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、電動負(fù)荷開關(guān)與電動隔離開關(guān)操動機(jī)構(gòu)儲能的電源應(yīng)稱為儲能電源，但習(xí)慣上稱為合分閘電源；斷路器、電動負(fù)荷開關(guān)與電動隔離開關(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)合分閘位置的信號回路，以及微機(jī)保護(hù)與監(jiān)控裝置信號輸入回路電源稱為信號電源；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，上述儲能（合分閘）回路、保護(hù)與控制回路、信號回路以及微機(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

1）變電站的供電電源需要設(shè)計兩路電源供電，大中型變電站可設(shè)計兩臺所用變，可由變壓器低壓側(cè)取得220／380V電源時，可設(shè)計一臺所用變。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，需要單獨設(shè)計。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，可以與建筑物內(nèi)部備用電源統(tǒng)一考慮；當(dāng)變電站為獨立建筑物時，供電電源由所用變引出后，需要備用電源時宜另行設(shè)計，否則會增加操作電源的容量與投資，也會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）國家標(biāo)準(zhǔn)《繼電保護(hù)和安全自動裝置技術(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，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%，這里可能是針對戶外變電站而言。
（2）國家標(biāo)準(zhǔn)《電力裝置的繼電保護(hù)和安全自動裝置設(shè)計規(guī)范》（GB／T50062－2008）第15.3.1條規(guī)定：繼電保護(hù)和安全自動裝置應(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范圍為85～110%，紋波系數(shù)應(yīng)不大于1%。電壓允許波動范圍與《繼電保護(hù)和安全自動裝置技術(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，彈簧儲能操動機(jī)構(gòu)儲能電動機(jī)的電壓允許波動范圍為85～120%，功率為50～300W，儲能時間為6～8s，所以屬于短時運(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范圍為65～120%，電流為3～5A，合分閘時間20～50ms，屬于瞬時性負(fù)荷。信號燈（每個0.5～1W）與微機(jī)保護(hù)與監(jiān)控裝置供電電源（每個5～10W）屬于長期運(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)計兩路交流輸入電源，是否需要自動切換需要展開討論。自動切換需要設(shè)計兩個接觸器或中間繼電器進(jìn)行切換，其中一個經(jīng)常帶電運(yùn)行，發(fā)生損壞的情況時有發(fā)生。由于有蓄電池作為后備，有中央信號系統(tǒng)的變電站可以設(shè)計為人工手動切換，但二者需要有連鎖，防止同時合閘。操作電源電流不超過5A時，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，除永磁操動機(jī)構(gòu)外，可以人工手動儲能與進(jìn)行合分閘操作；但保護(hù)與監(jiān)控裝置就會停止運(yùn)行，變電站就會在無繼電保護(hù)情況下運(yùn)行；此時一旦發(fā)生事故就會引起越級跳閘，不僅會造成全站停電，由于上一級繼電保護(hù)作為后備保護(hù)都帶有延時，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100／220V升壓變壓器）。由此可見交流操作電源簡單、成本低但可靠性差，只能夠用于無一二級負(fù)荷的中小型變電站。為保證發(fā)生事故時可靠跳閘，采取電容儲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，同時配備相應(yīng)電壓等級的蓄電池，平時由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，自動而且無延時（又稱為無擾動）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格高以及蓄電池壽命短、需要定期充放電活化與檢測困難等問題。

5 變電站操作電源電壓等級選擇

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。彈簧儲能操動機(jī)構(gòu)與永磁操動機(jī)構(gòu)采用直流操作時，應(yīng)選用DC110V電壓等級。國家建筑標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計圖集D203－1～2《變配電所二次接線》說明中已經(jīng)提出采用彈簧儲能操動機(jī)構(gòu)后，直流操作應(yīng)優(yōu)先選用DC110V電壓等級，但并沒有引起大家的重視。DC48V主要用于有配電網(wǎng)自動化的環(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)計規(guī)范與設(shè)計規(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)計帶來一定困難。
