電力專用通信DC/DC出現饋線短路問題的分析研究

李俊浩

【摘要】 本文主要探討當發生DC/DC饋線短路故障時如果因為自身短路保護系統故障而導致不能可靠跳閘的饋線開關問題，DC/DC電力專用通信操作直接掛于電源直流母線上的問題，并且通過試驗驗證了這個問題發生的原理，以及在DC/DC輸出母線并聯適當電解電容解決此問題的有效性。

【關鍵詞】 電力專用通信DC/DC 饋線短路 操作電源直流母線

一、引言

1.1電力專用通信由來

近年來，電力系統專業化管理發展得越來越快，通信電源單獨配置蓄電池組，是否改為充電設備技術模式，采用電力專用DC/DC直接掛于操作電源取得通信電源模式，這些電源模式使得它越來越成為技術討論的重點和焦點。

采用隱居考察的110KV變電站這種運行模式已經成功運行了十年之久，而實際上直接掛于操作電源采用的電力專用DC/DC而取得通信電源并非新生事物，操作電通信電源的電源通信的紋波系數、精度穩壓、電池組的源蓄選擇容量等問題均有較好的解決，當今的主要問題是在：怎樣來保證在DC/DC短路安全保護的情況下，當DC/DC專用模塊電力通信一條饋線支路發生短路故障時，同樣不會影響通信電源的正常供電和系統的正常運行，同時，饋線故障支路開關能切除故障可靠跳閘。

1.2提出的問題

圖1通信傳統電源連接方式饋線短路示意圖，圖2 DC/DC直流掛于母線的饋線短路示意圖。

問題的理論依據：當短路問題發生在饋線上時，就會存在線開關的短路跳閘時間和DC/DC保護短路時間與反饋匹配等問題，如果短路保護DC/DC先于跳閘動作饋線開關短路，DC/DC則掛于直流母線的直接方式，因此DC/DC短路保護不會再有電流的輸出，就會導致短路故障饋線支路不能被切除，從而使一個饋線支路的短路故障影響整個母線的供電系統，使饋線開關不能短路跳閘，DC/DC長期保持短路保護的狀態。相反在傳統的通信電源接線的方式中，同樣是存在短路的保護問題， AC/DC與DC/DC一樣，他們的不同是，是由蓄電池提供短路電流進行系統運作，當AC/DC進行短路保護時，使饋線開關進行短路保護動作，由于蓄電池組是直接掛在通信電源的輸出母線上，所以是不存在時間配合的問題。（圖2）

二、解決問題的理論分析

2.1解決問題的難點

解決問題的難點主要在于DC/DC為保護功率的器件，而饋線開關脫扣的曲線是一定的，短路保護保護時間不能延長，一般是采用硬件保護的方式來進行保護工作。而目前DC/DC保護短路采用的硬件比較的方式，保護時間非常短，這也是解決問題的主要難點和重點。

2.2解決方法的理論分析

在饋線支路短路引起DC/DC模塊短路保護時，應該及時提供電流故障保證開關微斷可靠跳閘，應替代傳統設計中的蓄電池組找到其他簡便可行的辦法，從而便于達到去除故障的目的。有下面這些方法可以進行分析：

1、利用操作直流電源抽頭提供故障電流：這個方法涉及如何遠離的問題，直流操作電源與48V通信電源是分屬不同的接地系統，另外還要充分考慮直流電源抽頭從操作來故障電流提供是否會影響到直流電源操作的運行，難于把握，這個方法無法實施。

2、修改DC/DC版塊的計劃：這個方法涉及開關各種饋線匹配問題和固定設計如何設計問題，同時過長的短路保護時間可能會對功率的器件造成較大危險。此方法不可行。

3、提供故障電流利用儲存的電荷放電，并聯適當電解電容：這個方法所涉及的電解電容只需>63V即可，不需太高的耐壓；同時易安裝實現，電解電容成本低。需要驗證饋線開關短路能否可靠脫扣，并且利用適當電解電容，微斷開關脫扣過程電壓電流波形是否滿足要求，DC/DC模塊上電時是否有沖擊的現象，及如何正確選取合適的電容電解容量。

