UPS在箱式變電站操作電源中的應(yīng)用

摘 要：通過(guò)對(duì)箱式變電站操作電源的分析，提出使用UPS作為箱式變電站高壓柜操作電源的控制方案。UPS電源應(yīng)用在空間狹小的箱式變電站中，能最大限度利用箱變中有限的空間，提高系統(tǒng)可靠性和經(jīng)濟(jì)性。實(shí)踐證明完全能滿足高壓交流操作的工作特點(diǎn)，對(duì)大容量箱式變電在選擇操作電源方面，提出了新的思路。

關(guān)鍵詞：不間斷電源（UPS）；箱式變電站；操作電源

中圖分類(lèi)號(hào)：TM63 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1004-7344（2018）24-0077-02

1 引 言

在城鎮(zhèn)電網(wǎng)建設(shè)中，因土地資源緊張，箱式變電站越來(lái)越多的得到了應(yīng)用。箱式變電站高壓側(cè)較多采用如圖1的接線方式。對(duì)于容量較大的箱式變電站，因需要安裝保護(hù)裝置，需要有操作電源，因箱式變電站安裝直流柜操作電源不現(xiàn)實(shí)，所以可以通過(guò)運(yùn)用交流電操作電源的方式，通過(guò)電壓互感器，從而達(dá)到供電目的的供電方法。

該方式的供電主要通過(guò)利用電壓互感器進(jìn)行回路操作，以此來(lái)達(dá)到為回路提供電源的目的，該操作方式以交流電的形式進(jìn)行，但是在操作過(guò)程中存在如下的弊端。

（1）在進(jìn)線柜運(yùn)行過(guò)程中，因?yàn)樾枰袚?dān)電能計(jì)量的功效，而在計(jì)量過(guò)程中需要采取單獨(dú)二次線圈的形式進(jìn)行，在這個(gè)過(guò)程中一旦計(jì)量以及操作同時(shí)運(yùn)用同一組電壓互感器，將會(huì)產(chǎn)生安裝困難，此外，這種方式成本較高，因此，很多電力企業(yè)并不會(huì)優(yōu)先選用這種方式進(jìn)行。針對(duì)這種情況，很多電力企業(yè)會(huì)采取雙繞組的形式，如圖2所示，該方案選取0.2S級(jí)別的繞組完成計(jì)量任務(wù)，并且選取另外一個(gè)容量較大的繞組為整體電路提供220V的操作電源，此外，取消了操作回路中存在的整流器件，從而避免了整流器件產(chǎn)生諧波影響計(jì)量的可能性。

（2）對(duì)于TV供電方式，如果高壓母線、進(jìn)線發(fā)生短路的情況，這時(shí)電壓的互感器產(chǎn)生的殘壓數(shù)值非常低，并且保持一定數(shù)值持續(xù)下降，一旦系統(tǒng)的二次電壓降低到斷路器的保護(hù)電壓時(shí)，斷路器會(huì)由于供電不足，失去其保護(hù)效果，因而產(chǎn)生安全隱患。

（3）大容量箱式變電站都采用微機(jī)保護(hù)，在微機(jī)保護(hù)器正常運(yùn)行過(guò)程中，運(yùn)用的便是TV供電設(shè)備，2中分析該設(shè)備會(huì)出現(xiàn)因無(wú)工作電源，導(dǎo)致保護(hù)裝置無(wú)法起到其系統(tǒng)保護(hù)作用的情況出現(xiàn)這將會(huì)造成大容量箱式變電站的安全隱患。

因此，想要解決這個(gè)問(wèn)題，可以采取更換操作電源的方式進(jìn)行，而操作電源中最穩(wěn)定的便是不間斷電源——UPS。

2 UPS供電方式的工作原理

2.1 UPS的基本功能

（1）穩(wěn)壓功能。電網(wǎng)電壓正常時(shí)，TV的電壓能夠進(jìn)入U(xiǎn)PS進(jìn)行穩(wěn)壓后，供給負(fù)載使用，此外還能夠通過(guò)儲(chǔ)存電能的方式為系統(tǒng)提供操作電壓。

