變電站電力通信直流電源系統的擴容安全性分析

郜亞洲，王萌萌

（國網江蘇省電力有限公司 鎮江供電分公司，江蘇 鎮江 212000）

1 變電站電力通信直流電源系統概述

通信電源系統擴容的原因主要體現在2 個方面。一方面，高頻開關整流器的容量偏低，無法提供蓄電池組的均充電流；另一方面，蓄電池后備時間不能達到相關要求和規定，需要更換更大的蓄電池組。而這一要求下，高頻開關整流器必然會受到干擾，因此需要對其進行擴容。

在擴容高頻開關整流器過程中，可選擇的擴容方案有2 種。一是充分利用原本預留的模塊，將增加的模塊安裝其中。具體而言，如果高頻開關整流器屏柜的容量為6×20 A，原本已經安裝了4 個模塊，還有2個位置沒有被利用，那么在實際擴容時，可以將剩余的位置補滿，由此實現擴容，從而形成6×20 A 系統；二是在實際擴容過程中，原本使用的高頻開關整流器容量已經達到最大，且沒有可擴容的空間，但是同品牌廠家的高和低容量模塊的尺寸一樣，此時可以選擇用高容量模塊替代低容量模塊，實現對高頻開關整流器擴容的效果，提高整流器容量。例如，在對高頻開關整流器屏柜擴容期間，如果容量是6×20 A，并且6個模塊已經沒有空余，在處理期間，選擇廠家同型號、同尺寸的整流模塊替換，如利用30 A 的模塊，經過擴容之后，高頻開關整流器屏柜的容量為6×30 A。

2 變電站電力通信直流電源系統存在的問題分析

2.1 直流電源配電分級開關匹配度不高

設計變電站電力通信直流電源期間，會產生大量的電力負荷，導致直流電源受到不同程度的干擾。通過對用電負荷的分析可知，通信設備的占用比例最高，需要從變電站配電室供電，并借助放射性的方式完成。但對于后期新增加的直流電源系統來說，大多會利用樓層配電柜中的電流作為交流電，這種情況下需要控制好用電設備和變壓器二次側的低壓配電級數，應該小于4 級。如果直流電源系統、不間斷電源從配電柜中引入，用電設備的配電級數會出現急速上升的情況，同時漸漸超過既定的等級，最終使得末端用電設備受到影響，用電分級級數增加，從而引發故障問題，故障點的數量也隨之增多[1]。在變電站中，配電系統也存在問題，尤其是上下級開關，沒有選擇性的動作行為，在實際運行過程中，低壓配電線路要將故障的類型作為基礎，合理安裝接地保護裝置或者短路保護裝置，以便電路出現故障問題時會立即斷開，切實達到電氣保護的目的，將影響范圍控制在最小。

2.2 長時間高負荷運轉

變電站電力通信直流電源系統在運行過程中，主要分為2 個部分，分別是市電源和備用發電機機組。結合電力通信電源技術標準和要求，為確保電源更加安全穩定，系統在運行階段，應該加強對2 路市電、1路油機模式的利用，提升系統的運行效率。但是，很多變電站并沒有達到這一要求，在配置方面，存在不標準和不規范的問題，致使系統長時間在高負荷的狀態下運轉。在初期建立過程中，各個城市沒有可借鑒的經驗，因此技術缺乏先進性，不具備建立獨立電網的條件。如果引入第二路市電的線路長度沒有控制在既定范圍，即便建立多路直流電源能滿足設計要求，在后續運行期間不能及時將油機補充到位，長時間超負荷運行，也很有可能引發安全故障或者隱患[2]。

3 變電站電力通信直流電源系統的擴容安全性分析

3.1 直流電源系統各級負荷規劃

為增強變電站電力通信直流電源系統的擴容安全性和穩定性，應該對系統內的各級負荷展開科學且有效的規劃，通過對系統密切觀察，明確不間斷電源的具體運行狀態，采取科學的方式核算系統內油機的容量。針對油機容量，受到的干擾因素較多，不能直接通過對設備負荷、額定功率比較獲得，應該對不間斷電源產生的諧波等因素充分分析，油機容量W的計算可用公式表示為

式中：W為油機容量；wa為變電站中電力通信設備負荷；wb為變電站中蓄電池組充電功率；wc為變電站中機房總功率；通過對式（1）細化，最終得出式（2），具體為

式中：W為油機容量；Wt為變電站中通信設備負荷總量；x1為諧波產生的沖擊系數，將變電站的實際運行情況作為基礎，對不間斷電源諧波充分考量，一般取值范圍在2.1 ～3.5；x2為啟動直流電源系統時的電流沖擊系數，出于對變電站機房啟動期間的電流沖擊的考慮，一般取值范圍在2.1 ～3.3；wups為不間斷電源負荷大小，kW；Wj為變電站機房負荷，kW。

從變電站的角度出發，如果電力通信直流電源系統長期處在超負荷運行狀態，電力損耗會增加，如果問題沒有及時解決，電力通信直流電源系統會存在較多風險和隱患。為避免此類問題出現，應該在保證直流電源系統各級負荷規劃合理化的基礎上，加強對運行負荷率的管控。通常情況下，系統在運行階段，如果運行負荷率沒有達到55%，那么該情況不會干擾系統的運行狀態。但倘若超過此標準，設備的容量很難滿足系統高效運行要求，必須進行擴容。在擴容期間，應該對系統進行統一且合理的規劃。計算油機容量過程中要結合式（2）精準展開計算。直流電源系統在實際運行階段，如果處在原始承載容量既定的標準內，可以直接結合新增設備所要求的負荷展開計算工作，由此達到擴容的目的[3]。倘若要增設新的整流機架，需要根據總負荷開展相應計算工作，將系統的具體開關容量，有針對性地展開擴容。