2）交流操作
原中國航空工業(yè)規(guī)劃設(shè)計研究院組編的《工業(yè)與民用建筑配電設(shè)計手冊》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）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)力切換接點容量校驗和電流脫扣器線圈動作可靠性校驗兩項特殊的繼電保護(hù)整定計算。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，還有一個蓄電池容量問題�，F(xiàn)在許多設(shè)計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，蓄電池的輸出功率與供電時間，供電時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期運(yùn)行負(fù)荷的1.2～1.5倍來選擇，并考慮1～2個短期運(yùn)行負(fù)荷，瞬時性負(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)計手冊》（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）中對直流負(fù)荷計算有比較詳細(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)計時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問題。交流操作中，繼電保護(hù)采用電流脫扣器時，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電源價格高，許多設(shè)計就采用后備式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)計時只好將彈簧儲能電源（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，因為交流操作信號回路干擾大，有些微機(jī)保護(hù)與監(jiān)控裝置信號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電源價格高，后備式UPS電源價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計算，后備電源投入運(yùn)行的時間按照全負(fù)荷情況下允許運(yùn)行的時間計算，一般有15與30分鐘以及1與3小時等。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)容量小價格低的直流電源，對于推廣變電站微機(jī)保護(hù)與監(jiān)控，提高變電站自動化水平還是有一定意義的。
3）直流操作電源電壓等級選擇問題
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電壓作為彈簧儲能電源（又稱為合分閘電源，簡稱合母），然后經(jīng)過降壓模塊形成DC220V電壓作為控制與信號及保護(hù)與監(jiān)控裝置電源（簡稱控母）。
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電壓作為彈簧儲能電源，然后經(jīng)過降壓模塊形成DC110V電壓作為控制與信號電源，這樣直流屏的價格就可以降低。
由于彈簧儲能操動機(jī)構(gòu)的儲能電動機(jī)與合分閘線圈功率都比較小，儲能電動機(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,，而且都是瞬時工作，雖然電壓降低一半，相同功率情況下負(fù)載電流會增加一倍，但增加的絕對值并不大。永磁操動機(jī)構(gòu)的儲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給操作電源帶來許多好處，也會有較大的社會與經(jīng)濟(jì)效益，但在變電站操作電源中推廣，儲能與合分閘電源的電壓等級就要采用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算
直流屏的蓄電池容量一般都用安時數(shù)（Ah數(shù)）表示，時數(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間來確定�，F(xiàn)在有關(guān)電氣設(shè)計規(guī)范、電氣技術(shù)規(guī)程與電氣設(shè)計手冊還沒有比較明確的規(guī)定�！豆�業(yè)與民用建筑配電設(shè)計手冊》第八章的第一節(jié)操作電源負(fù)荷計算中，提出的最大事故時間按照兩個小時計算。這就給直流屏蓄電池容量計算帶來一些困難。
（2）直流屏蓄電池安時數(shù)（Ah數(shù)）與額定電壓
蓄電池在出廠時已經(jīng)標(biāo)注安時數(shù)（Ah數(shù)）與額定電壓等參數(shù)，但安時數(shù)（Ah數(shù)）與額定電壓還有許多內(nèi)容。安時數(shù)（Ah數(shù)）實際上是10h放電率標(biāo)稱容量，對于標(biāo)注為38Ah的蓄電池，容量為38／10＝3.8A放電電流，放電時間為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)連接時安時數(shù)（Ah數(shù)）必須相同，蓄電池串聯(lián)連接時額定電源必須相同。
