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在小型用戶變電所以及開閉所中，由于開關(guān)柜的數(shù)量較少，線路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，多為單回路進(jìn)線，通常沒有所用電或外電源，這給斷路器的操作電源的選取帶來了一定的困難。目前，小型變電所的斷路器操作電源主要有以下幾種方式：TV供電方式、DC供電方式、UPS供電方式。
典型的用戶方案見圖1，單回進(jìn)線二條出線。高壓用戶的電費(fèi)計(jì)量方式通常是高供高計(jì)，考慮到計(jì)量的獨(dú)立性，要配置一臺(tái)單獨(dú)的高壓計(jì)量柜，這樣就需要四臺(tái)高壓柜。較為經(jīng)濟(jì)的方法是采用三臺(tái)高壓開關(guān)柜，將計(jì)量功能加到進(jìn)線柜中。本文以三臺(tái)10kV高壓開關(guān)柜來討論，結(jié)論適用于35kV高壓開關(guān)柜，同時(shí)由于電磁操作機(jī)構(gòu)很少使用，本文涉及到的操作機(jī)構(gòu)指彈簧操作機(jī)構(gòu)。
1 TV供電方式
TV為電壓互感器，用來進(jìn)行電壓信號(hào)變換的電力設(shè)備。TV供電方式主要是利用TV向操作回路提供電源。一種方法是直接利用TV提供100V操作電源；另一種方式是由TV經(jīng)過中間變壓器提供220V操作電源。
因?yàn)門V的二次側(cè)額定電壓通常為100V，在選用斷路器操作機(jī)構(gòu)及其它元件時(shí)應(yīng)將其工作電壓定為100（110）V�？紤]到斷路器操作機(jī)構(gòu)的分合閘及電機(jī)儲(chǔ)能和保護(hù)設(shè)備的功率5，TV采取V形接線時(shí)，每只TV二次繞組容量應(yīng)不小于500VA，采取Y形接線每只TV二次繞組容量應(yīng)不小于300VA。
在企業(yè)用戶中，進(jìn)線柜通常還承擔(dān)電能計(jì)量的功能。而根據(jù)電能計(jì)量的要求，計(jì)量用TA或TV必須用獨(dú)立的二次線圈，不能加裝其它設(shè)備。TV供電方式，雖然斷路器在分合閘時(shí)通常沒有負(fù)荷，但電機(jī)儲(chǔ)能可達(dá)數(shù)十秒鐘，同時(shí)用來指示斷路器分合閘狀態(tài)的指示燈，以及保護(hù)元件的工作都會(huì)形成壓降，致使電能計(jì)量誤差，這是供電部門所不允許的。如果計(jì)量和操作回路分別使用一組TV，很難安裝在一臺(tái)高壓開關(guān)柜中，勢(shì)必要增加一臺(tái)單獨(dú)的高壓計(jì)量柜而增加工程造價(jià)。對(duì)于這種情況，可以對(duì)TV采用二次側(cè)雙繞組的方式。一組精度為0.2級(jí)的繞組用于計(jì)量，另一組大容量繞組用于提供操作電源，見圖2。
 圖2中如果操作回路有整流器件，將在BK中產(chǎn)生諧波并耦合到計(jì)量回路中，對(duì)計(jì)量精度產(chǎn)生影響。操作回路電壓的變化都有可能對(duì)計(jì)量產(chǎn)生影響。
在高壓電源正常的情況下，TV供電可以滿足斷路器的分合閘要求。當(dāng)電壓互感器、變壓器發(fā)生近區(qū)故障時(shí)，特別是高壓母線或出線處發(fā)生兩相或三相短路時(shí)，電壓互感器安裝處的殘壓非常低，二次電壓迅速下降到低于斷路器的分閘線圈的最低動(dòng)作電壓（額定工作電壓的70%）。此時(shí)，若采有微機(jī)保護(hù)，保護(hù)設(shè)備將不能正常工作；若采用DL或GL系列電流繼電器構(gòu)成的保護(hù)，即使電流繼電器動(dòng)作，但由于操作電源電壓過低，斷路器將拒分，從而擴(kuò)大事故范圍，上一級(jí)保護(hù)動(dòng)作，擴(kuò)大停電范圍。實(shí)踐中，我們除了利用保護(hù)的出口跳斷路器，同時(shí)把斷路器的過流脫扣線圈串入電流回路。在發(fā)生故障時(shí)，直接利用斷路器操作機(jī)構(gòu)上的過流脫扣器跳斷路器。
使用過流脫扣器構(gòu)成保護(hù)，也有潛在的不安全因素。故障時(shí)一旦GL電流斷電器或ZJ5型中間繼電器的接點(diǎn)配合不好，以及接點(diǎn)卡澀出現(xiàn)常開接點(diǎn)不能及時(shí)閉合，TA二次繞組還會(huì)出現(xiàn)開路的情況。由于此時(shí)流經(jīng)TA一次側(cè)的故障電流很大，會(huì)在二次側(cè)產(chǎn)生很高的電壓，會(huì)破壞TA的絕緣，燒毀二次回路，引起上一級(jí)保護(hù)動(dòng)作擴(kuò)大故障范圍。
2 DC供電方式
DC供電方式，是采用蓄電池通過直流電源屏向操作回路提供電源。在電力系統(tǒng)中變電所基本都是DC供電方式。系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)，由整流電路或高頻開關(guān)電源提供直流操作電源；交流失電時(shí)，由蓄電池經(jīng)穩(wěn)壓回路提供直流操作電源。在變電所中使用直流電源供電，完全可以避免TV供電時(shí)可能出現(xiàn)的上述問題。
