变电所操作电源

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1、小型变电所断路器操作电源的供电方式来源：农村电气化时间：2008-01-09字体： 大 中 小 江苏金湖县供电公司 刘建戈 在小型用户变电所以及开闭所中，由于开关柜的数量较少，线路结构简单，多为单回路进线，通常没有所用电或外电源，这给断路器的操作电源的选取带来了一定的困难。目前，小型变电所的断路器操作电源主要有以下几种方式：TV供电方式、DC供电方式、UPS供电方式。 典型的用户方案见图1，单回进线二条出线。高压用户的电费计量方式通常是高供高计，考虑到计量的独立性，要配置一台单独的高压计量柜，这样就需要四台高压柜。较为经济的方法是采用三台高压开关柜，将计量功能加到进线柜中。本文以三台10kV高

2、压开关柜来讨论，结论适用于35kV高压开关柜，同时由于电磁操作机构很少使用，本文涉及到的操作机构指弹簧操作机构。 来源:高压开关网 1 TV供电方式 TV为电压互感器，用来进行电压信号变换的电力设备。TV供电方式主要是利用TV向操作回路提供电源。一种方法是直接利用TV提供100V操作电源；另一种方式是由TV经过中间变压器提供220V操作电源。 因为TV的二次侧额定电压通常为100V，在选用断路器操作机构及其它元件时应将其工作电压定为100（110）V。考虑到断路器操作机构的分合闸及电机储能和保护设备的功率5，TV采取V形接线时，每只TV二次绕组容量应不小于500VA，采取Y形接线每只TV二次绕

3、组容量应不小于300VA。 在企业用户中，进线柜通常还承担电能计量的功能。而根据电能计量的要求，计量用TA或TV必须用独立的二次线圈，不能加装其它设备。TV供电方式，虽然断路器在分合闸时通常没有负荷，但电机储能可达数十秒钟，同时用来指示断路器分合闸状态的指示灯，以及保护元件的工作都会形成压降，致使电能计量误差，这是供电部门所不允许的。如果计量和操作回路分别使用一组TV，很难安装在一台高压开关柜中，势必要增加一台单独的高压计量柜而增加工程造价。对于这种情况，可以对TV采用二次侧双绕组的方式。一组精度为0.2级的绕组用于计量，另一组大容量绕组用于提供操作电源，见图2。 来源: 来源:来源:高压开关

4、网 图2中如果操作回路有整流器件，将在BK中产生谐波并耦合到计量回路中，对计量精度产生影响。操作回路电压的变化都有可能对计量产生影响。 在高压电源正常的情况下，TV供电可以满足断路器的分合闸要求。当电压互感器、变压器发生近区故障时，特别是高压母线或出线处发生两相或三相短路时，电压互感器安装处的残压非常低，二次电压迅速下降到低于断路器的分闸线圈的最低动作电压（额定工作电压的70%）。此时，若采有微机保护，保护设备将不能正常工作；若采用DL或GL系列电流继电器构成的保护，即使电流继电器动作，但由于操作电源电压过低，断路器将拒分，从而扩大事故范围，上一级保护动作，扩大停电范围。实践中，我们除了利用保

5、护的出口跳断路器，同时把断路器的过流脱扣线圈串入电流回路。在发生故障时，直接利用断路器操作机构上的过流脱扣器跳断路器。 使用过流脱扣器构成保护，也有潜在的不安全因素。故障时一旦GL电流断电器或ZJ5型中间继电器的接点配合不好，以及接点卡涩出现常开接点不能及时闭合，TA二次绕组还会出现开路的情况。由于此时流经TA一次侧的故障电流很大，会在二次侧产生很高的电压，会破坏TA的绝缘，烧毁二次回路，引起上一级保护动作扩大故障范围。 请登陆:高压开关网 浏览更多信息2 DC供电方式 DC供电方式，是采用蓄电池通过直流电源屏向操作回路提供电源。在电力系统中变电所基本都是DC供电方式。系统正常运行时，由整流电