三、關于通信用饋線短路DC/DC的試驗，具體試驗情況如下

3.1試驗目的

電力驗證通信專用DC/DC，并了解其過程的作用，短路饋線支路故障存在脫扣開關短路問題；驗證并聯適當在48V通信母線上的電解電容，正確解決問題的可行性。

3.2試驗步驟

實驗一、需要選用的模塊有輸出端短路和艾默生HD4825-3QF3。驗證DC/DC電源通信饋線短路時是否存在開關脫扣時間配合問題和模塊短路保護的問題。

結果試驗表明：并非饋線開關在所有情況下都不能脫扣，但是確實存在通信電力DC/DC開關不能饋線短路支路可靠脫扣的問題。

實驗二、模塊保護通信過程中電源饋線短路過程及開關脫扣的原因：CH1示波器監測DC/DC模塊功率器件MOS及電壓波形驅動回路，使用分別檢測了CH2母線電壓/電流饋線短路波形。

實驗如下所述：

C6A的饋線開關

上面的波形是管驅動MOS電壓波形

下面的波形是DC/DC輸出短路饋線電壓波形

C6A饋線開關

上面波形是管驅動MOS的電壓波形

下面波形是輸出短路饋線短路DC/DC的電流波形

綜上所述可以看出：在饋線支路發生MOS功率管短路金屬性時，可以較快的進入到保護的狀態。根據數據實驗可以得出，進入保護狀態MOS功率管時間小于1Ms。以此來說，支持故障電流有時饋線開關脫扣的，并非由功率管DC/DC導通后來進行提供。經驗證故障電流為DC/DC并聯的輸出端提供了電解電容饋線開關脫扣。

綜上結果所述：母線只要在足夠容量上并聯電容電解就能保證：在發生金屬性短路的饋線支路上，DC/DC保護短路后，電解電容由并聯的提供足夠的電流故障就能保證饋線開關可靠脫扣。

實驗三、證明在輸出母線DC/DC上并聯電解電容是否足夠能保證可靠開關脫扣。

3.2.1選擇電解電容的方法

確定最大故障電流的饋線短路，實驗表明，在進行實際操作的時候，最大饋線短路電流故障在于能否阻抗參數及金屬性饋線短路時回路短路。使用測阻精密抗儀器方便地測得，可以對各饋線支路通過饋線開關合閘的情況，在出端金屬性短路饋線開關輸的時候。從而計算出最大的出饋線路短路故障。根據電源通信標準，確定電壓母線最大允許壓降值，母線可算出最大電壓允許壓降值。

計算電解電容最大放電量，根據計算出的最大時間進行饋線短路選擇維持開關脫扣，故障最大電流對照開關脫扣曲線Idmax，選擇為1.2，并且來乘以可靠的系數，則電解電容最大放電量為⊿Q=Idmax*Ttz，得到電解電容最大放電時間Ttz，。根據上述實驗結果：對于DC/DC通信饋線回路，只要開關電流額定小于20A，就可以保證金屬性饋線支路短路下可靠脫扣饋線開關，在并聯母線上大于0.141F，63V電容電解，并且要保證在通信電源要求范圍內下降電壓范圍。

實驗四、DC/DC驗證是否能無沖擊下開機，在輸出母線DC/DC上足夠并聯電容電解下，由于電流最大開機不會大于電流的額定功率，開機時DC/DC均有限流開機功能。根據上述實驗結果：無沖擊開機DC/DC能在DC/DC輸出母線上足夠并聯電容電解下進行。

四、結束語

應加以重視技術研究層面，短路脫扣饋線開關匹配時間但DC/DC掛于直流母線存在的屬于小機率問題發生問題，積極研究解決這個問題的辦法。在研究這些解決方法的同時，是簡單易行在48V母線上并接足夠容量的電解電容器的辦法。

