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摘 要：通过对箱式变电站操作电源的分析，提出使用UPS作为箱式变电站高压柜操作电源的控制方案。UPS电源应用在空间狭小的箱式变电站中，能最大限度利用箱变中有限的空间，提高系统可靠性和经济性。实践证明完全能满足高压交流操作的工作特点，对大容量箱式变电在选择操作电源方面，提出了新的思路。
关键词：不间断电源（UPS）；箱式变电站；操作电源
中图分类号：TM63 文献标识码：A 文章编号：1004-7344（2018）24-0077-02
1 引 言
在城镇电网建设中，因土地资源紧张，箱式变电站越来越多的得到了应用。箱式变电站高压侧较多采用如图1的接线方式。对于容量较大的箱式变电站，因需要安装保护装置，需要有操作电源，因箱式变电站安装直流柜操作电源不现实，所以可以通过运用交流电操作电源的方式，通过电压互感器，从而达到供电目的的供电方法。
该方式的供电主要通过利用电压互感器进行回路操作，以此来达到为回路提供电源的目的，该操作方式以交流电的形式进行，但是在操作过程中存在如下的弊端。
（1）在进线柜运行过程中，因为需要承担电能计量的功效，而在计量过程中需要采取单独二次线圈的形式进行，在这个过程中一旦计量以及操作同时运用同一组电压互感器，将会产生安装困难，此外，这种方式成本较高，因此，很多电力企业并不会优先选用这种方式进行。针对这种情况，很多电力企业会采取双绕组的形式，如图2所示，该方案选取0.2S级别的绕组完成计量任务，并且选取另外一个容量较大的绕组为整体电路提供220V的操作电源，此外，取消了操作回路中存在的整流器件，从而避免了整流器件产生谐波影响计量的可能性。
（2）对于TV供电方式，如果高压母线、进线发生短路的情况，这时电压的互感器产生的残压数值非常低，并且保持一定数值持续下降，一旦系统的二次电压降低到断路器的保护电压时，断路器会由于供电不足，失去其保护效果，因而产生安全隐患。
（3）大容量箱式变电站都采用微机保护，在微机保护器正常运行过程中，运用的便是TV供电设备，2中分析该设备会出现因无工作电源，导致保护装置无法起到其系统保护作用的情况出现这将会造成大容量箱式变电站的安全隐患。
因此，想要解决这个问题，可以采取更换操作电源的方式进行，而操作电源中最稳定的便是不间断电源——UPS。
2 UPS供电方式的工作原理
2.1 UPS的基本功能
（1）稳压功能。电网电压正常时，TV的电压能夠进入UPS进行稳压后，供给负载使用，此外还能够通过储存电能的方式为系统提供操作电压。
（2）蓄电功能。电网电压出现故障时，UPS能够将储存的电能释放出来，从而保证系统的正常运行。
（3）切换功能。UPS能够实现蓄电池以及电网之间的自行切换，从而保证系统供电不会出现间断。
在高压电源正常的情况下，低压电源能够通过UPS向操作回路供电；高压电源出现故障或者断电的情况下，UPS能够向高压电源供电；而系统出现故障时，UPS能够将蓄电池中的储备直流电直接转换、逆变成系统以及操作回路使用的交流电，从而为整个系统提供电力，保证整个系统不会受到断电影响。
2.2 UPS的优点和作用
（1）提供高稳定度的电压波形，具有承受电网波动和扰动（浪涌、跌落和谐波）、间断甚至短时停电的能力，即使面对线性以及非线性负载，UPS也具备低阻抗输出的能力。
（2）UPS供电、操作电源不受高压母线电压的影响，可避免TV供电方式时出线的计量问题和保护拒动现象。
（3）当TV故障和母线短路时，提供微机保护装置在一定时间内继续保持工作和断路器储能、分合闸的能源。
（4）3kVA容量的UPS的体积只有500×600×250mm，其体积很小，完全能安放在箱式变电站中。
3 UPS操作电源的选择
3.1 UPS的优点和作用
UPS主要分为两种模式：①后备式。后备式的UPS在正常情况下，以交流电形式进行电力输出，一旦发生故障或者系统电力中断的情况，便自行切换为蓄电池输出供电，在这个过程中，切换时间仅为10ms；②在线式。在线式的UPS在出现故障的情况下，能够实现市电模式、电池模式无间隔切换。
UPS输出3kVA以下为小容量，3～10kVA为中小容量，10kVA以上为中大容量。一般机器铭牌上只注明伏安（VA），而负载容量为瓦特（W），为统一起见，将以功率因数0.6与伏安之间的乘积为算式结论。由于UPS容量与成本关系成正比，而且体积越小安装越便捷，因而在选取时，满足正常使用需求的前提下，容量越小越好。
UPS在分类上，可以按照输入、出的方式进行，主要分为单相输入、输出；三相输入、单相输出；三相输入、单相输出。在系统中，由于开关柜特点，在操作电源设计上通常采用单向的电源，因而在UPS操作电源中，选择单向输入、输出的方式便能够满足UPS的使用要求。
