利用變電站直流裝置供電的技術(shù)分析

【摘要】變電站采用DC-DC裝置電源系統(tǒng)為電力通信系統(tǒng)進(jìn)行直流供電，有其有利的一面，同時也存在一些不容忽視的問題，文章就某公司改造變電站中采用DC-DC裝置供電方式的優(yōu)勢進(jìn)行闡述，同時指出該供電方式下電力通信系統(tǒng)的信息可靠性下降、操作電源系統(tǒng)易失壓失控、能源損耗增加等問題，借以提醒相關(guān)方面的專家重視，深入研究拓展這方面的技術(shù)。

【關(guān)鍵詞】變電站DC-DC裝置直流供電電力通信

一、前言

隨著電力的需求，變電站的數(shù)量不斷增加，加重了通信人員對通信電源的維護(hù)工作。變電站直流供電系統(tǒng)利用高頻開關(guān)整流器與高頻變換器，將交流電轉(zhuǎn)換成直流電，保證直流供電的可靠性[1]。從技術(shù)層面上看，通信系統(tǒng)的供電方式可借鑒變電站直流系統(tǒng)裝置，為通信設(shè)備供電。本文用某公司的實(shí)例分析通過DC-DC裝置為通信系統(tǒng)供電的可行性，同時也對其中存在的問題進(jìn)行探討，以引起相關(guān)專業(yè)人員的重視。

二、變電站直流裝置供電技術(shù)的實(shí)例應(yīng)用

2.1實(shí)例概況

某公司在改造樹屏變電站的過程中，將2個隔離型高頻開關(guān)DC-DC變換器，裝入通信屏體內(nèi)，分別從變電站直流系統(tǒng)和交流系統(tǒng)取220V電流以供電源，再經(jīng)過變換裝置流入直流分配單元，提供兩條電流以供通信設(shè)備使用，這兩條電流分別為3路-48V/32A和3路-48V/16A。同時，將傳輸接入的設(shè)備、DC-DC變換裝置、各組配線單元組合起來，裝到屏體中，以整合機(jī)房空間。

2.2DC-DC系統(tǒng)裝置的運(yùn)作原理

通信電力直流系統(tǒng)要求正極接地，而變電站直流系統(tǒng)卻要求正負(fù)極懸空設(shè)置，為保證這點(diǎn)要求，在裝置中加入隔離型DC-DC變換器，隔離了變換器的輸出和輸入，實(shí)現(xiàn)變電站直流裝置為通信電力系統(tǒng)供電的可能性。該公司在變電站的改造中，采用直流、交流同時供電，當(dāng)中斷交流輸入時，直流系統(tǒng)供電。

2.3DC-DC裝置系統(tǒng)的參數(shù)要求

為保證通信的質(zhì)量，通信電力裝置系統(tǒng)要求電話的衡重雜音不能高于2mV，從該公司的技術(shù)參數(shù)表中（詳見表1），可以看出DC-DC裝置系統(tǒng)滿足這點(diǎn)要求。

2.4直流裝置供電系統(tǒng)的優(yōu)化

直流操作系統(tǒng)電源包括復(fù)式整流電源和蓄電池式電源。該公司的變電站就是應(yīng)用直流操作系統(tǒng)電源為繼電裝置、設(shè)備控制、自動裝置、通訊設(shè)備等提供必要的電源，同時在斷路器發(fā)生故障時提供應(yīng)急電源。在應(yīng)用的同時，該公司還優(yōu)化了直流裝置供電系統(tǒng)。

2.4.1充電裝置優(yōu)化

工頻變壓器、濾波裝置、晶閘管構(gòu)成了變電站直流操作系統(tǒng)電源當(dāng)中的充電機(jī)器[2]。當(dāng)充電模式故障時，必須停機(jī)修理，維修的時間比較長，影響蓄電池的繼續(xù)充電，變電站的操作電源沒有得到及時保障。改進(jìn)直流操作系統(tǒng)的整流裝置，用IGBT高頻開關(guān)代替晶閘管，為保障系統(tǒng)的正常運(yùn)行，提升系統(tǒng)的可靠性，該公司將N+1冗余高頻開關(guān)應(yīng)用到了電源模塊當(dāng)中。