3.2 系統保護開關的選擇

變電站電力通信直流電源系統在運行期間，針對保護電器主要分為斷路器和熔斷器2 種類型。在具體擴容過程中，需要根據保護電器的不同功能，有針對性地進行選擇，明確斷路器與熔斷器的優點和缺點，具體如表1 所示。從表1 可以看出，熔斷器的優點較多，尤其是可以選擇不同的型號，具有較強的分段能力，但也有一定缺陷，例如熔斷后需要第一時間更換新的熔斷器，不能重復使用，并且保護功能缺乏多元化。而針對斷路器來說，故障斷開時可進行手動復位操作，也能作為過載或者短路防護，但是斷路器的價格較高，部分型號分段能力不強。

具體擴容過程需要將實際現狀作為基礎，有針對性地加以選擇。例如：直流電源系統在運行階段，如果電流大，或者油機容量大，應該選擇使用熔斷器，提升保護效果[4]。在實際擴容期間，系統若發生故障問題，諸如斷路過載等，可以運用斷路器完成系統的保護，確保系統能平穩且安全運行。在選擇末端保護開關時，同樣以具體情況為依據，必須具備斷電功能。與系統連接期間，需要保證用電設備能夠平穩運行，如果有短路故障問題發生，末端保護開關能第一時間做出反應，將電路迅速切斷。因此，在選擇系統保護開關的過程中，最好使用熔斷器。

3.3 對直流后備電源合理配置

變電站電力通信直流電源系統進行擴容時，為提升安全性，讓系統穩定且高效運行，還應該保證直流后備電源配置的合理化與規范化，結合具體要求和實際情況，盡可能讓蓄電池的容量減少。在擴容直流電源系統期間，需要將提升交流供電的穩定性、可靠性與安全性作為核心。通過分析直流電源系統得知，其中包含的蓄電池組，儲能設備容量大小與備用時間、直流負荷之間的關聯密切，基于此特點，蓄電池組的容量計算可表示為

式中：Wq為蓄電池組容量大小，Ah；I為直流電源系統中直流負荷大小，A；T為系統的總體放電時長，h；t為蓄電池組放電時長，h；α為供電系數。

將相關標準與要求作為基礎，如果城市的等級為1 類，放電時長h的取值應該控制在0.3 ～1.0 h；如果城市的等級為2 類，放電時長h 的取值應該控制在0.5 ～1.2 h；如果城市的等級為3 類，放電時長h的取值應該控制在1.5 ～2.5 h；如果城市的等級為4 類，放電時長h 的取值應該控制在2 ～3 h。由于所處的地區不同，選擇放電時長也存在一定差異。如果放電時長增加，那么備用時間會相應減小。為切實達到直流電源系統擴容的目標，并能滿足安全性標準，應該考慮分散供電問題，保證放電時間不能大于1.5 h。

4 具體案例分析

在當今社會發展中保證供用電的可靠性和安全性至關重要。由于受到的干擾因素較多，導致變電站電力通信直流電源系統在擴容期間，安全系數偏低，存在隱患較多，應該加強對用電量綜合考慮，盡可能降低設備出現故障的概率，同時對變電站電力通信直流電源系統的擴容安全性進行分析[5]。本次研究主要將某電力企業變電站作為研究對象，整理匯總變電站運行的數據，將其輸入到實驗所用的軟件中，在對各項參數充分掌握的基礎上，建立對照組和實驗組，選擇的電力通信直流電源系統一致。其中實驗組應用的是本文提出的擴容方法，對照組應用的是傳統方法。同時對2 組變電站的實際運行情況進行模擬，在供電量的設置上，最初為10.0×107kW·h，最終為30.0×107kW·h。結合實驗過程，對2 組系統進行分析與對比，判斷在實際擴容過程中，是否有故障問題發生，從而比較2 組擴容的安全性，具體實驗結果如表2 所示。

表2 實驗結果對比

結合表2 看出：對照組隨著供電量的增加，出現故障次數也明顯增多，當擴容的供電量為30.0×107kW·h 時，出現故障的次數達到21 次；實驗組在這方面明顯減少，雖然也有故障問題出現，但擴容到30.0×107kW·h，只出現了3 次故障問題。經對比發現，本文提出的擴容方式可以讓直流電源系統的運行更為安全穩定，增強供電的可靠性，能夠讓變電站電力通信更為安全可靠，滿足預期的擴容目標。

5 結 論

文章主要對變電站電力通信直流電源系統展開深入研究，明確系統擴容期間可能出現的問題，并以此為依據，提出了一種安全系數更高的擴容方案。但在具體實施階段，由于受到一些因素制約，如油機容量低等，導致擴容改造的效率不高。為保證系統擴容安全性能實現最大化，在具體設計期間，需要合理分析影響系統整體性的因素，借助可行辦法，加強對擴容改造項目的優化和改進。