參 考 文 獻

[1]中華人民共和國電力行業標準DL/T5044-2004電力工程直流系統設計技術規程

[2]中華人民共和國電力行業標準DL/T459-2000電力系統直流電源柜訂貨技術條件

[3]中華人民共和國電力行業標準YD/T731-2002通信用高頻開關整流器

【摘要】 本文主要探討當發生DC/DC饋線短路故障時如果因為自身短路保護系統故障而導致不能可靠跳閘的饋線開關問題，DC/DC電力專用通信操作直接掛于電源直流母線上的問題，并且通過試驗驗證了這個問題發生的原理，以及在DC/DC輸出母線并聯適當電解電容解決此問題的有效性。

【關鍵詞】 電力專用通信DC/DC 饋線短路 操作電源直流母線

一、引言

1.1電力專用通信由來

近年來，電力系統專業化管理發展得越來越快，通信電源單獨配置蓄電池組，是否改為充電設備技術模式，采用電力專用DC/DC直接掛于操作電源取得通信電源模式，這些電源模式使得它越來越成為技術討論的重點和焦點。

采用隱居考察的110KV變電站這種運行模式已經成功運行了十年之久，而實際上直接掛于操作電源采用的電力專用DC/DC而取得通信電源并非新生事物，操作電通信電源的電源通信的紋波系數、精度穩壓、電池組的源蓄選擇容量等問題均有較好的解決，當今的主要問題是在：怎樣來保證在DC/DC短路安全保護的情況下，當DC/DC專用模塊電力通信一條饋線支路發生短路故障時，同樣不會影響通信電源的正常供電和系統的正常運行，同時，饋線故障支路開關能切除故障可靠跳閘。

1.2提出的問題

圖1通信傳統電源連接方式饋線短路示意圖，圖2 DC/DC直流掛于母線的饋線短路示意圖。

問題的理論依據：當短路問題發生在饋線上時，就會存在線開關的短路跳閘時間和DC/DC保護短路時間與反饋匹配等問題，如果短路保護DC/DC先于跳閘動作饋線開關短路，DC/DC則掛于直流母線的直接方式，因此DC/DC短路保護不會再有電流的輸出，就會導致短路故障饋線支路不能被切除，從而使一個饋線支路的短路故障影響整個母線的供電系統，使饋線開關不能短路跳閘，DC/DC長期保持短路保護的狀態。相反在傳統的通信電源接線的方式中，同樣是存在短路的保護問題， AC/DC與DC/DC一樣，他們的不同是，是由蓄電池提供短路電流進行系統運作，當AC/DC進行短路保護時，使饋線開關進行短路保護動作，由于蓄電池組是直接掛在通信電源的輸出母線上，所以是不存在時間配合的問題。（圖2）

二、解決問題的理論分析

2.1解決問題的難點

解決問題的難點主要在于DC/DC為保護功率的器件，而饋線開關脫扣的曲線是一定的，短路保護保護時間不能延長，一般是采用硬件保護的方式來進行保護工作。而目前DC/DC保護短路采用的硬件比較的方式，保護時間非常短，這也是解決問題的主要難點和重點。

2.2解決方法的理論分析

在饋線支路短路引起DC/DC模塊短路保護時，應該及時提供電流故障保證開關微斷可靠跳閘，應替代傳統設計中的蓄電池組找到其他簡便可行的辦法，從而便于達到去除故障的目的。有下面這些方法可以進行分析：

1、利用操作直流電源抽頭提供故障電流：這個方法涉及如何遠離的問題，直流操作電源與48V通信電源是分屬不同的接地系統，另外還要充分考慮直流電源抽頭從操作來故障電流提供是否會影響到直流電源操作的運行，難于把握，這個方法無法實施。

2、修改DC/DC版塊的計劃：這個方法涉及開關各種饋線匹配問題和固定設計如何設計問題，同時過長的短路保護時間可能會對功率的器件造成較大危險。此方法不可行。

3、提供故障電流利用儲存的電荷放電，并聯適當電解電容：這個方法所涉及的電解電容只需>63V即可，不需太高的耐壓；同時易安裝實現，電解電容成本低。需要驗證饋線開關短路能否可靠脫扣，并且利用適當電解電容，微斷開關脫扣過程電壓電流波形是否滿足要求，DC/DC模塊上電時是否有沖擊的現象，及如何正確選取合適的電容電解容量。

