配电系统二次电源配置方案探讨

　0 引言

　　当前，电网在主干网络日益强大的同时，配电网络亦不断扩展加强，为用户提供了更广阔、便捷的电源支撑。但是，由于设备投资成本及直流系统要求专业维护等问题，大多数开关站、开闭所、用户工程未能配置直流供电电源，因此，这些站所一次高压设备及二次保护装置均采用交流电源进行控制和操作。

　　1 交流电源配置

　　1. 1 低压侧外引电源配置

　　在配网站所未送电前，站所自身无法提供市电交流电源系统为高、低压设备控制和操作，因此，常规的方法是由外部电缆引入市电，保证站所的控制系统电源，送电后则可设计成由低压馈线柜单路32 A 塑壳式断路器引接。

　　对于10 kV 高压柜体不影响断路器控制操作

　　及保护的辅助回路，通常采用直接外引的交流电源。该类回路主要有柜内照明，温、湿度控制及加热回路等。

　　1. 2 互感器抽取低压电源配置

　　在配网站所送电后，可设计由电压互感器柜或计量柜的PT 处抽取交流100 V 电源供站所控制电源系统。为确保计量准确并防止偷、漏电，许多站所要求计量柜能提供独立、专供计量的PT，且PT 为可铅封的单独二次绕组。因此，可在进线柜设置进线PT，采用变比为10 /0. 1 /0. 1 的2个二次绕组，准确级别为0. 2 级绕组作为进线电源监视;准确级别为0. 5 级绕组，作为控制电源抽取，在抽取后，由250 VA 小型变压器将交流100 V/220 V 转换，形成二次交流电源系统。该法需配置专门小型变压器及二次配线，增大了投资成本。为节约成本及简化接线，可联系互感器制造公司生产二次绕组交流220 V 级别( 见表1)。

　　1. 3 不间断电源UPS 配置

　　为保证控制电源系统可靠供电，可设计加装1 000 VA 不间断电源(Uninterrupted Power Supply，UPS)(见图1)。同时，为减轻进线PT 负载，防止长期大负荷导致PT 过热损毁，可采用通常由低压柜支路电源提供给UPS 充电并保证控制电源系统的长期供电方式。因此，设计中间继电器K 切换回路，正常K 动作时常开触点导通，低压柜供电;低压柜停电时，K 失电常闭触点导通，由进线柜PT 供电。

　　设计中，对控制操作回路只需短时供电，可选用充电与蓄电池组一体的小型UPS 电源，将保护控制及断路器操作回路接入UPS 输出插座，不需要接入UPS 的设备(如温、湿度加热回路等)接到普通市电插座。UPS 通常采用密封式、免维护铅酸蓄电池，电池可正常使用3 a。但电池的使用寿命随保存及使用环境、电池放电频繁程度而有所不同。

　　(1) 即使电池不使用，其性能也会逐渐下降。因此，无论是否正常使用，电池应每4 ～ 6 个月充、放电一次。方法为暂时切断市电输入，放电至关机后，再接入市电输入充电16 h 以上。

　　(2) UPS 正常使用温度为0 ～ 40 ℃，过低温度会影响电池电能释放，过高温度会减少电池的寿命。

　　(3) UPS 是为保证突发断电事故中负载可短时间继续工作而设计的。如频繁进行放电，电池寿命可能降低为0. 5 ～ 1 a，严重影响电池寿命。

　　(4) 为保证UPS 的有效性，建议定期检查电池电压，防止出现意外。

　　UPS 电源供电时间依据负载的不同所能带载的时间也有所区别，并要求UPS 选型应与负载要求匹配，山特电子的TG 系列UPS 可带载时长如表2 所示。

　　如果需要长达几小时的不间断供电，可采用UPS 外带电池方法。根据负载大小选择山特C(* )KS 系列( 见表3)，此时，常效机后备时间随外接电池容量变化。

　　2 直流电源配置

　　2. 1 小部分直流供电设备配置

　　对部分小功率的需用直流电源供电的装置，可采用加装小整流板形式实现。小整流板可将交流电源通过晶闸管及二级管逆变、整流，滤波为直流电源，其优点是简单、便捷，缺点是整流后的直流电源仍会有部分交流分量。