（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，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，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只能夠作為儲能電源，需要通過降壓模塊降低到DC220V作為控制、信號與微機(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，就會引起發(fā)熱增加，發(fā)熱增加又會引起內(nèi)阻，結(jié)果就會造成這一節(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，就會影響到整個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)計時應(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)蓄電池故障對整個直流屏蓄電池供電的可靠性的影響，此時變電站操作電源設(shè)計時也應(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間計算
有些直流電源是采用直流升壓的方案，其優(yōu)點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，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間就會大于4.8h。
以上換算只是定性估算，實際計算時需要根據(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，蓄電池數(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)荷分為長期運(yùn)行負(fù)荷、短期運(yùn)行負(fù)荷與瞬時運(yùn)行負(fù)荷三類。
（3）長期運(yùn)行負(fù)荷
變電站操作電源長期運(yùn)行負(fù)荷包括各種指示信號燈與微機(jī)保護(hù)與監(jiān)控裝置用電。指示信號燈每個斷路器包括合閘與分閘、手車運(yùn)行與試驗位置指示以及儲能狀況指示共計5個，但斷路器合閘與分閘、手車運(yùn)行與試驗位置指示只有一種狀態(tài)出現(xiàn)，所以信號燈可按照三個統(tǒng)計，微機(jī)保護(hù)與監(jiān)控裝置也可按照一統(tǒng)計。
現(xiàn)在信號燈均為半導(dǎo)體發(fā)光二極管節(jié)能型信號燈，半導(dǎo)體發(fā)光二極管信號燈產(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，一般為四個發(fā)光二極管串聯(lián)后再加限流電阻組成，對于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，估計電源功耗一般不會＞1W，當(dāng)然可以實際測量出其電源功耗，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)動作與需要報警時才動作，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，作為長期運(yùn)行負(fù)荷每個微機(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)然可以實際測量出其電源功耗，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。
高壓真空接觸器動作后，線圈一直處于吸合狀態(tài)，應(yīng)屬于長期運(yùn)行負(fù)荷，線圈吸合后保持功率比較大，吸合時起動功率更大，但吸合時起動功率可按照瞬時運(yùn)行負(fù)荷計算。由于變電站設(shè)計中高壓真空接觸器采用的比較少，遇到時可以另行計算。
（4）短期運(yùn)行負(fù)荷
斷路器儲能、電動負(fù)荷開關(guān)合閘都屬于短期運(yùn)行負(fù)荷，彈簧儲能電動機(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)為電容器儲能，儲能電流只有幾十個毫安，可以按照＜20W考慮，儲能時間均＜10s。電動負(fù)荷開關(guān)合閘電流比較大一些，可以按照＜300W考慮，合閘時間＜10s。
一個變電站在自動重合閘與備用電源自投動作時，會出現(xiàn)自動合閘，但不會同時出現(xiàn)兩個以上斷路器同時合閘，人工或遠(yuǎn)方調(diào)度遙控合閘更不會出現(xiàn)兩個以上斷路器同時合閘。所以短期運(yùn)行負(fù)荷可以按照兩個斷路器同時儲能來考慮。
如果出現(xiàn)兩個斷路器同時儲能，操作電源電壓出現(xiàn)波動，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)分閘都屬于瞬時運(yùn)行負(fù)荷。有些操動機(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，合分閘時機(jī)構(gòu)動作時間很短，一般小于幾十毫秒。這些都會給變電站操作電源瞬時運(yùn)行負(fù)荷統(tǒng)計的準(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)動作后，萬一斷路器機(jī)構(gòu)出現(xiàn)故障拒動，要由變電站電源進(jìn)線斷路器繼電保護(hù)動作來跳閘，此時就會出現(xiàn)兩個斷路器同時分閘，所以變電站瞬時運(yùn)行負(fù)荷可按照兩個斷路器同時分閘來考慮。