2.4.2蓄電池優(yōu)化

單組電池的直流系統(tǒng)，分段接線，配備一套或者兩套充電裝置，兩組電池的直流系統(tǒng)，分段接線，配備兩套或者三套充電裝置，在母線之間裝上保護(hù)電器。鉛酸蓄電池的使用壽命對溫度的要求比較嚴(yán)格，把溫度控制在10-30℃之間，與成套電源一起裝置于主控室里。

2.4.3接線模式的改進(jìn)

蓄電池組出現(xiàn)故障，不能正常工作，會影響到整個變電站的運(yùn)行，該公司在直流裝置系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，另配備一組蓄電池隨時接入工作，以保障其中一組電池出現(xiàn)故障時變電站的正常運(yùn)行。轉(zhuǎn)變蓄電池組放電試驗(yàn)的回路，將這條回路與直流母線的工作路徑區(qū)分開來，保證母線的工作不受影響，提高系統(tǒng)的可靠性。

2.4.4完善監(jiān)控系統(tǒng)

使用直流供電操作系統(tǒng)的監(jiān)控裝置，將串口裝置在通信系統(tǒng)中，通信軟件硬件設(shè)備裝置于變電站直流操作系統(tǒng)中，將直流操作系統(tǒng)中的各種數(shù)據(jù)傳輸?shù)奖O(jiān)測系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫里，以達(dá)到時時監(jiān)測的目的。

三、變電站直流裝置供電技術(shù)的優(yōu)勢與不足

3.1變電站直流裝置供電技術(shù)的優(yōu)勢

常規(guī)的通信專用電源系統(tǒng)，需要多個屏體，占地面積大，變電站需要幾套直流系統(tǒng)，設(shè)備需求多，利用變電站直流裝置系統(tǒng)為通信電源系統(tǒng)供電，將原來的多套直流系統(tǒng)整合成1套，數(shù)量眾多的屏體也整合成1個，節(jié)省投入成本，也減輕了人員的維護(hù)工作。

3.2變電站直流裝置供電技術(shù)的不足

3.2.1通信系統(tǒng)可靠性下降

對通信系統(tǒng)供電分路故障維護(hù)，存在著一對矛盾：保障操作電源安全和通信系統(tǒng)可靠運(yùn)行。為確保通信系統(tǒng)可靠性，DC-DC電源系統(tǒng)的維護(hù)需要在運(yùn)行的狀態(tài)下進(jìn)行，這就要求不能斷開操作電源系統(tǒng)對通信系統(tǒng)的供電。由此，就存在通信供電分路操作故障的可能性。

通信系統(tǒng)常用AC-DC+電池供電，與生產(chǎn)系統(tǒng)保持相互獨(dú)立的要求，通信系統(tǒng)供電出現(xiàn)問題時，短時間內(nèi)可恢復(fù)通信，不會影響到生產(chǎn)系統(tǒng)的運(yùn)行[3]。直流電失壓時，通過通信系統(tǒng)，直流電失壓的故障信息，可迅速傳輸?shù)娇刂浦行?，以便相關(guān)人員及時了解情況，采取補(bǔ)救措施，在短時間內(nèi)把故障解決，保證直流電的正常供電。

為確保操作電源系統(tǒng)的安全，該公司的設(shè)計是向DC-DC電源系統(tǒng)增設(shè)供電短路保護(hù)的靈敏度，這個設(shè)計確保了操作電源的安全，卻無法保證通信系統(tǒng)的可靠性，靈敏度過高，電源可能被切斷，無法保證通信系統(tǒng)的正常運(yùn)行，靈敏度低，保證通信系統(tǒng)的正常運(yùn)行，加大了操作電源系統(tǒng)失壓的可能性[4]。