　　2. 2 全系统直流设备配置

　　对大型重要开闭站所，为保证二次控制操作回路的独立性，断路器及二次保护装置宜采用直流控制系统。建议采用独立整流设备并配置蓄电池组，实现实时的充放电及交流电源停电时直流蓄电池持续供电的功能。配置方式普遍是由一面充电馈电屏及一面电池屏组成。对大型用户，还可配置双套直流系统互为备用。

　　2. 2. 1 直流系统的继保反措要求

　　依据继保反措规定，将整流电源作浮充电源的直流电源时应满足下列要求:① 直流电压波动范围应< 5% 额定值;② 波纹系数< 5%;③ 失去浮充电源后在最大负载下的直流电压不应< 80%的额定值。

　　2. 2. 2 直流系统的交流输入要求

　　采用系统容量40 A 的双路交流输入自动切换装置，双路交流输入端带防需保护，且带机械和电气联锁。

　　该设计保证了充电屏电源的可选择性，当户内站用变有电时采用该电源整流;在户内站用变失电、而户外变压器带电时，采用户外变进行整流，在户内、户外变压器均失电时充电屏暂停工作，由蓄电池组提供控制及操作用直流电源系统。

　　2. 2. 3 直流系统的充电要求

　　充电浮充电装置至少需采用3 台5 A 的高频开关电源模块并联运行，保证出现单个模块故障时仍能提供最大为10 A 的充电电流，不影响整个充电装置的运行。采用大屏幕液晶汉字显示微机自动控制模块，可实时测量并显示交流输入电压、控制母线电压、充电机输出电压、充电机输出电流、电池充电电流、环境温度等，并可设置电池浮充电压、均充电压、均充计时电流、均充计时时间等参数;要求保证直流充电模式可在浮充、均充间自由切换，并实时监测各项充电技术参数;要求充电馈电屏具备母线绝缘监测和声光报警功能;在直流系统接地时及时报警并提示接地馈电分路开关号，减少故障排查时的拉路测试环节，便于检修人员排查、准确确定接地故障点。

　　2. 2. 4 直流系统的无人值守要求

　　按照无人值班站所的要求，装置同时具有所需遥测、遥信量和遥控量接点的端子排输出方式和RS -232 或RS -485 通信接口方式，保证直流系统的各项电流、电压数据及时上传调度及远控后台。

　　2. 3 全系统直流微断分级配置

　　依据继保反措(2008 版)规定，直流系统微断分级配置应满足以下要求。

　　2. 3. 1 独立直流空开(空气开关)原则

　　控制电源与保护电源直流供电回路必须分别由独立的直流空开供电，并应明确各种类型的保护电源、自动装置电源、控制回路电源空开的安数。为防止因直流空开( 直流熔断器) 不正确动作(熔断)而扩大事故，应注意做到:

　　(1) 直流总输出回路、直流分路均装设熔断器时，熔断器应分级配置，且逐级配合;直流总输出回路装设熔断器，直流分路装设小空气开关时，必须确保熔断器与小空气开关有选择性地配合;直流总输出回路、直流分路均装设小空气开关时，必须确保上、下级小空气开关有选择性地配合;直流断路器下一级不应再接熔断器。

　　(2) 直流回路的空气开关应选择只有直流特性的空气开关，同一厂、站宜优先选用同一厂家、同一型号的自动空气开关产品。

　　(3) 对于新建、扩建及技改工程，应选用自动空气开关保护;采用熔断器的直流回路应结合技改，逐步更换为自动空气开关;使用具有切断直流负载能力的、不带热保护的小空气开关取代原有的直流熔断器时，小空气开关的额定工作电流应按最大动态负荷电流的1. 5 ～ 2. 0 倍选用。