三、關于通信用饋線短路DC/DC的試驗，具體試驗情況如下

3.1試驗目的

電力驗證通信專用DC/DC，并了解其過程的作用，短路饋線支路故障存在脫扣開關短路問題；驗證并聯適當在48V通信母線上的電解電容，正確解決問題的可行性。

3.2試驗步驟

實驗一、需要選用的模塊有輸出端短路和艾默生HD4825-3QF3。驗證DC/DC電源通信饋線短路時是否存在開關脫扣時間配合問題和模塊短路保護的問題。

結果試驗表明：并非饋線開關在所有情況下都不能脫扣，但是確實存在通信電力DC/DC開關不能饋線短路支路可靠脫扣的問題。

實驗二、模塊保護通信過程中電源饋線短路過程及開關脫扣的原因：CH1示波器監測DC/DC模塊功率器件MOS及電壓波形驅動回路，使用分別檢測了CH2母線電壓/電流饋線短路波形。

實驗如下所述：

C6A的饋線開關

上面的波形是管驅動MOS電壓波形

下面的波形是DC/DC輸出短路饋線電壓波形

C6A饋線開關

上面波形是管驅動MOS的電壓波形

下面波形是輸出短路饋線短路DC/DC的電流波形

綜上所述可以看出：在饋線支路發生MOS功率管短路金屬性時，可以較快的進入到保護的狀態。根據數據實驗可以得出，進入保護狀態MOS功率管時間小于1Ms。以此來說，支持故障電流有時饋線開關脫扣的，并非由功率管DC/DC導通后來進行提供。經驗證故障電流為DC/DC并聯的輸出端提供了電解電容饋線開關脫扣。

綜上結果所述：母線只要在足夠容量上并聯電容電解就能保證：在發生金屬性短路的饋線支路上，DC/DC保護短路后，電解電容由并聯的提供足夠的電流故障就能保證饋線開關可靠脫扣。

實驗三、證明在輸出母線DC/DC上并聯電解電容是否足夠能保證可靠開關脫扣。

3.2.1選擇電解電容的方法

確定最大故障電流的饋線短路，實驗表明，在進行實際操作的時候，最大饋線短路電流故障在于能否阻抗參數及金屬性饋線短路時回路短路。使用測阻精密抗儀器方便地測得，可以對各饋線支路通過饋線開關合閘的情況，在出端金屬性短路饋線開關輸的時候。從而計算出最大的出饋線路短路故障。根據電源通信標準，確定電壓母線最大允許壓降值，母線可算出最大電壓允許壓降值。

計算電解電容最大放電量，根據計算出的最大時間進行饋線短路選擇維持開關脫扣，故障最大電流對照開關脫扣曲線Idmax，選擇為1.2，并且來乘以可靠的系數，則電解電容最大放電量為⊿Q=Idmax*Ttz，得到電解電容最大放電時間Ttz，。根據上述實驗結果：對于DC/DC通信饋線回路，只要開關電流額定小于20A，就可以保證金屬性饋線支路短路下可靠脫扣饋線開關，在并聯母線上大于0.141F，63V電容電解，并且要保證在通信電源要求范圍內下降電壓范圍。

實驗四、DC/DC驗證是否能無沖擊下開機，在輸出母線DC/DC上足夠并聯電容電解下，由于電流最大開機不會大于電流的額定功率，開機時DC/DC均有限流開機功能。根據上述實驗結果：無沖擊開機DC/DC能在DC/DC輸出母線上足夠并聯電容電解下進行。

四、結束語

應加以重視技術研究層面，短路脫扣饋線開關匹配時間但DC/DC掛于直流母線存在的屬于小機率問題發生問題，積極研究解決這個問題的辦法。在研究這些解決方法的同時，是簡單易行在48V母線上并接足夠容量的電解電容器的辦法。