（2）蓄電功能。電網(wǎng)電壓出現(xiàn)故障時(shí)，UPS能夠?qū)?chǔ)存的電能釋放出來(lái)，從而保證系統(tǒng)的正常運(yùn)行。

（3）切換功能。UPS能夠?qū)崿F(xiàn)蓄電池以及電網(wǎng)之間的自行切換，從而保證系統(tǒng)供電不會(huì)出現(xiàn)間斷。

在高壓電源正常的情況下，低壓電源能夠通過(guò)UPS向操作回路供電；高壓電源出現(xiàn)故障或者斷電的情況下，UPS能夠向高壓電源供電；而系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)，UPS能夠?qū)⑿铍姵刂械膬?chǔ)備直流電直接轉(zhuǎn)換、逆變成系統(tǒng)以及操作回路使用的交流電，從而為整個(gè)系統(tǒng)提供電力，保證整個(gè)系統(tǒng)不會(huì)受到斷電影響。

2.2 UPS的優(yōu)點(diǎn)和作用

（1）提供高穩(wěn)定度的電壓波形，具有承受電網(wǎng)波動(dòng)和擾動(dòng)（浪涌、跌落和諧波）、間斷甚至短時(shí)停電的能力，即使面對(duì)線性以及非線性負(fù)載，UPS也具備低阻抗輸出的能力。

（2）UPS供電、操作電源不受高壓母線電壓的影響，可避免TV供電方式時(shí)出線的計(jì)量問(wèn)題和保護(hù)拒動(dòng)現(xiàn)象。

（3）當(dāng)TV故障和母線短路時(shí)，提供微機(jī)保護(hù)裝置在一定時(shí)間內(nèi)繼續(xù)保持工作和斷路器儲(chǔ)能、分合閘的能源。

（4）3kVA容量的UPS的體積只有500×600×250mm，其體積很小，完全能安放在箱式變電站中。

3 UPS操作電源的選擇

3.1 UPS的優(yōu)點(diǎn)和作用

UPS主要分為兩種模式：①后備式。后備式的UPS在正常情況下，以交流電形式進(jìn)行電力輸出，一旦發(fā)生故障或者系統(tǒng)電力中斷的情況，便自行切換為蓄電池輸出供電，在這個(gè)過(guò)程中，切換時(shí)間僅為10ms；②在線式。在線式的UPS在出現(xiàn)故障的情況下，能夠?qū)崿F(xiàn)市電模式、電池模式無(wú)間隔切換。

UPS輸出3kVA以下為小容量，3～10kVA為中小容量，10kVA以上為中大容量。一般機(jī)器銘牌上只注明伏安（VA），而負(fù)載容量為瓦特（W），為統(tǒng)一起見(jiàn)，將以功率因數(shù)0.6與伏安之間的乘積為算式結(jié)論。由于UPS容量與成本關(guān)系成正比，而且體積越小安裝越便捷，因而在選取時(shí)，滿足正常使用需求的前提下，容量越小越好。

UPS在分類(lèi)上，可以按照輸入、出的方式進(jìn)行，主要分為單相輸入、輸出；三相輸入、單相輸出；三相輸入、單相輸出。在系統(tǒng)中，由于開(kāi)關(guān)柜特點(diǎn)，在操作電源設(shè)計(jì)上通常采用單向的電源，因而在UPS操作電源中，選擇單向輸入、輸出的方式便能夠滿足UPS的使用要求。

