变电站通信直流系统与站用直流系统的整合应用
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【摘 要】提出变电站站用交直流一体化电源的解决方案，结合实际应用，论述了一体化电源优越性。
【关键词】电力通信网；变电站；通信电源；站用电源；整合
传统变电站内设置了站用直流系统和通信直流系统。站用直流系统主要用于保护、自动化、二次及公用等控制负荷供电，其电压为110V或220V；变电站通信直流系统电压为-48V，由于通信直流系统和站用直流系统所供设备不同，2个系统间存在如下主要差别。
(1)关注指标不同。由于通信设备用于语音和数据通信，对直流系统的杂音电压有一定的要求，站用设备无此要求。(2)接地不同。为了减少外部干扰，保障通信质量，通信行业规定通信直流系统正极直接接地，形成-48V直流供电；站用直流系统正负极悬空不接地，而站用直流系统正极接地可能导致继电保护装置的误动。(3)蓄电池单独供电时间不同。站用直流系统蓄电池单独供电时间：有人值班变电站不小于1h，无人值班变电站不小于2h；通信直流系统蓄电池单独供电时间：有人值班变电站不小于4h，无人值班变电站不小于8h。(4)负荷性质不同。站用直流系统所供负荷有经常负荷和冲击负荷，变电站开关操作时可能会出现暂态过电压；通信设备多为电子产品，负荷电源小，电源质量要求高。(5)所供设备性质不同。传统站用设备多为分立元件产品，负荷电流大，电源质量要求相对不高；通信设备多为电子产品，负荷电流小，电源质量要求高。
鉴于上述差别，传统变电站均设独立的通信专用直流系统。
2、存在的问题
上述模式由于各子系统采用分散设计，独立组屏，设备由不同的供应商生产、安装、调试，供电系统也需分配不同的专业人员进行维护管理。这种模式存在以下弊端：
(1)站用电源自动化程度不高。由不同供应商提供的各子系统通信规约一般不兼容，难以实现网络化管理，系统缺乏综合的分析平台，制约了管理的提升。(2)经济性较差。站用电源资源不能综合考虑，使一次投资显著增加。(3)安装、服务协调较难。各个供应商由于利益的差异使安装、服务协调困难，远不如站用交直流电源一体化的“交钥匙工程”模式顺畅。(4)运行维护不方便。站用电源分配不同专业人员进行管理：交流系统与直流系统由变电人员进行运行维护，UPS由自动化人员进行维护，通信电源由通信人员维护，人力资源不能总体调配，通信电源、UPS等也没有纳入变电严格的巡检范围，可靠性得不到保障。
3、变电站直流系统的整合
随着变电站综自化程度的越来越高以及大量无人值班站投运，相应提高站用电源整体的运行管理水平具有非常重要意义。变电站设独立的通信直流系统，是在相控电源技术以及变电站传统设备的条件下为保障变电站通信设备安全可靠运行所作的规定。然而随着技术的发展，直流系统已从相控电源发展为高频开关电源，变电站设备已从分立元件设备发展为微机型设备，规定的基础条件发生了变化。因此将通信直流系统与站用直流系统整合是可行的。
(1)通信设备和站用设备的供电电压可维持不变。变电站110 V/220 V直流通过高频开关型直流变换器(DC/DC变换器)变成-48 V后，供给通信设备。(2)直流变换器可采用隔离型高频开关变换器。变换器输入输出相互隔离，变换器输出端正极可直接接地，满足通信电源正极接地要求，而站用直流系统与原方式一致，两极悬空给站用设备供电，互不影响。(3)直流系统蓄电池供电时间是根据故障修复时间而确定的，无论是站用直流系统还是通信直流系统，都是考虑到此时间内交流所用电或整流系统能够被修复，恢复交流整流供电。因此，蓄电池供电时间可统一到站用直流系统的蓄电池供电时间。(4)负荷性质发生了变化。站用设备与通信设备的负荷性质非常接近，都是由大规模集成电路构成，对供电电源质量的要求相同。(5)高频开关整流器的应用大大提高了站用直流系统的供电质量，同时由于站用设备的电子化、小型化，单个设备的负荷大为减小，其开停对系统的冲击减小。另外，直流变换器有较宽的输入容限，动态响应快，输出变化小，对通信设备供电没影响。(6)站用直流系统和通信直流系统皆采用全浮充工作方式，联合设置的大容量蓄电池组对站用直流系统稳压作用更大。
综上所述，将通信直流系统与站用直流系统进行整合，取消通信专用蓄电池组，通信设备通过站用直流系统经直流变换器变换后供电。
整合后的变电站直流系统，采用原站用直流系统的配置方案，蓄电池和充电装置的容量考虑全站所有直流负荷，包括站用和通信负荷。变电站不设通信专用蓄电池组，设2组隔离型高频开关DC/DC变换器，每组DC/DC变换器模块按N+1配置，模块容量的选择充分考虑运行的安全可靠性，2组DC/DC变换器输入分别引自站用直流系统的不同母线。通信部分可配置2面独立的通信直流配电屏，用于2段-48V直流母线的配电；也可采用将每套通信直流配电装置与DC/DC变换器电源共组1面屏的方式，需组2面屏。
4、直流系统整合的优点
变电站通信直流系统与站用直流系统整合，它符合结构合理，技术先进，运维方便的技术发展路线。在技术、经济、运行维护上有较突出的优点：
(1)网络化、智能化:各子系统智能设备通过通信网络接入一体化监控器，一体化监控器一个通信口接入综合自动化系统和调度系统。由监控中心单元兼容各部分监控单元，一个接口、一种规约接入综合自动化系统。实时查看各子系统的参数、开关状态、事件信息等，可修改系统参数、运行方式，遥控开关设备，实现站用电源“四遥”功能。整个站用电源实现专家系统管理：设备固定数据库+实时更新数据库+专家智能分析系统。(2)减少变电站建筑面积，同时提高系统安全性。现有通信直流系统蓄电池组均以组屏方式布置在变电站自动化通信机房内，由于蓄电池存在漏液、爆炸、起火等安全隐患，对变电站安全运行不利，整合后取消通信蓄电池，通信设备采用的站用蓄电池布置在单独房间内，提高了系统安全性。(3)提高了通信设备供电可靠性。通信直流系统与站用直流系统整合，不会存在单方面设备掉电，造成业务不通。同时变电站直流系统有统一的标准，专业的维护队伍，整合后提高了通信设备的供电可靠性。(4)减少维护工作量，方便专业维护管理。变电站设站用直流系统及通信直流系统，需2套维护人员维护。整合后，维护量由原来传统模式变电站2组人员对各自的电源、蓄电池组的维护减少为1组维护人员，特别是仅需维护2组蓄电池，由变电站运行维护人员统一管理直流系统。
一体化电源系统技术先进，维护方便，运行安全可靠，具有良好的经济效益和社会效益，可在电网中推广应用。
5、结语
变电站站用电源交直流一体化系统立足用系统技术研究站用电源，是对现有智能变电站站用电源设计和管理新模式的改良，它符合结构合理，技术先进，运维方便的技术发展路线。目前已在我省220kV滨江智能变电站运用，一体化电源系统技术先进，维护方便，运行安全可靠，具有良好的经济效益和社会效益，将在今后的智能变电站中广泛应用。
参考文献
[1]DL/T 5044-2004.电力工程直流系统设计技术规程[S].2004.