從圖（1）中可看出，DC-DC裝置系統(tǒng)的供電，電源系統(tǒng)出現(xiàn)故障，通信系統(tǒng)則面臨癱瘓。圖（2）則表明，AC-DC+電池供電方式下，通信系統(tǒng)的電源來源兩路：AC-DC電源系統(tǒng)和電池電源系統(tǒng)，兩路電源相互獨(dú)立，一路電源出現(xiàn)故障，不影響通信系統(tǒng)的正常運(yùn)行，正常維護(hù)和使用，兩路電源同時失效的可能性很小[5]。

3.2.2系統(tǒng)電壓容易失控

失壓和失控是同時存在單個模塊中的，兩者發(fā)生的概率相同，當(dāng)DC-DC裝置模塊的容量過大，另一模塊的失控，就可能立即導(dǎo)致操作電源系統(tǒng)的電壓失控，在此情形下，假設(shè)DC-DC裝置系統(tǒng)中有N個并聯(lián)的模塊，它們失控和失壓的概率均為P，則操作電源系統(tǒng)失控和失壓的概率即為DC-DC裝置并聯(lián)系統(tǒng)的概率為PN，而DC-DC裝置并聯(lián)系統(tǒng)的概率=1-（1-P）N，從中可以看出，發(fā)生失壓的概率可以通過并聯(lián)電源來降低，但并聯(lián)大模塊的電源，卻成倍增加失控的概率。并聯(lián)備份不是萬能的，它的作用是有條件的，電壓失控時，設(shè)備停止運(yùn)行，很可能損壞設(shè)備。單元失控，單元短路等都能影響并聯(lián)系統(tǒng)的可靠性，其中，對“1+1”并聯(lián)系統(tǒng)的危害性最大，幾乎擺脫不了單元短路的故障，單元短路故障出現(xiàn)后，系統(tǒng)失壓。

3.3.3經(jīng)濟(jì)效益低

操作電源系統(tǒng)中的AC-DC電源和電池電源供給通信設(shè)備的功率容量，再加上DC-DC電源系統(tǒng)的損耗，原先操作電源系統(tǒng)的容量和余量是科學(xué)計算過的，要保持AC-DC電源系統(tǒng)和電池電源系統(tǒng)的安全余量不變，在操作電源系統(tǒng)的另一側(cè)，則要增加AC-DC電源系統(tǒng)和電池系統(tǒng)，容量相當(dāng)于通信系統(tǒng)AC-DC+電池供電方式下的配置，同時還要負(fù)擔(dān)上DC-DC裝置系統(tǒng)造成的損耗。

3.3.4系統(tǒng)維護(hù)容易造成操作失誤

系統(tǒng)維護(hù)上，操作電源系統(tǒng)和通信電源系統(tǒng)的區(qū)別在于接地不同，操作電源系統(tǒng)采用浮地懸空的辦法設(shè)置系統(tǒng)，通信電源系統(tǒng)則是正極接地系統(tǒng)。接地方式的區(qū)別，很容易導(dǎo)致操作上的失誤。

3.3.5DC-DC裝置設(shè)備可選擇面窄

DC-DC裝置設(shè)備不是電源廠家的主流產(chǎn)品，生產(chǎn)DC-DC裝置設(shè)備的廠家少，可選擇面小。另一個不足是DC-DC裝置系統(tǒng)的直流分配單元和高頻變換裝置高集成技術(shù)的欠缺，DC-DC變換裝置出現(xiàn)故障時，更換的過程中，需要中斷業(yè)務(wù)，影響通信設(shè)備的正常運(yùn)行。

四、結(jié)束語

綜上所述，變電站直流裝置系統(tǒng)技術(shù)整合后，適用于通信系統(tǒng)的通信電源中，為通信電源系統(tǒng)提供了便利，為今后的通信設(shè)備提供通信電源系統(tǒng)和其他-48V電壓設(shè)備的供電系統(tǒng)提供了實(shí)踐基礎(chǔ)?？萍嫉倪M(jìn)步帶動電力事業(yè)的迅猛發(fā)展，越來越多的變電站推廣無人值守的方式，自動化、數(shù)字化的要求推動了直流供電系統(tǒng)的普及，直流供電系統(tǒng)面臨著更高的要求。

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