通信電源與站用直流電源整合問題探討

韓本帥，慈春秀，林澤源，崔海鵬，孫中尉

（1.山東電力工程咨詢?cè)河邢薰荆綎| 濟(jì)南 250013；2.山東省城市商業(yè)銀行合作聯(lián)盟有限公司，山東 濟(jì)南 250101）

0 引言

站用交直流一體化電源系統(tǒng)由站用交流電源、直流電源、交流不間斷電源（UPS）、逆變電源（INV）（根據(jù)工程需要選用）、直流變換電源（DC／DC）等裝置組成，并統(tǒng)一監(jiān)視控制，共享直流電源的蓄電池組。

《國(guó)家電網(wǎng)公司2011年新建變電站設(shè)計(jì)補(bǔ)充規(guī)定》規(guī)定66～220 kV變電站宜采用交直流一體化電源系統(tǒng)，通信電源不單獨(dú)配置；《協(xié)調(diào)統(tǒng)一基建類和生產(chǎn)類標(biāo)準(zhǔn)差異條款》（國(guó)家電網(wǎng)科，12號(hào)）規(guī)定220 kV及以下變電站宜采用通信電源與變電站電源一體化設(shè)計(jì)，即廠站直流系統(tǒng)經(jīng)DC／DC轉(zhuǎn)換向通信設(shè)備供電。目前500 kV及以上變電站由于在電網(wǎng)中的重要地位，通信電源通常單獨(dú)配置獨(dú)立的蓄電池，主要是擔(dān)心采用DC／DC供電后通信電源的可靠性不能滿足要求［1－3］。

由于目前DC／DC供電方式在220 kV站也剛開始推廣使用，對(duì)于整合后通信設(shè)備的供電可靠性是否滿足要求還存在疑問，針對(duì)站用直流、通信電源整合中的幾個(gè)關(guān)鍵問題進(jìn)行分析。

1 DC／DC電源模塊的過(guò)載能力分析

DC／DC供電的通信電源接線見圖1，由于DC／DC電源模塊具有過(guò)流保護(hù)，在通信設(shè)備冷啟動(dòng)或大電流負(fù)載浪涌沖擊時(shí)，不能提供足夠的電流，會(huì)造成母線電壓跌落使其它通信設(shè)備重啟。對(duì)于傳統(tǒng)通信電源接線見圖2，雖然高頻開關(guān)電源模塊與DC／DC一樣，同樣具有過(guò)流保護(hù)問題，但由于有專用通信蓄電池直接掛在母線上，能夠提供足夠的電流，維持母線電壓穩(wěn)定。所以DC／DC供電的通信電源接線需要采取必要措施解決該問題。

方法一：加大DC／DC模塊配置，使其能提供足夠的電流，在設(shè)備冷啟動(dòng)時(shí)，維持母線電壓的穩(wěn)定。

方法二：在母線上加裝一定容量的電解電容，在設(shè)備冷啟動(dòng)時(shí)，電容能釋放一定的容量，保證設(shè)備的啟動(dòng)，維持母線電壓在規(guī)定的范圍內(nèi)。

方法一的設(shè)備投資大，具體采取哪種方法，需針對(duì)其他問題的解決方案進(jìn)行統(tǒng)籌考慮。

圖1 DC／DC供電通信電源接線示意圖

圖2 傳統(tǒng)通信電源接線示意圖

2 DC／DC電源模塊的故障切除能力分析

傳統(tǒng)通信電源接線在饋線短路或過(guò)載時(shí)，在高頻開關(guān)電源模塊短路保護(hù)時(shí)，由蓄電池提供短路電流，使饋線開關(guān)動(dòng)作切除故障。

DC／DC供電的通信電源接線，由于DC／DC短路保護(hù)時(shí)間很短，可能先于饋線開關(guān)跳閘時(shí)間，DC／DC短路保護(hù)后不再有電流輸出，使得饋線開關(guān)無(wú)法跳閘切除故障，使一個(gè)饋線支路的短路故障影響整個(gè)母線供電。

方案一。 在母線上并接一定容量的電解電容。在母線上并接一定容量的電解電容，可以在饋線負(fù)載出現(xiàn)短路故障時(shí)提供較大的短路電流，使得饋線開關(guān)跳閘切除故障，保證母線電壓下降范圍在通信電源要求范圍內(nèi)。 該方案增加費(fèi)用不多，約為1 000～2 000元，在110 kV變電站中已應(yīng)用較多，由于目前國(guó)內(nèi)220 kV站采用DC／DC的工程不多，在220 kV及以上變電站通信直流母線上并接電解電容的方案目前尚無(wú)運(yùn)行業(yè)績(jī)。