6、路或高频开关电源提供直流操作电源；交流失电时，由蓄电池经稳压回路提供直流操作电源。在变电所中使用直流电源供电，完全可以避免TV供电时可能出现的上述问题。 直流电源，可靠性好造价高，通常一套50Ah直流电源屏价格近十万元。开闭所由于结构紧凑，放置直流电源屏也很困难。目前，市场上有一种小型直流电源设备，即直流电源箱和壁挂直流电源。直流电源箱和壁挂直流电源与标准的直流电源屏一样，通常都是由高频开关电源和微机监控装置组成，可以对蓄电池、直流电压、电流、绝缘进行监控，甚至具有“四遥”功能。直流电源箱和壁挂直流电源的容量一般在1036Ah之间，完全可以满足16台以内断路器的操作要求。这种小型直流电源体积较

7、小，可挂在墙上或在墙角安装，适合装在小型变电所的高压配电房内，价格一般为同类直流电源屏的1/31/2。 以图1的方案考虑，一只10Ah的壁挂式直流电源就足可以够用了。在很多的项目中已开始采用此种操作电源供电方式，都取得了很好的效益。 来源: 3 UPS供电方式 UPS也就是不间断电源，当交流输入电源（市电）发生异常或断电时，它还能继续向负载供电，使负载供电不受影响。UPS供电方式是正常情况下低压系统交流电通过UPS向操作回路供电；当系统发生故障时，UPS通过将蓄电池的直流电逆变成交流电不间断地向操作回路和保护设备供电。参考UPS在相关行业作为失电时的备用电源的情况，其应用方式完全适用于变电所断

8、路器的操作电源。高压电源正常时，由低压电源向操作回路供电，系统失电或故障时由UPS供电。 由于UPS供电方式中，操作电源不受与高压母线电压的影响，可避免TV供电方式时出现的计量问题和保护拒动现象。只要订货时将断路器和保护设备的操作电源订为交流220V，其它可视同于直流操作电源。那么怎样选择UPS操作电源呢？我们还是以图1的方案来分析。 通常断路器的操作机构中分合闸线圈的功率为220300VA（W），电流1.22A（220V时），储能电机的功率为150300VA（W），电流1.22A（220V时）。小型UPS的容量有0.5、1、3kVA等几种规格，标准配置的工作时间为15min。考虑到如图1情况

9、下的变电所中，高压失电到恢复送电，每台断路器分别分合闸和电机储能一次，分合闸以2s计，电机储能以60s计，三台断路器操作一次耗能为16.11Wh，1kVA的UPS标准配置可进行这样的操作15次。如果进一步考虑到蓄电池的自放电，选用1h的1kVA UPS更可高枕无忧了。UPS又分后备式和在线式两种。后备式UPS正常时由交流输入供电，输入中断或异常时切换至蓄电池供电，切换时间一般在10ms以内。在线式UPS在交流输入故障和恢复时，市电模式和电池模式切换时间为零。在线式UPS价格为后备式的510倍，后备式UPS切换时间10ms，仅为半个周波，小于保护的响应时间，对保护工作和断路器的分合闸没有影响。

10、来源:在工程实践中，用UPS向高压开关柜操作回路提供工作电源已在多个工程实践中得到了应用，使用情况非常稳定。UPS为操作电源供电的方式为用户节约了设备投资，同时具有很好的可靠性。 根据上述讨论，以图1方案为准对三种不同的断路器操作电源供电方式的工程造价及性能作简略的比较，见表1。 来源:高压开关网 来源:高压开关网 断路器操作电源采用TV供电方式，虽然不需要在高压柜以外增加设备，对电费计量和保护回路都有潜在的影响，在工程设计和现场施工应尽量避免使用TV供电。DC供电方式和UPS供电方式没有对高压电源的依赖性，使用蓄电池提供故障后操作电源，对计量和保护没有影响具有很高的可靠性。对于有条件的用户小

