变配电站操作电源概述
操作电源是保证变配电站正常运行的重要条件之一，它为变配电站开关柜提供信号与合分闸电源；有些变配电站站内事故照明也引自操作电源屏。操作电源设计不合理或出现故障，不仅会引发事故，也会在发事故后破坏变配电站继电保护的正确动作而使事故扩大。有关资料统计，电力系统变配电站发生的事故中与操作电源有关的事故占有很大比例，这就要求对操作电源应加强维护与管理，从变配电站设计与施工开始就要保证操作电源的可靠性。
1 操作电源种类与应用范围
变配电站操作电源分为直流操作与交流操作两种。直流操作电压有220V、110V与48V 三种，交流操作电压只有220V一种。直流操作可靠性高，但造价也高，供一级负荷的变配电站与大中型变配电站一般都采用直流操作。电力系统中110kV及以上的变配电站都采用直流操作。110kV以上的重要变配电站还采用双直流操作电源。交流操作电源简单，造价低，电力系统中农网35kV变配电站以及城市电网中10kV开闭所一般都采用交流操作。
变配电站操作电源要根据断路器操动机构的种类来设计。电磁操动机构应选用直流操作，蓄电池容量都在150AH以上。采用弹簧储能操动机构后，一些小型变配电站可采用交流操作。
2 操作电源电压等级选择
操作电源电压等级根据所选用的操动机构来选择。电磁操动机构的合闸电流一般都在100A以上，所以选用电磁操动机构时，操作电源电压应选用直流220V。
弹簧储能操动机构与永磁操动机构电源电压有直流与交流两种。弹簧储能操动机构的储能电动机功率只有几百瓦，合分闸电流只有3~5A，永磁操动机构的电源电流与合分闸电流均不到1A。操作电源为直流操作时，选用弹簧储能与永磁操动机构，操作电源电压应选用110V。此时蓄电池串联级数可减少一半，其并联级数虽然也应增加一倍，但由于其工作电流小，绝对值增加并不大。此时可降低直流屏成本。
操作电源为交流操作时，为方便取得备用电源，交流操作电源只有220V一种电压等级。
直流48V用于弱电集控。采用变配电站综合自动化（微机保护）装置后，弱电集控已经不再采用，直流48V电压已被淘汰。
3 操作电源的可靠性
操作电源消失或发生故障，变配电站不仅不能进行正常操作，还会引发变配电站事故发生。变配电站发生事故后，如果操作电源消失或发生故障，继电保护就会拒动而造成越级跳闸，使事故扩大。因此操作电源的可靠性必需得到保证。
直流操作采用蓄电池供电来保证其可靠性，蓄电池供电无切换时间问题，是最可靠的操作电源。但需要整流与充电设备以及蓄电池，造价高，占地面积与维护工作量也大。
采用交流作操时，选用常规继电保护时，变配电站发生事故后，利用操作机构的电流脱扣器跳闸，其事故跳闸与操作电源无关，交流操作可以满足中小型变配电站的使用要求。操作电源可取此电压互感器，并选用100/220V隔离并升压变压器提供电源220V交流操作电源。
采用交流操作时，如果选用变配电站综合自动化（微机保护）装置，因为变配电站综合自动化（微机保护）装置本身的工作电源消失后就无法运行。变配电站综合自动化装置（微机保护）的保护跳闸需要通过操动机构的跳闸线圈来跳闸，因此应设计低电压短延时切换的不间断后备电源。否则变配电站母线或出线开关柜出口发生短路事故，事故电压降低到跳闸线允许最低电压以下时，断路器操动机构就会拒动，引发越级跳闸。
4 操作电源的接线方式
采用电磁操动机构时，其合闸电流一般都在100A以上，此时操作电源的合分闸电源与控制电源分为两段母线，并将合分闸母线电压提高到蓄电池充电电压240V，加降压模块降低到220V后再供电给控制电源母线。这样可减小合闸电流冲击影响，信号电源也引控制电源母线。
采用弹簧储能或永磁操动机构后，合闸电流一般不超过5A，合闸时冲击电流很小。设计规范与设计手册规定操作电源电压为220V时下限为180V，110V时下限为90V。这样合分闸与控制电源可统一采用220V或110V，直流屏与交流屏蓄电池最终放电电压为180V或90V，这样不仅可以减少蓄电池的串联级数，降低成本，直流屏还可省掉压降模块，减少了能源损耗。此时采用单母线分段，两段母线分别给一次系统两段母线上的开关柜或控制屏合分闸控制电源与信号电源以及综合自动化装置电源供电，这样操作电源一段母线或一路操作电源发生事故，不会影响整个变配电站的正常运行，可靠性也就提高了一倍。
5 操作电源的接地方式
为了提高操作电源的可靠性，操作电源应采用不接地系统（IT系统），一旦发生单极或单相接地形不成回路，就不会跳闸，仍然可以继续运行一段时间。此时应设计对地绝缘监测。如果发生单极或单相接地，对地绝缘监测发出报警，可以采取分段与分路临时拉闸的办法查找出接地回路。
直流操作的直流电源系统容易实现不接地系统（IT系统）。交流操作操作电源可取此电压互感器，并选用100/220V隔离并升压变压器提供电源220V交流操作电源，采用不接地系统。选用UPS不间断电源或逆变电源后，在UPS不间断电源或逆变电源没有切换之前，UPS不间断电源或逆变电源通过旁路开关由外部交流电源供电。外部交流电源引此所用变或低压配电室，所用变或低压配电室220V/380V配电系统为接地系统（TN系统），这样就要求在UPS不间断电源或逆变电源输出端加隔离变压器后，再形成不接地系统。这一问题应引起设计者注意。