參 考 文 獻

[1]中華人民共和國電力行業標準DL/T5044-2004電力工程直流系統設計技術規程

[2]中華人民共和國電力行業標準DL/T459-2000電力系統直流電源柜訂貨技術條件

[3]中華人民共和國電力行業標準YD/T731-2002通信用高頻開關整流器

【摘要】 本文主要探討當發生DC/DC饋線短路故障時如果因為自身短路保護系統故障而導致不能可靠跳閘的饋線開關問題，DC/DC電力專用通信操作直接掛于電源直流母線上的問題，并且通過試驗驗證了這個問題發生的原理，以及在DC/DC輸出母線并聯適當電解電容解決此問題的有效性。

【關鍵詞】 電力專用通信DC/DC 饋線短路 操作電源直流母線

一、引言

1.1電力專用通信由來

近年來，電力系統專業化管理發展得越來越快，通信電源單獨配置蓄電池組，是否改為充電設備技術模式，采用電力專用DC/DC直接掛于操作電源取得通信電源模式，這些電源模式使得它越來越成為技術討論的重點和焦點。

采用隱居考察的110KV變電站這種運行模式已經成功運行了十年之久，而實際上直接掛于操作電源采用的電力專用DC/DC而取得通信電源并非新生事物，操作電通信電源的電源通信的紋波系數、精度穩壓、電池組的源蓄選擇容量等問題均有較好的解決，當今的主要問題是在：怎樣來保證在DC/DC短路安全保護的情況下，當DC/DC專用模塊電力通信一條饋線支路發生短路故障時，同樣不會影響通信電源的正常供電和系統的正常運行，同時，饋線故障支路開關能切除故障可靠跳閘。

1.2提出的問題

圖1通信傳統電源連接方式饋線短路示意圖，圖2 DC/DC直流掛于母線的饋線短路示意圖。

問題的理論依據：當短路問題發生在饋線上時，就會存在線開關的短路跳閘時間和DC/DC保護短路時間與反饋匹配等問題，如果短路保護DC/DC先于跳閘動作饋線開關短路，DC/DC則掛于直流母線的直接方式，因此DC/DC短路保護不會再有電流的輸出，就會導致短路故障饋線支路不能被切除，從而使一個饋線支路的短路故障影響整個母線的供電系統，使饋線開關不能短路跳閘，DC/DC長期保持短路保護的狀態。相反在傳統的通信電源接線的方式中，同樣是存在短路的保護問題， AC/DC與DC/DC一樣，他們的不同是，是由蓄電池提供短路電流進行系統運作，當AC/DC進行短路保護時，使饋線開關進行短路保護動作，由于蓄電池組是直接掛在通信電源的輸出母線上，所以是不存在時間配合的問題。（圖2）

二、解決問題的理論分析

2.1解決問題的難點

解決問題的難點主要在于DC/DC為保護功率的器件，而饋線開關脫扣的曲線是一定的，短路保護保護時間不能延長，一般是采用硬件保護的方式來進行保護工作。而目前DC/DC保護短路采用的硬件比較的方式，保護時間非常短，這也是解決問題的主要難點和重點。

2.2解決方法的理論分析

在饋線支路短路引起DC/DC模塊短路保護時，應該及時提供電流故障保證開關微斷可靠跳閘，應替代傳統設計中的蓄電池組找到其他簡便可行的辦法，從而便于達到去除故障的目的。有下面這些方法可以進行分析：

1、利用操作直流電源抽頭提供故障電流：這個方法涉及如何遠離的問題，直流操作電源與48V通信電源是分屬不同的接地系統，另外還要充分考慮直流電源抽頭從操作來故障電流提供是否會影響到直流電源操作的運行，難于把握，這個方法無法實施。

2、修改DC/DC版塊的計劃：這個方法涉及開關各種饋線匹配問題和固定設計如何設計問題，同時過長的短路保護時間可能會對功率的器件造成較大危險。此方法不可行。

3、提供故障電流利用儲存的電荷放電，并聯適當電解電容：這個方法所涉及的電解電容只需>63V即可，不需太高的耐壓；同時易安裝實現，電解電容成本低。需要驗證饋線開關短路能否可靠脫扣，并且利用適當電解電容，微斷開關脫扣過程電壓電流波形是否滿足要求，DC/DC模塊上電時是否有沖擊的現象，及如何正確選取合適的電容電解容量。

