電力通信系統中并聯直流電源技術的運用

李韋華

（中鋼石家莊工程設計研究院有限公司，河北 石家莊 050021）

0 引 言

在電力通信系統運行期間，其主要采用串聯方式接入配套蓄電池，但具有較大的遠程維護難度，同時單節電池劣化對整組性能也產生了嚴重影響。為了有效解決此問題，需要在系統中運用并聯直流電源技術，采用并聯形式接入單體蓄電池，通過電壓轉換模塊有效調節在線核容，并有效開展維護工作，以此提高系統的運行水平，全面提升經濟效益和環境效益。

1 并聯直流電源系統

電力通信電源系統中，常見系統的輸出電壓可以達到48 V，其配套蓄電池組主要由4 節12 V 或24節2 V 密封閥控式鉛酸蓄電池單體有效串聯形成。在通信電源系統中的直流母線上，需要有效并聯蓄電池組，并在浮充狀態下將其作為后備電源使用。對于串聯型的直流電源系統，可以通過若干個蓄電池個體有效串聯，從而獲得相應的系統端電壓。在串聯式充放電回路中，若蓄電池的差異較大，將會導致極板活性物質脫落、板柵腐蝕，嚴重影響蓄電池的使用壽命。因此，必須保持蓄電池組的電壓一致性，避免蓄電池故障，延長蓄電池的使用壽命，提高整套系統的可靠性。在蓄電池進行多次充放電循環后，蓄電池組會出現電壓、內阻、容量等參數不一致，不可避免地會發生過充、放電問題，因此保證蓄電池的電壓均衡非常重要[1]。

為了有效解決蓄電池的串聯結構問題，開發并聯型直流電源系統，如圖1 所示。

圖1 并聯直流電源系統結構框架

并聯型直流電源系統包括直流母線和多個并聯模塊，多個并聯模塊分別與直流母線以并聯形式相連。其中，并聯模塊包括交流/直流（Alternating Current/Direct Current，AC/DC）變換器、雙向直流/直流（Direct Current/Direct Current，DC/DC）變換器等。針對直流變換器的電源模塊要具備負載沖擊能力，這樣才能滿足通信設備的冷啟動和負載浪涌的沖擊要求。

在整流AC/DC 電路后，通常將單只12 V 蓄電池與匹配的AC/DC 充電組件、DC/DC 輸出變換器等綜合設計為并聯智能電池組件，基于多只組件進行輸出并聯，從而形成符合實際需求的間接并聯蓄電池組直流系統。整個工作系統中，各組件能夠逐一實現蓄電池的自動在線核容處理，同時支持熱插拔，更換組件與電池的工作也可以在線完成，往往一個標準柜能夠安置8 個組件和對應蓄電池。對于并聯電源的變換模塊，其通過專用數字信號處理芯片有效發揮控制、計算以及采集等功能。在市電消失的情況下，并聯智能直流電源系統能夠無間斷切換至電池供電，以滿足用戶的用電需求[2]。

實際采用并聯直流電源系統時，通過觸摸屏控制整流模塊的運行，直接向直流母線供電。在實際應用并聯直流電源技術時，可以創新蓄電池單體的連接方式，具有明顯的技術優勢。在采用并聯直流電源組件時，可以通過相關智能模塊精細化管理每一節蓄電池單體，主要涉及溫度補償、容量監測、充放電管理等相關內容。隨著科學技術的發展，蓄電池管理需要更科學、更嚴謹、更智能化，合理的監測管理和容量配置有利延長蓄電池的壽命[3]。

目前，在判斷串聯型蓄電池組的容量時，可以采用自動在線全容量核容技術。將蓄電池組充滿電后脫離不間斷電源（Uninterruptible Power Supply，UPS）靜置1 h，在適當的環境溫度條件下外接智能負載，采取10 h 放電率進行放電測試。在放電末期要隨時測量，以便精準控制達到放電終止電壓的時間，保證放電的有效性，從而實現遠程管理節能蓄電池全容量放電測試及維護。

2 電力通信直流電源組成

目前，采用的直流電源也正由傳統的相控電源逐步向模塊化的高頻開關電源轉變，具體包括蓄電池組、直流分配部分、整流器、交流部分以及監控模塊等。對于交流部分，其市電輸入方面一般采取2 路380 V三相四線輸入方式。當電源容量相對較小時，可以采用2 路220 V 單向交流輸入，確保電源供電的可靠性。