當(dāng)瞬時運(yùn)行負(fù)荷出現(xiàn)時，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，要等上一級繼電保護(hù)動作跳閘，就要按照繼電保護(hù)配合動作時間來考慮，一般為1s左右。此時操作電源電壓應(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，因為照明負(fù)荷斷電，變電站運(yùn)行會受到影響，但不會引起或擴(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，變電站為獨立建筑物時，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，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。
柜內(nèi)照明只有開關(guān)柜檢修時才使用，而且一般不同時使用，沒有應(yīng)急照明電源（EPS）時，也可以考慮由操作電源供電。
現(xiàn)在開關(guān)柜都有自動加熱裝置，實際上為除濕器，也叫凝露控制。當(dāng)濕度大時空氣中水分就多，溫度低時就容易結(jié)露，使絕緣強(qiáng)度降低，自動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)體會發(fā)熱，所以除濕可能在停電時效果才好，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)荷計算分析
按照我院組編的《工業(yè)與民用配電設(shè)計手冊》（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）提供的有關(guān)資料：
經(jīng)常性負(fù)荷：信號燈與位置指示器每個為3～5W，光字牌每個為2×15W，繼電器每個為5～7W，微機(jī)保護(hù)裝置每個為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)行與試驗位置狀態(tài)以及儲能狀態(tài)三組信號燈，一個微機(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，電流 I＝1780／110＝16.18A，蓄電池容量為38Ah，交流電源停電后，蓄電池工作時間為：38 Ah／16.18A＝3.35h
但現(xiàn)在信號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，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)計規(guī)范與電氣設(shè)計規(guī)程對交流電源停電后，直流電源蓄電池的工作時間都沒有作出規(guī)定，只有我院組編的《工業(yè)與民用配電設(shè)計手冊》（第三版）第八章 變電所二次回路，第一節(jié)中在計算蓄電池容量選擇系數(shù)時，最大放電時間時間按照大于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。采用彈簧儲能操動機(jī)構(gòu)后，合分閘與儲能回路電流只有幾個安培，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。現(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)計手冊也沒有作出規(guī)定，所以設(shè)計中只能夠根據(jù)實際需要來確定。
（2）變電站操作電源負(fù)荷計算示例
現(xiàn)在估算兩個斷路器數(shù)量不同的變電站直流操作電源容量（Ah），供大家參考：
以有三個斷路器的小型變電站為例：
信號燈的功率取于1W，微機(jī)保護(hù)裝置的功率取5W，如果不考慮儲能與合分閘時負(fù)荷，長期運(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，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，蓄電池供電時間為：1.5 Ah／0.22A. ＝6.82h
以有五個斷路器的小型變電站為例：
信號燈的功率取于1W，微機(jī)保護(hù)裝置的功率取5W，如果不考慮儲能與合分閘時負(fù)荷，長期運(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，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，蓄電池供電時間為：
4.0 Ah／0.36A. ＝11.11h
以有十個斷路器的小型變電站為例：
信號燈的功率取于1W，微機(jī)保護(hù)裝置的功率取5W，如果不考慮儲能與合分閘時負(fù)荷，長期運(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，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，蓄電池供電時間為：
7.6 Ah／0.73A. ＝10.41h

8 直流操作電源設(shè)計需要注意的幾個問題

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)自動化時正常的遙控合分閘操作。
負(fù)荷開關(guān)合閘由電動機(jī)直接驅(qū)動，電流比較大，時間也比較長。要保證配電網(wǎng)自動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)動為感性負(fù)荷的電動機(jī)，是不符合有關(guān)規(guī)定的，應(yīng)選用可以驅(qū)動電動機(jī)感性負(fù)荷的直流或交流電源。
2）高壓接觸器控制