11、型变电所可优先考虑断路器操作电源用DC供电，如果从节省工程造价的角度出发可以选用UPS供电方式也可完全满足可靠性的要求。10KV及以下变电所设计规范中提到：第3.5.1条 供一级负荷的配电所或大型配电所，当装有电磁操动机构的断路器时，应采用220V或110V蓄电池组作为合、分闸直流操作电源；当装有弹簧储能操动机构的断路器时，宜采用小容量镉镍电池装置作为合、分闸操作电源。第3.5.2条 中型配电所当装有电磁操动机构的断路器时，合闸电源宜采用硅整流，分闸电源可采用小容量镉镍电池装置或电容储能。对重要负荷供电时，台、分闸电源宜采用镉镍电池装置。 当装有弹簧储能操动机构的断路器时，宜采用小容量镉镍电池

12、装置或电容储能式硅整流装置作为合、分闸操作电源。 采用硅整流作为电磁操动机构合闸电源时，应校核该整流合闸电源能保证断路器在事故情况下可靠合闸。第3.5.3条 小型配电所宜采用弹簧储能操动机构合闸和去分流分闸的全交流操作。根据构成方式不同，有以下几种控制电源：1.蓄电池组构成的直流控制电源2.逆变式交流控制电源3.电容储能式直流控制电源4.复式整流式直流控制电源5.复式交流控制电源6.分散式交流控制电源其中蓄电池组构成的直流控制电源应用最广泛电压的确定：直流系统电压分为：220 ，110，48，24v 常用的为220v，110v依据规范DL/T5044-95规定，电压按如下要求确定：1.控制负荷

13、专用蓄电池组的电压采用110v2.动力负荷和直流事故照明负荷专用电池组电压采用220v3.控制负荷 .动力负荷和直流事故照明负荷共用的电池组采用220v或110v4.当采用弱电控制或信号时，装设较低电压等级的专用蓄电池组本文转自:赛尔社区. 变 配 电 所 操 作 电 源1.直流操作电源设计要求1.1 直流系统设计要求 蓄电池的直流系统采用220、110、48V三种电压。 (1)变电所的直流母线，宜采用母线或分段单母线的接线。采用分段单母线时，蓄电应能切换至任一母线。 (2)重要变电所的操作电源，宜采用一组110V或220V固定铅酸蓄电池组或镉镍蓄电池组。作为充电、浮充电用的硅整流装置宜合用一

14、套。其他变电所的操作电源，宜采用成套的小容量镉镍电池装置或电容储能装置。 (3)供一级负荷的配电所或大型配电所，当装有电磁操动机构的断路器时，应采用220V或110V蓄电池组作为合、分闸直流操作电源；当装有弹簧储能操动机构的断路器时，宜采用小容量镉镍电池装置作为合、分闸操作电源。 (4)中型配电所当装有电磁操动机构的断路器时，合闸电源宜采用硅整流，分闸电源可采用小容量镉镍电池装置或电容储能。对重要负荷供电时，合、分闸电源宜采用镉镍电池装置。当装有弹簧储能操动机构的断路器时，宜采用小容量镉镍电池装置或电容储能式硅整流装置作为合、分闸操作电源。 采用硅整流作为电磁操动机构合闸电源时，应校核该整流合

15、闸电源能保证断路器在事故情况下可靠合闸。 (5)蓄电池组的容量，应满足下列要求： 1)全所事故停电1h的放电容量；DL/T5044-2004电力工程直流系统设计技术规程(无人值班2h)。 2)事故放电末期最大的冲击负荷容量。 小容量镉镍电池装置中的镉镍电池容量，应满足分闸、信号和继电保护的要求。 (6)当采用蓄电池组作直流电源时，由浮充电设备引起的波纹系数不应大于5；电压许波动应控制在额定电压的5范围内。放电末期直流母线电压下限不应低于额定电压的85，充电后期直流母线电压上限不应高于额定电压的115。 (7)交流整流电源作为继电保护直流电源时，应符合下列要求： 1)直流母线电压，在最大负荷时保