方案二。在饋線開關(guān)回路串聯(lián)電子饋線保護(hù)裝置。電子饋線保護(hù)裝置采用大功率開關(guān)器件實(shí)現(xiàn)回路的無(wú)觸點(diǎn)開通和關(guān)斷控制，由硬件電路實(shí)現(xiàn)短路瞬時(shí)保護(hù)功能，由軟件電路實(shí)現(xiàn)過(guò)載短延時(shí)保護(hù)功能。當(dāng)電流采樣電路檢測(cè)的回路電流大于3 In時(shí)，裝置的硬件比較電路快速控制開關(guān)器件關(guān)斷，并使開關(guān)器件鎖存在關(guān)斷狀態(tài)；當(dāng)電流采樣電路檢測(cè)的回路電流大于1.15倍額定電流值時(shí)，裝置的軟件電路自動(dòng)進(jìn)入計(jì)時(shí)和電壓監(jiān)控程序，之后如果輸出電壓波動(dòng)維持在40 V以上，則計(jì)時(shí)程序延時(shí)10 ms后自動(dòng)輸出關(guān)斷信號(hào)；如果輸出電壓波動(dòng)下降到40 V及以下，則電壓監(jiān)控程序自動(dòng)終止計(jì)時(shí)并立即輸出關(guān)斷信號(hào)。關(guān)斷信號(hào)可快速控制開關(guān)器件關(guān)斷，并使開關(guān)器件鎖存在關(guān)斷狀態(tài)。 通信電源饋線開關(guān)采用直流斷路器，其具有的熱磁保護(hù)功能，加上電子饋線保護(hù)裝置的智能開關(guān)控制，可以使通信直流饋線回路的過(guò)載或短路故障得到有效的保護(hù)，避免DC－DC變換器因輸出過(guò)載或短路而發(fā)生電壓跌落的嚴(yán)重事故。在DC／DC出口短路故障時(shí)，DC／DC的短路保護(hù)將閉鎖DC／DC輸出。該方案在江蘇、上海等地區(qū)的220 kV、110 kV變電站已有運(yùn)行業(yè)績(jī)。該方案需增加費(fèi)用1萬(wàn)元左右，投資較方案一高。

通過(guò)上述分析，方案二投資較方案一高，推薦采用方案一。

3 通信電源可靠性分析

傳統(tǒng)通信電源接線每段母線上都配置一組通信蓄電池和一套高頻開關(guān)電源。當(dāng)一套高頻開關(guān)電源故障時(shí)，通信蓄電池能直接對(duì)母線放電，切除故障的高頻開關(guān)電源，同時(shí)保證通信設(shè)備的持續(xù)運(yùn)行。當(dāng)一組蓄電池或一套高頻開關(guān)電源退出檢修時(shí)，可以將分段開關(guān)投入，兩段母線變?yōu)橐欢文妇€運(yùn)行，這時(shí)在母線上仍同時(shí)接有一組通信蓄電池和一套高頻開關(guān)電源，保證通信設(shè)備的可靠運(yùn)行。

采用DC／DC供電通信電源接線，每段母線上配置一套DC／DC電源模塊。在一套DC／DC電源模塊故障時(shí)，該段母線上的通信設(shè)備都將失去電源，退出運(yùn)行，需要人員到現(xiàn)場(chǎng)投入分段開關(guān)，才能恢復(fù)對(duì)這些設(shè)備的供電；當(dāng)一套DC／DC電源模塊退出檢修時(shí)，將分段開關(guān)投入，可以通過(guò)另一套DC／DC電源模塊對(duì)通信設(shè)備供電，這時(shí)所有的通信設(shè)備只靠這一套DC／DC電源模塊供電，一旦該套DC／DC電源模塊故障，將造成全站通信設(shè)備失電。但其實(shí)DC／DC電源模塊同高頻開關(guān)電源一樣，每套裝置是由多個(gè)模塊組成，在配置模塊時(shí)都會(huì)設(shè)置一塊備份模塊，其中一個(gè)模塊故障，完全不會(huì)影響整套裝置的輸出電壓和電流，整套裝置的功能也不會(huì)受到影響。模塊數(shù)量是按全站最大通信負(fù)荷來(lái)選擇并留有一定預(yù)度，所以當(dāng)兩個(gè)模塊同時(shí)故障時(shí)，對(duì)通信負(fù)荷供電的影響也很小，只有在一套DC／DC電源模塊退出檢修而通信負(fù)荷又處于最大負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，需要適當(dāng)減少通信負(fù)荷。而在工程實(shí)際應(yīng)用中，整套裝置故障的概率極低，因而配置兩套DC／DC電源模塊對(duì)通信設(shè)備供電，可以滿足通信設(shè)備的要求。

4 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)上述分析，通信電源與直流電源的整合是可行的，在采取增加母線上加裝電解電容或在饋線開關(guān)回路串聯(lián)電子饋線保護(hù)裝置等措施后，通信電源供電的可靠性可以滿足要求，保證通信設(shè)備的可靠運(yùn)行。 對(duì)于500 kV及以上電壓等級(jí)的變電站，可綜合考慮變電站的重要性以及DC／DC供電方式運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)成熟程度，確定其供電方式。

［1］李淮海，張玉林，孫向東，等.智能交直流一體化站用電源系統(tǒng)的研究與應(yīng)用［J］.華東電力，2011，39（6）：919－922.

［2］陳文升，唐宏德.數(shù)字化變電站關(guān)鍵技術(shù)研究與工程實(shí)現(xiàn)［J］.華東電力，2009，37（1）：124－128.

［3］陳曉捷.500 kV智能變電站無(wú)人值班技術(shù)探討［J］.電力自動(dòng)化設(shè)備，2011，31（2）：149－152.