变电所操作电源共15文档

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 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幵 关柜，将计量功能加到进线柜中。 本文以三台10kV高压幵关柜来讨 论，结论适用于35kV高压幵关柜, 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。第6页典型用户方案图在小型用户变电所以及幵闭所 中，由于幵关柜的数量较少，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

2、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来源:高压幵关网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-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T

3、V二次绕组容量应不小于 500VA采取Y形接线每只TV二次 绕组容量应不小于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 幵关柜中，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

4、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。图2 TV釆用二次侧戏绕姐的方罠图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，特别是咼压母线或出线 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

5、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 现常幵接点不能及时闭合，TA二次 绕组还会出现幵路的情况。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。2 DC供电方式DC供电方

6、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 整流电路或高频幵关电源提供直流 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。幵闭所由于结构紧凑，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，通常都是由咼频幵 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

7、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 o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。在很多的项目中已幵始采用此 种操作电源供电方式，都取得了很 好的效益。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

8、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，

9、 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 15mi n。考 虑到如图1情况下的变电所中，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

10、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。在工程实践中，用 UPS向高压 幵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:高压幵关网压电源的依赖性，使用蓄电池提供

11、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+ I 一丄一工厂它宀日巧:.提到:第二（小蹩D匸荷的配电所或大型配电所，当装JC无曲电債4有电磁操动机构的断路器时，应氏禺于廉护勺* 北决$4/户自疔秋采用220V或110V蓄电池组作为合、分闸直流操作电源；当装有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 T

12、V供电。DC 供电方式和UPS供电方式没有对高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

13、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

14、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 . http:/bbs.shejis/viewthrea d.php?tid=324317&fromuid=0第 9 页5. 复式交流控制电源变配电所操作电源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 套。其他

15、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

16、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。(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变电所和水电厂，电力设备和线路(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)

17、 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

18、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 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幵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

19、。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380V 10 %。小容量充电装置的交流输入可采用单相220V 10%。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项目类晶闸管型稳压精度（%1稳流精度（%2纹波系数（%2效率（%75噪声（dB）60参数2）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)

20、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 800mm x 600mm 2200mm宽 X 深 X 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

21、 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

22、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)

23、 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4mrK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第 12 页通道。通道一侧装设蓄电池时，通蓄电池前一墙1500道宽度不应小于800mm两侧均装设蓄电池后一墙1000蓄电池时，通道宽度不应小于蓄电池侧一墙10001000nmi。主要通道16002000（4）直流屏（柜）的布置，应考虑（5）碱性镉镍蓄电池可安装在参见下表确定。应保证蓄电池组的绝缘性