16、护动作不应低于额定电压的80，最高电压不应超过额定电压的115，并应采取稳压、限幅和滤波的措施。电压允许波动应控制在额定电压5范围内，波纹系数不应大于5。 2)当采用复式整流时，应保证在各种运行方式下，在不同故障点和不同相别短路时，保护装置均能可靠动作。3)对采用电容储能电源的变电所和水电厂，电力设备和线路应具有可靠的远后备保护；在失去交流电源情况下，当有几套保护同时动作时，或在其他情况下消耗直流能量最大时，应保证保护与断路器可靠动作同一厂所的电源储能电容的组数应与保护的级数相适应。1.2 蓄电池选择及容量计算方法. (1)蓄电池容量计算 蓄电池组容量的选择，应满足持续放电容量和冲击电流两个条

17、件。 (2)蓄电池数量的选择，应保证直流母线电压在事故放电终了和充电末期均能比额定电压高出5计算。1.3直流设备选择方法和布置1.3.1直流设备选择 （1）直流电源成套装置的选择。 1)阀控式铅酸蓄电池，容量在300Ah及以下的可组成成套装置。 2)高倍率镉镍碱性蓄电池，容量在40Ah及以下的应组成成套装置。 3）直流电源成套装置宜按蓄电池，充电装置和馈线分别设屏（柜）。 (2)充电装置选择。 1）蓄电池的充电装置宜选用高频开关整流装置或晶闸管式整流装置，应满足蓄电池充电和浮充电要求。 充电装置应具有稳压、稳流及限流性能，宜采用微机型。具有浮充电、自动均衡充电和手动稳流充电等功能：应为长期连续

18、工作制。 充电装置的交流输入宜为三相制，额定频率为50Hz，额定电压为380V10。小容量充电装置的交流输入可采用单相220V10。 充电装置的主要技术参数见下表表： 不同类型充电装置技术参数项目类 别晶闸管型高频开关模块稳压精度（%） 1 0.5稳流精度（%） 2 0.5纹波系数（%） 2 1效率（%） 75 88噪声（dB） 60 552)充电装置的选择：充电装置的额定电流的选择应满足下列条件： a.满足浮充电流要求； b.大于初充电电流； c.大于均衡充电电流。 浮充电的输出电流应按经常负荷电流与蓄电池自放电流之和选择。 3)充电装置的输出电压调节范围应满足蓄电池放电末期和充电末期电压的

19、要求。 浮充电装置直流侧的长期工作电压对于220V和110V蓄电池组分别为230V和115V。 4)高频开关充电装置的谐波干扰、电磁兼容、均流系数、功率因数等指标应符合有关标准。 (3)直流屏上的设备及导体选择。 1)直流屏和充电装置屏宜采用柜式加强型结构，其防护等级不低于IP20。 直流屏正面仪表板应能开启，屏后宜开门，前门下部和后门上部宜设百叶窗。外形尺寸宜采用800mm600mm2200mm(宽深高)。 2)直流屏主母线宜采用阻燃绝缘铜母线，应按1h放电率或充电设备的额定电流计算长期允许载流量，并应进行短路电流热稳定校验和按短时最大负荷，校验其温度不超过绝缘体的允许事故过负荷温度。单体蓄

20、电池之间宜采用绝缘软导线连接。 3)蓄电池出口回路的保护电器的额定电流，应按蓄电池1h放电率电流再加大一级选择，并应与直流馈线回路保护电器相配合。4)操作电器应按回路额定电压和额定电流选择。 5)直流馈线的动开关和熔断器的选择应符合下列规定： a.额定电压应大于或等于回路的工作电压。 b.对于直流电动机馈线应考虑电动机启动电流；对于控制、信号馈线应按短时最大工作电流选择。 c.电磁型操动机构合闸线圈回路的自动开关或熔断器熔件，可按0.20.3倍的额定合闸电流选择，但自动开关过载脱扣时间或熔件的熔断时间应大于断路器固有合闸时间。 d.自动开关应选择直流空气开关，其过载保护应满足干线较支线大24级