　　2. 3. 2 与断路器匹配原则

　　(1) 由一组保护装置控制多组断路器和各种双断路器的开闭所接线方式中，每个断路器的操作回路应分别由专门的直流空气开关( 直流熔断器)供电，而保护装置的直流回路由另一组直流空气开关(直流熔断器)供电。

　　(2) 有2 组跳闸线圈的断路器时，每个跳闸回路应分别由专门的直流空气开关( 直流熔断器)供电。

　　2. 3. 3 与保护匹配原则

　　(1) 每套独立的保护装置。均应有专用于直接到直流空气开关(直流熔断器) 正、负极电源的专用端子对，该套保护的全部直流回路包括跳闸出口继电器的线圈回路，都必须且只能从该对专用端子取得直流的正、负电源。

　　(2) 不允许一套独立保护的任一回路( 包括跳闸继电器)接到另一套独立保护的专用端子对引入的直流正、负电源。

　　(3) 如果一套独立保护的继电器及回路分装在不同的开关柜上，同样也必须只能由同一专用端子对取得直流正、负电源。

　　(4) 由不同熔断器供电或不同专用端子对供电的2 套保护装置的直流逻辑回路间不允许有任何电的联系，如有需要，必须经空接点输出。

　　3 低压系统交流电源配置

　　3. 1 常见低压侧抽取电源配置

　　普通用户用电采用交流380 V 低压配电系统，组成该系统的常见低压柜型有GGD、GCK、PGL、MNS 等。低压系统中的进线柜和母联柜、馈线柜的控制电源设计时有所不同。

　　进线柜框架断路器的控制回路电源应取自进线刀闸后端，一方面是在进线电缆有电时控制电源同步有电，可正常控制操作进线断路器;另一方面是如果进线侧刀开关断开时，可确保进线断路器一次及二次回路全部断电，便于开关设备检修和维护。

　　低压馈线柜控制电源可取自低压母线导体，只要低压母线带电，每路馈线控制回路电源均可正常操作，如图2 所示。

　　3. 2 复杂低压系统抽取电源配置

　　对于三进两母联的复杂低压配电系统，多路电源进线存在多个控制电源，母联断路器要怎样采用电源呢? 解决的方法是，整个低压配电系统采用单一控制电源。

　　电源切换回路如图3 所示。图3 中，利用2只中间继电器KA 及其常开和常闭接点配合，将多路电源组成一套电源切换回路进行有效切换。在各路进线电缆有电时，依照1#进线、2#进线、3#进线先后顺序，保证控制电源的独立、可靠抽取，即1#进线有电时，继电器KA1 动作，常开导通，驱动继电器KA2 动作，KA1、KA2 常开导通所有控制电源，选用1#进线，同时利用KA1、KA2 常闭接开断，切断2#、3# 二次电源进线。1# 进线无电，2# 进线有电状态，继电器KA2 动作，常开接点导通，控制电源选用2#进线;1#、2# 进线均处无电状态时，控制电源通过继电器KA1、KA2 常闭触点选用3#进线。

　　4 结语

　　随着城市配电网络不断地发展壮大，必然要求电力设备间安全可靠型、综合自动化方向发展，配网设备电源系统的重要性日益凸显。本文主要讨论在配网设计时电源系统考虑应怎样采用交流还是直流系统。采用交流电源系统时应在外引电源的同时由进线侧电压互感器引接电源，并设置不间断电源UPS 保证交流电源系统的可靠性;在采用直流电源系统时，应注意直流系统技术要求及微断配置原则。由于配电系统的控制操作电源设计还有许多方面值得商榷，因此，要求设计人员集思广益，适当选型，并应用新技术、新元件，合理配置一、二次系统，保证配网高、低压开关柜设备的安全、可靠。