錄：有關(guān)蓄電池資料摘錄
10小時(shí)放電率是指蓄電池按照10小時(shí)放電的設(shè)計(jì)，用規(guī)定的電流進(jìn)行放電。容量可以用實(shí)際數(shù)值表示，也可以用相對(duì)值來表示。
放電容量的計(jì)算方法：等于蓄電池額定放電電流×實(shí)際放電時(shí)間（實(shí)際容量，單位Ah）。如果用相對(duì)容量表示，可以用實(shí)際容量÷標(biāo)稱容量×100%來表示。
例如，一個(gè)2V500Ah的電池，10小時(shí)率容量是500Ah。500Ah是電池的標(biāo)稱容量。額定放電電流是500/10＝50安培。
該電池假設(shè)進(jìn)行容量放電測(cè)試，電池以50A放電，實(shí)際的放電持續(xù)時(shí)間是10.3小時(shí)，那么：蓄電池的實(shí)際容量＝50×10.3＝515Ah，
蓄電池的相對(duì)容量＝515÷500×100%＝103%
如標(biāo)稱6-FM-12（10HR）后面的10HR就是10小時(shí)率，其意義就是該電池在25度1個(gè)標(biāo)準(zhǔn)氣壓下，用1.2 安培放電持續(xù)時(shí)間10小時(shí)，終止電壓為10.5V。
6-FM-20（10HR） 就是2安培放電持續(xù)10小時(shí)。
10H-rate： 0.1C 放電至F.V.（終止電壓）=10.5V，T>10H為合格，C為電池容量，單位為AH。但是不能簡(jiǎn)單的用10小時(shí)率放電電流就是1/10=0.1這樣子來算，因?yàn)?0小時(shí)率為深度放電，容量損失可以忽略，而中、高率放電是有容損的，比如5H-rate的放電電流就是0.17C，3H-rate為0.25C，1H-rate為0.6C。
放電時(shí)間乘以放電電流就是十小時(shí)率容量了，除以標(biāo)稱容量得出的是相對(duì)容量多次重復(fù)可以驗(yàn)證cycle容量保存率。
12V是電瓶電壓，20安時(shí)是電瓶容量，容量和電壓沒關(guān)系，電壓可以相加，容量不能相加，因此是每個(gè)電瓶都是20安時(shí) 12v電瓶20安時(shí)是什么意思？
意思是：以12V的電壓（應(yīng)為初始放電電壓，一般為額定電壓12V的90%，終止放電電壓一般為額定電壓12V的75～80%），20A的電流放電，續(xù)航能力為1小時(shí)。
串聯(lián)提高電壓，但容量不變，并聯(lián)增加容量，但電壓不變。
12V是一個(gè)小電瓶電壓，20安時(shí)是電瓶容量，容量和電壓沒關(guān)系，電壓可以相加，容量不能相加，因此是每個(gè)電瓶都是20安時(shí)。
蓄電池組可以并聯(lián)運(yùn)行嗎？
可以，并聯(lián)增加蓄電池的容量。 回答者： 韓登寬 2008-10-10 07:39
可以。當(dāng)然可以,當(dāng)蓄電池并聯(lián)的時(shí)候,要以相同電壓相同容量的電池并聯(lián)為宜,并聯(lián)后,電壓不變,容量相加。 回答者： yao_cfn 2008-10-10 13:54