為了避免出現過電壓破壞和雷擊等問題，需要在市電輸入端加裝避雷器，選擇較為常見的避雷器即可，如普通氧化鋅避雷器等。在防雷處理時，需要科學防護由非直擊感應雷擊造成的浪涌電壓，將被保護設備的接地線或外殼和浪涌保護器接地線直接連接起來，并盡可能縮短連接導線。在浪涌保護器接地端單點接地，這樣可避免浪涌保護器與被保護設備的地線之間產生高電壓，從而起到有效的保護作用[4]。

整流器是將交流電轉化為直流電的裝置。在整流器運行過程中，整流器均流性能好壞主要取決于各整流支路總電阻和支路間的互感值。對于運行中的整流器，需要經常測試均流并加以調整，使之具有良好的均流性能。在當前的通信直流電源中，需要采用模塊化的高頻開關整流器，其體積小、噪聲低，具有較高的可靠性。高頻開關整流器一般為單相220 V 交流輸入，功率因數可以達到0.99 以上。在具體使用時，一旦輸入380 V 的三相四線交流電源，需要將整流模塊平均分配給各相。同時為了提高整流器運行的安全性與穩定性，在設計時需要考慮多余的備用容量。在模塊配置方面，應采用N+1 冗余。

在實際采用高頻開關的整流器模塊時，具體包括2 種類型，分別為內控式與外控式。其中，內控式整流器在內部設置獨立監控系統。監控系統是整流器的監控中心，監視和協調各整流模塊的工作，檢測系統的各項參數，處理告警信息，提供人機界面供用戶操作，從而控制整個電源系統的運行。一旦監控模塊出現故障問題，可以轉換整流器模塊的工作狀態，實現自主工作，使輸出的電壓值和電流值能夠符合初始設定[5]。

3 電力通信系統中并聯直流電源技術的具體應用

現如今，并聯型直流電源技術在我國電網中已得到了廣泛應用，其一般使用在110 kV 及以下等級的變電站中，可以很好地提升整組蓄電池的可靠性，避免變電站發生事故。直流系統改造的目的是提高直流系統運行的可靠性和供電質量，需要制定綜合性、科學性的制定改造方案。

具體應用中，先將原來的直流系統斷掉，然后把空氣開關合上，這樣有利于簡化2 套直流系統間的轉換過程。雖然這種轉換過程較快，但是瞬間的變化直流電壓很容易造成電源插件損壞、保護裝置誤發信號等。為了避免這些問題，要提前申請退出全站的保護出口壓板，等到直流系統轉換完成后再恢復壓板。此外，必須在新的直流系統安裝調試完成后再重復一次上述過程，然后拆除臨時直流電源。將空氣開關閉合，將臨時直流電源合并到系統中，拆去原來的直流電源，等新的直流屏安裝和調試完成后，重復以上方法拆掉臨時直流系統即可。通過以上操作，確保在更換直流系統的過程中可以持續保持對外的直流供電，同時避免了對保護設施壓板的操作，通過調整臨時直流系統的電壓來縮小2 套直流系統間的電壓差，并縮短2 套直流系統的并聯時間，從而將環流的影響降到最低[6]。

目前，系統運行過程中主要采用1+1雙電源配置，在運用并聯直流電源技術時需要對組件冗余方式加以配置，具體為N+X，其中N指使實際需求得到滿足的最小數量，X則是指備用數量。在具體測算后，使用原蓄電池組，其能量需要按照1.3 倍展開設計，以此代替通信電源中的雙電源配置模式，使通信電源設備電池的使用量可以減少70%，實現對蓄電池的保護。其不僅可以獲得明顯的經濟效益，還具有顯著的環境效益。

除此之外，以往運維人員需要在現場進行輪班值守，而使用并聯直流電源技術后，其全容量自動在線核容能夠有效減少電源現場的運維工作量。運維人員借助手機App 遠程實時掌控設施的運行狀態和故障報警，并根據系統平臺的提示開展運維工作。在蓄電池正常運行期間對其進行實時監測，測量數據包括單體電池電壓、蓄電池總電壓、環境溫度、電池溫度以及浮充電流等，保持完整的電池履歷記錄，為運維工作的開展提供依據[7]。

4 結 論

直流電源技術發揮著重要的作用，不僅能夠為繼電保護、電力負荷以及通信設備提供不間斷的電源，而且保障了電源設備的安全運行。對于電力通信系統而言，在系統運行期間需要合理運用并聯直流電源技術，做好蓄電池的運行和維護等工作。全面分析變電站直流系統的運行情況，在變電站直流系統運行中嚴格遵循相應的標準和要求，通過充分發揮并聯直流電源技術的優勢，提高系統運行的安全性和穩定性。