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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)簡單，多為單回路進線，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，單回進線二條出線。高壓用戶的電費計量方式通常是高供高計，考慮到計量的獨立性，要配置一臺單獨的高壓計量柜，這樣就需要四臺高壓柜。較為經(jīng)濟的方法是采用三臺高壓開關(guān)柜，將計量功能加到進線柜中。本文以三臺10kV高壓開關(guān)柜來討論，結(jié)論適用于35kV高壓開關(guān)柜，同時由于電磁操作機構(gòu)很少使用，本文涉及到的操作機構(gòu)指彈簧操作機構(gòu)。
1 TV供電方式
TV為電壓互感器，用來進行電壓信號變換的電力設備。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。
因為TV的二次側(cè)額定電壓通常為100V，在選用斷路器操作機構(gòu)及其它元件時應將其工作電壓定為100（110）V�？紤]到斷路器操作機構(gòu)的分合閘及電機儲能和保護設備的功率5，TV采取V形接線時，每只TV二次繞組容量應不小于500VA，采取Y形接線每只TV二次繞組容量應不小于300VA。
在企業(yè)用戶中，進線柜通常還承擔電能計量的功能。而根據(jù)電能計量的要求，計量用TA或TV必須用獨立的二次線圈，不能加裝其它設備。TV供電方式，雖然斷路器在分合閘時通常沒有負荷，但電機儲能可達數(shù)十秒鐘，同時用來指示斷路器分合閘狀態(tài)的指示燈，以及保護元件的工作都會形成壓降，致使電能計量誤差，這是供電部門所不允許的。如果計量和操作回路分別使用一組TV，很難安裝在一臺高壓開關(guān)柜中，勢必要增加一臺單獨的高壓計量柜而增加工程造價。對于這種情況，可以對TV采用二次側(cè)雙繞組的方式。一組精度為0.2級的繞組用于計量，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)生諧波并耦合到計量回路中，對計量精度產(chǎn)生影響。操作回路電壓的變化都有可能對計量產(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。當電壓互感器、變壓器發(fā)生近區(qū)故障時，特別是高壓母線或出線處發(fā)生兩相或三相短路時，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作電壓（額定工作電壓的70%）。此時，若采有微機保護，保護設備將不能正常工作；若采用DL或GL系列電流繼電器構(gòu)成的保護，即使電流繼電器動作，但由于操作電源電壓過低，斷路器將拒分，從而擴大事故范圍，上一級保護動作，擴大停電范圍。實踐中，我們除了利用保護的出口跳斷路器，同時把斷路器的過流脫扣線圈串入電流回路。在發(fā)生故障時，直接利用斷路器操作機構(gòu)上的過流脫扣器跳斷路器。
使用過流脫扣器構(gòu)成保護，也有潛在的不安全因素。故障時一旦GL電流斷電器或ZJ5型中間繼電器的接點配合不好，以及接點卡澀出現(xiàn)常開接點不能及時閉合，TA二次繞組還會出現(xiàn)開路的情況。由于此時流經(jīng)TA一次側(cè)的故障電流很大，會在二次側(cè)產(chǎn)生很高的電壓，會破壞TA的絕緣，燒毀二次回路，引起上一級保護動作擴大故障范圍。
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)正常運行時，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，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供電時可能出現(xiàn)的上述問題。
直流電源，可靠性好造價高，通常一套50Ah直流電源屏價格近十萬元。開閉所由于結(jié)構(gòu)緊湊，放置直流電源屏也很困難。目前，市場上有一種小型直流電源設備，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準的直流電源屏一樣，通常都是由高頻開關(guān)電源和微機監(jiān)控裝置組成，可以對蓄電池、直流電壓、電流、絕緣進行監(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內(nèi)，價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，當交流輸入電源（市電）發(fā)生異�；驍嚯姇r，它還能繼續(xù)向負載供電，使負載供電不受影響。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；當系統(tǒng)發(fā)生故障時，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設備供電。參考UPS在相關(guān)行業(yè)作為失電時的備用電源的情況，其應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，由低壓電源向操作回路供電，系統(tǒng)失電或故障時由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供電方式時出現(xiàn)的計量問題和保護拒動現(xiàn)象。只要訂貨時將斷路器和保護設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構(gòu)中分合閘線圈的功率為220～300VA（W），電流1.2～2A（220V時），儲能電機的功率為150～300VA（W），電流1.2～2A（220V時）。小型UPS的容量有0.5、1、3kVA等幾種規(guī)格，標準配置的工作時間為15min�？紤]到如圖1情況下的變電所中，高壓失電到恢復送電，每臺斷路器分別分合閘和電機儲能一次，分合閘以2s計，電機儲能以60s計，三臺斷路器操作一次耗能為16.11Wh，1kVA的UPS標準配置可進行這樣的操作15次。如果進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正常時由交流輸入供電，輸入中斷或異常時切換至蓄電池供電，切換時間一般在10ms以內(nèi)。在線式UPS在交流輸入故障和恢復時，市電模式和電池模式切換時間為零。在線式UPS價格為后備式的5～10倍，后備式UPS切換時間10ms，僅為半個周波，小于保護的響應時間，對保護工作和斷路器的分合閘沒有影響。
在工程實踐中，用UPS向高壓開關(guān)柜操作回路提供工作電源已在多個工程實踐中得到了應用，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)約了設備投資，同時具有很好的可靠性。
根據(jù)上述討論，以圖1方案為準對三種不同的斷路器操作電源供電方式的工程造價及性能作簡略的比較，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備，對電費計量和保護回路都有潛在的影響，在工程設計和現(xiàn)場施工應盡量避免使用TV供電。DC供電方式和UPS供電方式?jīng)]有對高壓電源的依賴性，使用蓄電池提供故障后操作電源，對計量和保護沒有影響具有很高的可靠性。對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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