3.2 容量验算
现在一般3～10kV电压等级中，常用VS1型断路器，这种断路器是弹簧操作机构。分合闸线圈的功率为300～400VA（W），电流1.2～2A（AC220V时），储能电机的功率为70～100W，电流0.5～1A（AV220V时）。小型UPS的容量有0.5、1、3kVA等几种规格，其配置的时间限制在15min左右。基于图1的情况，在变电所故障发生时，由高压断电直至恢复给电，系统中2台断路器的分合闸以及电机储能计一次功效，其中：分合闸计2s、电能储能计60s来计算，断路器完成一次任务，需要耗能达4.22WH。
选择3kVA的UPS标准配置，输出功率大约为1800W，可进行上述操作106次。
4 接线方式
接线方式如图3，采用TV与UPS配合的供电方式，在没有外电源的情况下，完全保证系统的安全稳定性，当然，也可以由外电源与UPS配合的形式。
5 注意事项
（1）订货时将断路器和保护设备的操作电源订为交流220V。
（2）UPS电源主机对环境温度的要求是+5～40℃。因箱式变电站安装于户外，根据南方的天气情况，冬季温度最低温度存在0℃以下的情况，需要在箱变中增加自动增温除湿设备。
（3）使用环境清洁、少尘。
（4）系统启动前应保证UPS启动电压在UPS额定电压以内。
（5）UPS电源功率应远小于输入电源的功率。
（6）应注重UPS电源运行维护，建立完善的运行维护制度，定期进行UPS充放电及试验，确保功能完善。
6 结 语
综上所述，本文以UPS的经济性及可靠性为起点，在箱式变电站中UPS的应用可行性进行简要分析，并且得出相应的验证结论：UPS的供电方式与传统供电方式相比较，并没有对高压电源的依赖性；在变电站正常运营过程中，并不会对计量以及系统保护产生不良影响，并且能够为变电站系统提供相应的保护措施。结合文中分析可知，UPS供电方式具备良好的应用前景。
参考文献
[1]张乃国.电子电源技术与应用[M].北京：机械工业出版社，2007.
[2]徐国政.高电压断路器原理与应用[M].北京：清华大学出版社，2000.
[3]陈景惠.发电厂及变电所二次接线[M].北京：中国电力出版社，1992.
[4]王淮彬，丁怀东.UPS电源在电力系统运行安全中的保障作用[J].中国西部科技，2008（22）3：47～48.
[5]尹维生，李 岩.UPS在高压开关柜操作电源中的应用[J].长春大学学报，2009.
收稿日期：2018-7-15
作者简介：覃先锐（1976-），男，助理工程师，大学本科，主要从事配电工程运行维护工作，曾经从事配电工程设计及施工相应工作。
关键词：不间断电源（UPS）；箱式变电站；操作电源
中图分类号：TM63 文献标识码：A 文章编号：1004-7344（2018）24-0077-02
1 引 言
在城镇电网建设中，因土地资源紧张，箱式变电站越来越多的得到了应用。箱式变电站高压侧较多采用如图1的接线方式。对于容量较大的箱式变电站，因需要安装保护装置，需要有操作电源，因箱式变电站安装直流柜操作电源不现实，所以可以通过运用交流电操作电源的方式，通过电压互感器，从而达到供电目的的供电方法。
该方式的供电主要通过利用电压互感器进行回路操作，以此来达到为回路提供电源的目的，该操作方式以交流电的形式进行，但是在操作过程中存在如下的弊端。
（1）在进线柜运行过程中，因为需要承担电能计量的功效，而在计量过程中需要采取单独二次线圈的形式进行，在这个过程中一旦计量以及操作同时运用同一组电压互感器，将会产生安装困难，此外，这种方式成本较高，因此，很多电力企业并不会优先选用这种方式进行。针对这种情况，很多电力企业会采取双绕组的形式，如图2所示，该方案选取0.2S级别的绕组完成计量任务，并且选取另外一个容量较大的绕组为整体电路提供220V的操作电源，此外，取消了操作回路中存在的整流器件，从而避免了整流器件产生谐波影响计量的可能性。
（2）对于TV供电方式，如果高压母线、进线发生短路的情况，这时电压的互感器产生的残压数值非常低，并且保持一定数值持续下降，一旦系统的二次电压降低到断路器的保护电压时，断路器会由于供电不足，失去其保护效果，因而产生安全隐患。
（3）大容量箱式变电站都采用微机保护，在微机保护器正常运行过程中，运用的便是TV供电设备，2中分析该设备会出现因无工作电源，导致保护装置无法起到其系统保护作用的情况出现这将会造成大容量箱式变电站的安全隐患。
因此，想要解决这个问题，可以采取更换操作电源的方式进行，而操作电源中最稳定的便是不间断电源——UPS。
2 UPS供电方式的工作原理
2.1 UPS的基本功能
（1）稳压功能。电网电压正常时，TV的电压能夠进入UPS进行稳压后，供给负载使用，此外还能够通过储存电能的方式为系统提供操作电压。