三、關于通信用饋線短路DC/DC的試驗，具體試驗情況如下

3.1試驗目的

電力驗證通信專用DC/DC，并了解其過程的作用，短路饋線支路故障存在脫扣開關短路問題；驗證并聯適當在48V通信母線上的電解電容，正確解決問題的可行性。

3.2試驗步驟

實驗一、需要選用的模塊有輸出端短路和艾默生HD4825-3QF3。驗證DC/DC電源通信饋線短路時是否存在開關脫扣時間配合問題和模塊短路保護的問題。

結果試驗表明：并非饋線開關在所有情況下都不能脫扣，但是確實存在通信電力DC/DC開關不能饋線短路支路可靠脫扣的問題。

實驗二、模塊保護通信過程中電源饋線短路過程及開關脫扣的原因：CH1示波器監測DC/DC模塊功率器件MOS及電壓波形驅動回路，使用分別檢測了CH2母線電壓/電流饋線短路波形。

實驗如下所述：

C6A的饋線開關

上面的波形是管驅動MOS電壓波形

下面的波形是DC/DC輸出短路饋線電壓波形

C6A饋線開關

上面波形是管驅動MOS的電壓波形

下面波形是輸出短路饋線短路DC/DC的電流波形

綜上所述可以看出：在饋線支路發生MOS功率管短路金屬性時，可以較快的進入到保護的狀態。根據數據實驗可以得出，進入保護狀態MOS功率管時間小于1Ms。以此來說，支持故障電流有時饋線開關脫扣的，并非由功率管DC/DC導通后來進行提供。經驗證故障電流為DC/DC并聯的輸出端提供了電解電容饋線開關脫扣。

綜上結果所述：母線只要在足夠容量上并聯電容電解就能保證：在發生金屬性短路的饋線支路上，DC/DC保護短路后，電解電容由并聯的提供足夠的電流故障就能保證饋線開關可靠脫扣。

實驗三、證明在輸出母線DC/DC上并聯電解電容是否足夠能保證可靠開關脫扣。

3.2.1選擇電解電容的方法

確定最大故障電流的饋線短路，實驗表明，在進行實際操作的時候，最大饋線短路電流故障在于能否阻抗參數及金屬性饋線短路時回路短路。使用測阻精密抗儀器方便地測得，可以對各饋線支路通過饋線開關合閘的情況，在出端金屬性短路饋線開關輸的時候。從而計算出最大的出饋線路短路故障。根據電源通信標準，確定電壓母線最大允許壓降值，母線可算出最大電壓允許壓降值。

計算電解電容最大放電量，根據計算出的最大時間進行饋線短路選擇維持開關脫扣，故障最大電流對照開關脫扣曲線Idmax，選擇為1.2，并且來乘以可靠的系數，則電解電容最大放電量為⊿Q=Idmax*Ttz，得到電解電容最大放電時間Ttz，。根據上述實驗結果：對于DC/DC通信饋線回路，只要開關電流額定小于20A，就可以保證金屬性饋線支路短路下可靠脫扣饋線開關，在并聯母線上大于0.141F，63V電容電解，并且要保證在通信電源要求范圍內下降電壓范圍。

實驗四、DC/DC驗證是否能無沖擊下開機，在輸出母線DC/DC上足夠并聯電容電解下，由于電流最大開機不會大于電流的額定功率，開機時DC/DC均有限流開機功能。根據上述實驗結果：無沖擊開機DC/DC能在DC/DC輸出母線上足夠并聯電容電解下進行。

四、結束語

應加以重視技術研究層面，短路脫扣饋線開關匹配時間但DC/DC掛于直流母線存在的屬于小機率問題發生問題，積極研究解決這個問題的辦法。在研究這些解決方法的同時，是簡單易行在48V母線上并接足夠容量的電解電容器的辦法。

參 考 文 獻

[1]中華人民共和國電力行業標準DL/T5044-2004電力工程直流系統設計技術規程

[2]中華人民共和國電力行業標準DL/T459-2000電力系統直流電源柜訂貨技術條件

[3]中華人民共和國電力行業標準YD/T731-2002通信用高頻開關整流器