變電站通信電源應急備用蓄電池裝置的應用研究

呂新荃+張延童+劉磊+徐彬泰

摘 要：在變電站通信業務中，最重要的業務是繼電保護業務，該業務的中斷會引起電力線路開關誤操作，引發停電事故。因此，繼電保護業務的中斷必須嚴格按照計劃進行，嚴禁非計劃中斷情況的發生。在變電站通信機房中，保護接口裝置正常運行是保障繼保業務正常的重要節點。

關鍵詞：變電站；通信電源；應急備用；蓄電池

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.22.165

1 隱患分析

我省500kV變電站通信機房中通常安裝兩套獨立通信電源，分別為通信設備提供-48V直流主備用電。每套電源配置1-2組24*2V蓄電池，一旦交流輸入出現故障，可作為后備電源供電。在運維過程中，每年需對每組蓄電池進行3-8小時的放電試驗，并對老化、損壞的蓄電池組進行更換。

2 原理及應用

針對上述隱患，我們設計了一種應急備用蓄電池裝置為小負載單電源設備提供備用電能。該裝置只需為保護接口裝置等單電源設備供電，與通信電源監控模塊連接，自動調整輸出電壓，具有較強的抗沖擊能力，能瞬間調整為由另一套通信電源承擔雙電源設備全部負載。

2.1 設計原理

應急備用蓄電池裝置采用“48V20Ah磷酸鐵鋰電池+電源單元+監控系統”主體設計，配置便攜箱和 “夾合式端子”形成整機，并配有一臺可同時為4臺后備裝置做均浮充管理功能的充電裝置。充電裝置對后備電池裝置進行日常性能檢測、維護，確保應急使用時保持滿電能狀態。如圖1所示：

后備電池充放電控制裝置采用模塊化設計，各部分功能如下：

（1）電池電源采用48V20Ah磷酸鐵鋰電池，通過輸出口既可以帶載又可以為其充電，當連接在通信電源的電池端子為應急電源。

（2）電源單元支持外接220V市電為其充電，也支持外接48V通信電源為其充電；兩種形式都支持浮充、均充；支持級聯功能，支持5臺并機，形成更大Ah的容量，設有級聯接口，級聯口同時也是第2路輸出口；通過限流限壓方式瞬時負載轉移。

（3）監控系統與蓄電池組和電源轉換模塊相連，用于監控蓄電池組的電壓、電流以及電源轉換模塊的運行狀態。

（4）充電裝置具有多個接口，可同時連接多個直流輸入端子。一臺充電裝置可同時為4臺后備供電裝置做均浮充。充電裝置對后備供電裝置可以進行日常性能檢測、維護，確保應急使用時保持滿電能狀態。

通常一臺小負載設備為1-2A電流，一座變電站安裝有6-10套小負載設備裝置。一套由1-5個48V20Ah蓄電池并聯的應急供電控制裝置可提供2-5小時的電能供應，足以滿足現場人員進行應急處理。

2.2 智能控制系統

應急備用蓄電池裝置采用智能控制系統，對電源系統進行監控。具體方法如下：

（1）連接電力通信電源監控系統，獲取電力通信電源的整流模塊和蓄電池組數量及容量，將其傳輸給告警數據庫；

（2）存儲并調用電源整流模塊、蓄電池組配置信息、告警閥值設置信息和到站時間；

（3）根據電力通信電源的整流模塊和蓄電池組數量及容量和到站時間，計算電力通信電源的相關容量，將其與配置數據庫的告警閥值設置信息相對比，判斷是否存在隱患，發出相應的告警信息；要求必須滿足下列兩個條件：

R×N1≥S+A×D×N2 （1）

其中R為單個整流模塊容量，N1為單臺電源整流模塊數量，S為通信站總負載容量，D為單組蓄電池容量，N2為同一電氣連接下的蓄電池組數量，A為設定參數；

∑（D×N）≥S×T （2）

其中D為單組蓄電池容量，N2為同一電氣連接下的蓄電池組數量，S為通信站總負載容量，T為搶修人員攜帶搶修工器具上站時間；

（4）電力通信電源的歷史監控數據及告警記錄通過接口模塊反饋給電力通信電源監控系統。

容量隱患的判斷條件的計算過程簡單，節約時間，同時對電源系統容量隱患的實時分析、判斷，同時減少了人員工作量。

3 應用測試

當檢修期間，通信電源交流輸入發生故障時，具有較強的抗沖擊能力，能瞬間調整為由另一套通信電源承擔雙電源設備全部負載，且后備蓄電池裝置能滿足為單電源小負載設備供電，供電時間大于將檢修的蓄電池組重新接上電源系統的操作時間或對交流輸入做緊急搶修的時間。

4 結束語

應急備用蓄電池裝置針對單蓄電池通信電源，在蓄電池充放電及更換期間，小負載設備無后備電源保障的問題進行研究、設計。該裝置采用體積小容量大的磷酸鐵鋰電池，方便搬運，并聯使用可提供2-5小時應急供電；具有較強的抗沖擊能力，快速進行電源切換；智能監控系統，實時顯示電源使用情況，方便做判斷。該裝置的使用，可減少通信電源運維過程中的風險，減少高昂的運維成本，為變電站重要電力通信設備提供安全保障，保障電網的通信暢通，運行穩定。

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