3.2 容量驗(yàn)算

現(xiàn)在一般3～10kV電壓等級(jí)中，常用VS1型斷路器，這種斷路器是彈簧操作機(jī)構(gòu)。分合閘線圈的功率為300～400VA（W），電流1.2～2A（AC220V時(shí)），儲(chǔ)能電機(jī)的功率為70～100W，電流0.5～1A（AV220V時(shí)）。小型UPS的容量有0.5、1、3kVA等幾種規(guī)格，其配置的時(shí)間限制在15min左右?；趫D1的情況，在變電所故障發(fā)生時(shí)，由高壓斷電直至恢復(fù)給電，系統(tǒng)中2臺(tái)斷路器的分合閘以及電機(jī)儲(chǔ)能計(jì)一次功效，其中：分合閘計(jì)2s、電能儲(chǔ)能計(jì)60s來(lái)計(jì)算，斷路器完成一次任務(wù)，需要耗能達(dá)4.22WH。

選擇3kVA的UPS標(biāo)準(zhǔn)配置，輸出功率大約為1800W，可進(jìn)行上述操作106次。

4 接線方式

接線方式如圖3，采用TV與UPS配合的供電方式，在沒(méi)有外電源的情況下，完全保證系統(tǒng)的安全穩(wěn)定性，當(dāng)然，也可以由外電源與UPS配合的形式。

5 注意事項(xiàng)

（1）訂貨時(shí)將斷路器和保護(hù)設(shè)備的操作電源訂為交流220V。

（2）UPS電源主機(jī)對(duì)環(huán)境溫度的要求是+5～40℃。因箱式變電站安裝于戶外，根據(jù)南方的天氣情況，冬季溫度最低溫度存在0℃以下的情況，需要在箱變中增加自動(dòng)增溫除濕設(shè)備。

（3）使用環(huán)境清潔、少塵。

（4）系統(tǒng)啟動(dòng)前應(yīng)保證UPS啟動(dòng)電壓在UPS額定電壓以內(nèi)。

（5）UPS電源功率應(yīng)遠(yuǎn)小于輸入電源的功率。

（6）應(yīng)注重UPS電源運(yùn)行維護(hù)，建立完善的運(yùn)行維護(hù)制度，定期進(jìn)行UPS充放電及試驗(yàn)，確保功能完善。

6 結(jié) 語(yǔ)

綜上所述，本文以UPS的經(jīng)濟(jì)性及可靠性為起點(diǎn)，在箱式變電站中UPS的應(yīng)用可行性進(jìn)行簡(jiǎn)要分析，并且得出相應(yīng)的驗(yàn)證結(jié)論：UPS的供電方式與傳統(tǒng)供電方式相比較，并沒(méi)有對(duì)高壓電源的依賴(lài)性；在變電站正常運(yùn)營(yíng)過(guò)程中，并不會(huì)對(duì)計(jì)量以及系統(tǒng)保護(hù)產(chǎn)生不良影響，并且能夠?yàn)樽冸娬鞠到y(tǒng)提供相應(yīng)的保護(hù)措施。結(jié)合文中分析可知，UPS供電方式具備良好的應(yīng)用前景。

參考文獻(xiàn)

[1]張乃國(guó).電子電源技術(shù)與應(yīng)用[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2007.

[2]徐國(guó)政.高電壓斷路器原理與應(yīng)用[M].北京：清華大學(xué)出版社，2000.

[3]陳景惠.發(fā)電廠及變電所二次接線[M].北京：中國(guó)電力出版社，1992.

[4]王淮彬，丁懷東.UPS電源在電力系統(tǒng)運(yùn)行安全中的保障作用[J].中國(guó)西部科技，2008（22）3：47～48.

[5]尹維生，李 巖.UPS在高壓開(kāi)關(guān)柜操作電源中的應(yīng)用[J].長(zhǎng)春大學(xué)學(xué)報(bào)，2009.

收稿日期：2018-7-15

作者簡(jiǎn)介：覃先銳（1976-），男，助理工程師，大學(xué)本科，主要從事配電工程運(yùn)行維護(hù)工作，曾經(jīng)從事配電工程設(shè)計(jì)及施工相應(yīng)工作。