6 操作电源的备用电源切换
为了提高操作电源的可靠性，操作电源一般都设计两路电源供电，二者互为备用。直流操作电源与交流操作电源用UPS不间断电源或逆变电源有断电报警时，两路电源可以采用手动切换。如果设计两路供电电源互投时，二者必须有明显断开点。
直流操作电源蓄电池直接接直流母线上，两路电源供电互投时，直流电源不会间断，备用电源切换时间对操作电源无影响。交流操作当两路电源供电互投时，切换时间以及UPS不间断电源或逆变电源自动切换时间对变配电站综合自动化装置（微机保护）与操动机构动作有直接影响。
UPS不间断电源或逆变电源切换条件应为低电压切换，不能采用失压切换，否则当变配电站站内发生相间短路事故时，电压降低到80%以下而不为零时，不能进行切换，继电保护就会拒动，引发越级跳闸。
电气设计手册规定交流操作UPS不间断电源或逆变电源应选在线式，以实现无扰切换。由以下分析得知，采用变配电站综合自动化装置（微机保护）后，UPS不间断电源或逆变电源的切换不大于20 mS就可以就可以满足继电保护动作要求。不一定必须选用在线式UPS不间断电源或逆变电源。
变配电站综合自动化装置（微机保护）的电源都选用开关电源模块。内部有较大容量的滤波电容器，经现场测试供电电源中断0.5S后再恢复，变配电站综合自动化装置（微机保护）仍能正常运行不死机，各厂家的产品一般都能达到电源中断0.5S不死机。
供电电源中断0.5S后再恢复，变配电站综合自动化装置（微机保护）不死机，可以正常工作。但并不等于对继电保护跳闸没有影响。如果变配电站站内发生短路事故时交流操作电源的切换时间为0.5 S，虽然变配电站综合自动化装置（微机保护）在交流操作电源0.5 S之内不死机，发生短路事故时仍可以发出跳闸命令，但操动机构在操作电源0.5 S恢复后才能跳闸。此时跳闸时间就要延长约0.5 S，继电保护的选择性就会受到破坏而发生越级跳闸。
变配电站综合自动化装置（微机保护）保护跳闸出口固有动作时间为35mS。如果交流操作电源备用电源切换时间为20 mS，此时就可以满足继电保护动作要求。因为变配电站综合自动化装置（微机保护）在20 mS 之内不会死机，短路事故发生35mS后仍能发出跳闸命令，此时交流操作电源已恢复，操动机构的跳闸时间也不会受到影响。所选用的UPS不间断电源或逆变电源切换时间不大于20 mS就可以满足要求，但必须为低电压切换，不能为无压切换。
7 直流电源屏功能扩展
变配电站有人或少人值班时应有中央信号报警。不采用变配电站综合自动化系统，以及采用变配电站综合自动化系统后，无计算机时，应设计中央信号分路报警。采用变配电站综合自动化系统后，有计算机时，计算机可以实现报警，需要时可设计中央信号集中报警。作为变配电站综合自动化系统计算机报警的后备。
采用变配电站综合自动化系统后，计算机电源可以直接由交流电源屏引出；计算机就不再需要后备电源。直流操作可以由直流电源屏内的直流220V电源，给算机的供电电源，此时计算机也不再需要后备电源。
交直流电源屏功能扩展后，可增加中央信号集中或分路报警功能。此时可以减少变配电站的设备与站地面积以及设计与施工工作量，节约投资。
8 交直流电源屏选择
直流电源屏已经有定型产品，设计时可以直接选用。直流电源屏采用智能化开关电源充电摸块与先进的监控摸块，可控硅充电方案已不再采用。监控摸块不仅可以对充电摸块进行控制，还可以对直流电源屏各种电气参数进行监测与显示，对直流电源屏各种故障进行报警，并可通过RS-485串行通信接口将各种电气参数与故障信息向外发送。通过计算机系统集成，直流电源屏与变配电站综合自动化装置（微机保护）组成计算机系统，实现变配电站现代化管理。无人值班的变配电站直流电源屏的报警信号还应及时向调度发送。设计选用时只需提出电压等级与蓄电池容量就可以了。蓄电池容量按照停电后继续运行1小时来考虑。采用弹簧储能或永磁操动机构后，不考虑站内事故照明时，蓄电池容量一般为10到20AH就可以了。考虑站内事故照明时，蓄电池容量需要增加到38AH以上。
交流操作电源屏还没有定型产品可以直接选用，UPS不间断电源或逆变电源的蓄电池容量可以按照上述原则来选择。无人值班的变配电站报警信号也应及时向调度发送。
9 结束语
操作电源在变配电站运行中占有非常重要的地位，其设计应严格遵守电气设计规范与设计手册的规定。变电站综合自动化装置（微机保护）、智能化交直流电源屏以及永磁操动机构等新产品在变电站中已经得到推广使用。在电气设计规范与设计手册还没有随着新产品的出现而及时修订时，给变配电站设计带来一些困难，因次需要大家在变配电站电气设计与运行中不断发现问题，展开广泛的讨论，从而使变配电站设计与运行不断得到改进，新产品应用不断得到推广。