21、的要求；依据短路电流计算，还应保证短路时的选择性及可靠动作。 6)蓄电池与直流屏 a.蓄电池与直流屏之间的联络电缆长期允许载流量的选择应按蓄电池lh放电率电流或事故放电初期1min放电电流二者取大者。电压降应不大于计算允许值，宜取额定电压的1。 b.直流动力馈线电缆截面应根据最大负荷电流，并按直流母线计算的最低电压和用电设备的允许电压选择。 c.直流屏与直流分电屏电缆截面应根据最大负荷电流选择。电压降宜取额定电压的0.5。 3)合闸回路电缆截面的选择应符合下列规定： a.当蓄电池浮充运行时，应保证最远1台断路器可靠合闸所需的电压(合闸网络为环状供电时，应按任一电源侧电缆断开的条件)。 b.当事

22、故放电直流母线电压在最低电压值时，应保证恢复供电的断路器能可靠合闸所需的电压。 7)由直流屏引出的控制、信号馈线应选择铜芯电缆，其截面不宜小于4mm2。电压降不应超过直流母线额定电压的5。 1.3.2 直流设备布置 (1)蓄电池组宜布置在电气控制楼底层或电气控制室附近。不同容量、不同电压的蓄电池可以同室布置，但酸性蓄电池和碱性蓄电池不应在同一室内。 (2)直流系统充电装置和直流屏(柜)宜布置在控制室内，也可布置在专用的电源室内。(3)蓄电池室内应有运行检修通道。通道一侧装设蓄电池时，通道宽度不应小于800mm；两侧均装设蓄电池时，通道宽度不应小于1000nmi。(4)直流屏(柜)的布置，应考虑

23、运行维护及调试方便。通道宽度可参见下表确定。直流电源屏（柜）间距离和通道宽度距离名称采用尺寸（mm）一般最小屏正面屏正面18001400屏正面屏背面15001200屏背面屏背面15001000屏正面墙15001200屏背面墙12001000边屏墙1200800主要通道160020001400 防酸及阀控式密封铅酸蓄电池安装距离距离名称采用尺寸（mm）一般最小蓄电池前墙15001200蓄电池后墙1000800蓄电池侧墙1000800主要通道160020001400 (5)碱性镉镍蓄电池可安装在屏（柜）内，也可在室内成架排列，应保证蓄电池组的绝缘性能，并便于观察液面，便于维护与检修。 阀控式密封铅

24、酸蓄电池应根据出厂要求，采用立式或卧放方式安装在蓄电池屏（柜）或架上。1.4 直流系统绝缘监测装置的选择及配置要求1.4.1 直流绝缘监测装置为防止由于直流系统两点接地造成继电保护和自动装置的误动作，直流系统中必须装设能连续工作且足够灵敏的绝缘状态监视装置。直流系统的绝缘监察装置采用直流绝缘监测继电器，当直流系统中任一极绝缘降低到允许值以下时，继电器动作发出信号。1.4.2 电压监察装置 电压监察装置由两只电压继电器组成，当直流系统出出电压或过电压时，发出信号。2. 交流操作电源的设计要求（1）小型配电所宜采用弹簧储能操作机构合闸和去分流分闸的全交流操作。（2）当采用交流操作的保护装置时，短路保护可由被保护元件的电流互感器取得操作电流。变电器的瓦斯保护和中性点非直接接地电力网的接地保护，可由电压互感器或变电所所用变压器取得操作电源，亦可增加电容储能电源作为跳闸的后备电源。 (3)保护装置由在线式UPS装置取得操作电源。