摘要：分布式直流电源是近年出现的一种较为新型的直流电源设备，主要应用于小型开闭所及用户末端，为一次开关设备（断路器、电动负荷开关等）提供操作电源，为二次回路（微机保护、信号指示灯、电气闭锁等）提供可靠的工作电源。本文分析了分布式直流电源相对于常规直流屏所具备的优点，并以实际工程为例验证了其在配电网中的适用性、经济性。
关键词：分布式直流电源；开闭所；配电网
0 引言
随着电力技术的进步，及配电网的不断发展壮大，数量众多的开闭所、配电房应运而生。如何为这些配电设备提供稳定、可靠的操作电源，也没有相对统一的标准。就目前而言，配电设备操作电源一般有两种方式：一是配置直流屏，二是利用PT预制专用AC 220V绕组提供操作电源。直流屏电池容量大，供电可靠性较高，主要用于变电站、大型规模或处于核心地位的开闭所。但直流屏造价相对较高，对运行环境要求严格，运维复杂。后一种方式实施简单灵活，安装方便，投资省，主要应用于末端中小型用户配电室，在一些带有保护装置的环网柜、柱上永磁开关上也经常采用。但此种方式输出不稳定，可靠性不高，例如当设备发生短路故障，PT输出电压急剧降低，不足以提供操作电源；或者故障原因导致PT熔丝熔断进而造成二次绕组完全失压，此时设备将完全失去操作电压，将严重影响配电网的安全稳定运行。
对于中小型用户而言，若配置直流屏，一是占用空间大，对运行环境要求苛刻，用户配电室一般不会专门预留空间放置蓄电池；二是直流屏蓄电池容量一般较大，用于中小型配电室显得过于浪费；三是造价高，中小用户难以接受。如果采用PT供电方式，虽然一次投资省，但此种方式可靠性不高，若是由于操作电源的问题造成设备损坏或停电事故，此时给用户造成的损失将无法估计。综合以上两种方式的优缺点，采用分布式直流电源是一种较为理想的解决方案。
1 分布式直流电源的性能及特点
1.1 分布式直流电源性能介绍
（1）工作原理
分布式直流电源在有外电的情况下，由外电源提供能量给电池充电并提供能量给长期运行的负载；在储能及分合闸操作时，由电池辅助提供更多的能量需求。当交流输入失电时，由蓄电池提供全部能量来源。
图1.1-1 工作原理图
（2）主要技术参数
额定交流输入电压：AC 220V（市电输入）、AC 100V（PT输入）。
额定输出电压：DC 24V~DC 220V 各种规格。
输出功率：
最大持续运行功率150W，能满足保护装置、信号灯等供电需求；
最大短时运行功率（20S以内）300W，能满足10-35kV弹操机构断路器储能供电需求；
最大瞬时功率（100ms以内）能达到600W，能满足10-35kV弹操机构断路器分合闸供电需求。
（3）外形尺寸
单台分布式直流电源整机尺寸一般在150mm×300mm×200mm（宽×深×高）以内，体积小，安装方便，适于就地安装在开关柜内。
实物外形参考见图1.1-2。
图1.1-2 装置正面及背面实物图
1.2 分布式直流电源与直流屏、PT供电方式比较
总的来说，分布式直流电源具有体积小、重量轻、成本低、维护少、可靠性高等一系列优点，与常规直流屏及PT供电方式相比较，优势如下表所示：
技术指标 分布式直流电源 直流屏 PT方式 供电方式 分布嵌入式 集中式 集中式 整流方式 高频开关 高频开关 无 受电方式 市电、PT 市电 自身 冷却方式 强冷 强冷 自然冷却 通信方式 RS485 RS485 无 系统复杂性 简单 较复杂 简单 系统可靠性 高 高 低 体积 小 大 小 重量 轻 重 轻 维护量 小 大 小 投资成本 较低 高 低
2 实际应用案例
某用户报装容量3500kVA，安装2台1250kVA及1台1000kVA干式变压器。拟修建配电室一座，设计接线方案为一进三出共4台断路器柜，另含专用计量柜1台，接线图如下图2-1所示。
图2-1 案例一次接线图
本配电室操作电源设计采用某公司生产的DUP型分布式直流电源，可供选择的有DUP-200及DUP-500两种型号设备，外形尺寸一致，输出功率不同。
考虑进线柜比较重要，故将进线柜单独配置一台电源，而出线柜则可根据电源装置功率选择两种不同组合方案：
断路器台数 配置方案一 配置方案二 进线柜 出线柜 进线柜 出线柜 DUP-200 DUP-200 DUP-200 DUP-500 一进三出 共 4台 1 3 1 1
方案优缺点比较：方案一将每台断路器配置一台独立直流电源，可靠性最高；方案二将出线柜共用一台较大功率电源，可靠性较高，投资省。
投资成本估算：
DUP-200型电源约0.8万元/台，DUP-500型约1.5万元/台。则方案一设备成本3.2万元，方案二成本2.3万元。若按直流屏考虑，一套100Ah直流系统成本最低在6万元左右，可见本案例中采用分布式直流电源比采用直流屏至少节约一半投资，而且节省占地空间。
方案二与方案一相比投资更省，可靠性虽不如方案一，但已实际运行可靠性已足够高。故对用户而言，方案二为最理想的电源配置方案。
3 结论
分布式直流电源作为一种新型的操作电源，与常规方式的电源相比具有着一系列不可比拟的优势。实际案例分析表明，其在中小型开闭所中的应用能大大节省投资，且供电可靠性高，对配电网的发展有着极强的适应性，必将在现阶段配网智能化的进程中得到广泛应用。
参考文献：
[1] 工业与民用配电设计手册[M].第3版.北京：中国电力出版社，2005.
[2] 李志超，付威，孙剑. 分布式直流电源在配电网系统应用探讨.电工文摘，2014.
论文作者:曾德俊 吕飞
论文发表刊物:《基层建设》2015年32期
论文发表时间:2016/10/20
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