高壓電動機(jī)需要頻繁起動或要求正反轉(zhuǎn)控制時，需要選用高壓真空接觸。接觸器屬于電保持，接觸器線圈的起動電流比較大，一般為幾百瓦；但起動后的保持電流比較小，一般只有幾十瓦，計算直流操作電源負(fù)荷時應(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，整個變電站的繼電保護(hù)與監(jiān)控都會失靈，如果此時變電站發(fā)生事故，繼電保護(hù)拒動，迫使上一級繼電保護(hù)動作，就會造成全站停電，大中型變電站發(fā)生此類事故還會影響電力系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行。變電站方式事故后有時會引起操作電源故障，操作電源故障后又會引起非正常跳閘，變電站事故統(tǒng)計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)計兩臺直流電源系統(tǒng)，在變電站電氣設(shè)計與日后維護(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蓄電池串聯(lián)，其中一個蓄電池內(nèi)阻發(fā)生變化加大，就會影響蓄電池的出力，并會因為此蓄電池發(fā)熱加速內(nèi)阻變化，造成此蓄電池故障而引起整個操作電源故障。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)實現(xiàn)分布式結(jié)構(gòu)，采用變電站綜合自動化與數(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設(shè)計操作電源，對于大型變壓器等設(shè)備也可以設(shè)計專用的操作的電源，目前在變電站電氣設(shè)計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，取得一定經(jīng)驗后在逐步推廣。
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)計方案將操作電源分散安裝于每個開關(guān)柜內(nèi)，但造價增加太大，而且操作電源數(shù)量增加，發(fā)生故障的概率就會增加；另外只要有一個開關(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，就會引起越級跳閘；為此操作電源分散安裝于設(shè)計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)采用高壓電動機(jī)拖動，設(shè)計院選用彈簧儲能操動機(jī)構(gòu)，由于起動頻繁，當(dāng)現(xiàn)場出現(xiàn)工藝設(shè)備故障需要緊急停車時，彈簧儲能操動機(jī)構(gòu)跳閘回路機(jī)械部分發(fā)生故障而無法跳閘，致使工藝設(shè)備故障擴(kuò)大，造成幾十萬元經(jīng)濟(jì)損失。空壓機(jī)廠家發(fā)函至各設(shè)計院要求今后設(shè)計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)。但此時控制電源的可靠性就要求非常高，采用一對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)行自動與遠(yuǎn)程控制的充放電活化處理，以延長蓄電池的使用壽命。為了提高操作電源的可靠性，在發(fā)生單相一點接地時可以繼續(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)測量不平衡電壓或不平衡電流的方法，通過計算來監(jiān)視每組蓄電池的運(yùn)行狀況，簡化蓄電池檢測電路。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小時放電率是指蓄電池按照10小時放電的設(shè)計，用規(guī)定的電流進(jìn)行放電。容量可以用實際數(shù)值表示，也可以用相對值來表示。
放電容量的計算方法：等于蓄電池額定放電電流×實際放電時間（實際容量，單位Ah）。如果用相對容量表示，可以用實際容量÷標(biāo)稱容量×100%來表示。
例如，一個2V500Ah的電池，10小時率容量是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)行容量放電測試，電池以50A放電，實際的放電持續(xù)時間是10.3小時，那么：蓄電池的實際容量＝50×10.3＝515Ah，
蓄電池的相對容量＝515÷500×100%＝103%
如標(biāo)稱6-FM-12（10HR）后面的10HR就是10小時率，其意義就是該電池在25度1個標(biāo)準(zhǔn)氣壓下，用1.2 安培放電持續(xù)時間10小時，終止電壓為10.5V。
6-FM-20（10HR） 就是2安培放電持續(xù)10小時。
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。但是不能簡單的用10小時率放電電流就是1/10=0.1這樣子來算，因為10小時率為深度放電，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。
放電時間乘以放電電流就是十小時率容量了，除以標(biāo)稱容量得出的是相對容量多次重復(fù)可以驗證cycle容量保存率。
12V是電瓶電壓，20安時是電瓶容量，容量和電壓沒關(guān)系，電壓可以相加，容量不能相加，因此是每個電瓶都是20安時 12v電瓶20安時是什么意思？
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。
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是一個小電瓶電壓，20安時是電瓶容量，容量和電壓沒關(guān)系，電壓可以相加，容量不能相加，因此是每個電瓶都是20安時。
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