直流電源，可靠性好造價(jià)高，通常一套50Ah直流電源屏價(jià)格近十萬元。開閉所由于結(jié)構(gòu)緊湊，放置直流電源屏也很困難。目前，市場(chǎng)上有一種小型直流電源設(shè)備，即直流電源箱和壁掛直流電源。直流電源箱和壁掛直流電源與標(biāo)準(zhǔn)的直流電源屏一樣，通常都是由高頻開關(guān)電源和微機(jī)監(jiān)控裝置組成，可以對(duì)蓄電池、直流電壓、電流、絕緣進(jìn)行監(jiān)控，甚至具有“四遙”功能。直流電源箱和壁掛直流電源的容量一般在10～36Ah之間，完全可以滿足16臺(tái)以內(nèi)斷路器的操作要求。這種小型直流電源體積較小，可掛在墻上或在墻角安裝，適合裝在小型變電所的高壓配電房?jī)?nèi)，價(jià)格一般為同類直流電源屏的1/3～1/2。
以圖1的方案考慮，一只10Ah的壁掛式直流電源就足可以夠用了。在很多的項(xiàng)目中已開始采用此種操作電源供電方式，都取得了很好的效益。
3 UPS供電方式
UPS也就是不間斷電源，當(dāng)交流輸入電源（市電）發(fā)生異常或斷電時(shí)，它還能繼續(xù)向負(fù)載供電，使負(fù)載供電不受影響。UPS供電方式是正常情況下低壓系統(tǒng)交流電通過UPS向操作回路供電；當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，UPS通過將蓄電池的直流電逆變成交流電不間斷地向操作回路和保護(hù)設(shè)備供電。參考UPS在相關(guān)行業(yè)作為失電時(shí)的備用電源的情況，其應(yīng)用方式完全適用于變電所斷路器的操作電源。高壓電源正常時(shí)，由低壓電源向操作回路供電，系統(tǒng)失電或故障時(shí)由UPS供電。
由于UPS供電方式中，操作電源不受與高壓母線電壓的影響，可避免TV供電方式時(shí)出現(xiàn)的計(jì)量問題和保護(hù)拒動(dòng)現(xiàn)象。只要訂貨時(shí)將斷路器和保護(hù)設(shè)備的操作電源訂為交流220V，其它可視同于直流操作電源。那么怎樣選擇UPS操作電源呢？我們還是以圖1的方案來分析。
通常斷路器的操作機(jī)構(gòu)中分合閘線圈的功率為220～300VA（W），電流1.2～2A（220V時(shí)），儲(chǔ)能電機(jī)的功率為150～300VA（W），電流1.2～2A（220V時(shí)）。小型UPS的容量有0.5、1、3kVA等幾種規(guī)格，標(biāo)準(zhǔn)配置的工作時(shí)間為15min。考慮到如圖1情況下的變電所中，高壓失電到恢復(fù)送電，每臺(tái)斷路器分別分合閘和電機(jī)儲(chǔ)能一次，分合閘以2s計(jì)，電機(jī)儲(chǔ)能以60s計(jì)，三臺(tái)斷路器操作一次耗能為16.11Wh，1kVA的UPS標(biāo)準(zhǔn)配置可進(jìn)行這樣的操作15次。如果進(jìn)一步考慮到蓄電池的自放電，選用1h的1kVA UPS更可高枕無憂了。UPS又分后備式和在線式兩種。后備式UPS正常時(shí)由交流輸入供電，輸入中斷或異常時(shí)切換至蓄電池供電，切換時(shí)間一般在10ms以內(nèi)。在線式UPS在交流輸入故障和恢復(fù)時(shí)，市電模式和電池模式切換時(shí)間為零。在線式UPS價(jià)格為后備式的5～10倍，后備式UPS切換時(shí)間10ms，僅為半個(gè)周波，小于保護(hù)的響應(yīng)時(shí)間，對(duì)保護(hù)工作和斷路器的分合閘沒有影響。
在工程實(shí)踐中，用UPS向高壓開關(guān)柜操作回路提供工作電源已在多個(gè)工程實(shí)踐中得到了應(yīng)用，使用情況非常穩(wěn)定。UPS為操作電源供電的方式為用戶節(jié)約了設(shè)備投資，同時(shí)具有很好的可靠性。
根據(jù)上述討論，以圖1方案為準(zhǔn)對(duì)三種不同的斷路器操作電源供電方式的工程造價(jià)及性能作簡(jiǎn)略的比較，見表1。
斷路器操作電源采用TV供電方式，雖然不需要在高壓柜以外增加設(shè)備，對(duì)電費(fèi)計(jì)量和保護(hù)回路都有潛在的影響，在工程設(shè)計(jì)和現(xiàn)場(chǎng)施工應(yīng)盡量避免使用TV供電。DC供電方式和UPS供電方式?jīng)]有對(duì)高壓電源的依賴性，使用蓄電池提供故障后操作電源，對(duì)計(jì)量和保護(hù)沒有影響具有很高的可靠性。對(duì)于有條件的用戶小型變電所可優(yōu)先考慮斷路器操作電源用DC供電，如果從節(jié)省工程造價(jià)的角度出發(fā)可以選用UPS供電方式也可完全滿足可靠性的要求。
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