（2）蓄电功能。电网电压出现故障时，UPS能够将储存的电能释放出来，从而保证系统的正常运行。
（3）切换功能。UPS能够实现蓄电池以及电网之间的自行切换，从而保证系统供电不会出现间断。
在高压电源正常的情况下，低压电源能够通过UPS向操作回路供电；高压电源出现故障或者断电的情况下，UPS能够向高压电源供电；而系统出现故障时，UPS能够将蓄电池中的储备直流电直接转换、逆变成系统以及操作回路使用的交流电，从而为整个系统提供电力，保证整个系统不会受到断电影响。
2.2 UPS的优点和作用
（1）提供高稳定度的电压波形，具有承受电网波动和扰动（浪涌、跌落和谐波）、间断甚至短时停电的能力，即使面对线性以及非线性负载，UPS也具备低阻抗输出的能力。
（2）UPS供电、操作电源不受高压母线电压的影响，可避免TV供电方式时出线的计量问题和保护拒动现象。
（3）当TV故障和母线短路时，提供微机保护装置在一定时间内继续保持工作和断路器储能、分合闸的能源。
（4）3kVA容量的UPS的体积只有500×600×250mm，其体积很小，完全能安放在箱式变电站中。
3 UPS操作电源的选择
3.1 UPS的优点和作用
UPS主要分为两种模式：①后备式。后备式的UPS在正常情况下，以交流电形式进行电力输出，一旦发生故障或者系统电力中断的情况，便自行切换为蓄电池输出供电，在这个过程中，切换时间仅为10ms；②在线式。在线式的UPS在出现故障的情况下，能够实现市电模式、电池模式无间隔切换。
UPS输出3kVA以下为小容量，3～10kVA为中小容量，10kVA以上为中大容量。一般机器铭牌上只注明伏安（VA），而负载容量为瓦特（W），为统一起见，将以功率因数0.6与伏安之间的乘积为算式结论。由于UPS容量与成本关系成正比，而且体积越小安装越便捷，因而在选取时，满足正常使用需求的前提下，容量越小越好。
UPS在分类上，可以按照输入、出的方式进行，主要分为单相输入、输出；三相输入、单相输出；三相输入、单相输出。在系统中，由于开关柜特点，在操作电源设计上通常采用单向的电源，因而在UPS操作电源中，选择单向输入、输出的方式便能够满足UPS的使用要求。
3.2 容量验算
现在一般3～10kV电压等级中，常用VS1型断路器，这种断路器是弹簧操作机构。分合闸线圈的功率为300～400VA（W），电流1.2～2A（AC220V时），储能电机的功率为70～100W，电流0.5～1A（AV220V时）。小型UPS的容量有0.5、1、3kVA等几种规格，其配置的时间限制在15min左右。基于图1的情况，在变电所故障发生时，由高压断电直至恢复给电，系统中2台断路器的分合闸以及电机储能计一次功效，其中：分合闸计2s、电能储能计60s来计算，断路器完成一次任务，需要耗能达4.22WH。
选择3kVA的UPS标准配置，输出功率大约为1800W，可进行上述操作106次。
4 接线方式
接线方式如图3，采用TV与UPS配合的供电方式，在没有外电源的情况下，完全保证系统的安全稳定性，当然，也可以由外电源与UPS配合的形式。
5 注意事项
（1）订货时将断路器和保护设备的操作电源订为交流220V。
（2）UPS电源主机对环境温度的要求是+5～40℃。因箱式变电站安装于户外，根据南方的天气情况，冬季温度最低温度存在0℃以下的情况，需要在箱变中增加自动增温除湿设备。
（3）使用环境清洁、少尘。
（4）系统启动前应保证UPS启动电压在UPS额定电压以内。
（5）UPS电源功率应远小于输入电源的功率。
（6）应注重UPS电源运行维护，建立完善的运行维护制度，定期进行UPS充放电及试验，确保功能完善。
6 结 语
综上所述，本文以UPS的经济性及可靠性为起点，在箱式变电站中UPS的应用可行性进行简要分析，并且得出相应的验证结论：UPS的供电方式与传统供电方式相比较，并没有对高压电源的依赖性；在变电站正常运营过程中，并不会对计量以及系统保护产生不良影响，并且能够为变电站系统提供相应的保护措施。结合文中分析可知，UPS供电方式具备良好的应用前景。
参考文献
[1]张乃国.电子电源技术与应用[M].北京：机械工业出版社，2007.
[2]徐国政.高电压断路器原理与应用[M].北京：清华大学出版社，2000.
[3]陈景惠.发电厂及变电所二次接线[M].北京：中国电力出版社，1992.
[4]王淮彬，丁怀东.UPS电源在电力系统运行安全中的保障作用[J].中国西部科技，2008（22）3：47～48.
[5]尹维生，李 岩.UPS在高压开关柜操作电源中的应用[J].长春大学学报，2009.
收稿日期：2018-7-15
作者简介：覃先锐（1976-），男，助理工程师，大学本科，主要从事配电工程运行维护工作，曾经从事配电工程设计及施工相应工作。