电力系统通信直流电源设计探讨.doc

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Being a infrastructure construction that is necessary for communication equipment working regularly, superior or inferior in communication power supply will have direct impact to communication quality and reliability of communication system, hence adequate attention should be given to the design of communication power supply in a scheme for electricity power system communication. In this paper we first briefly introduce the function of a single substation in electricity power system and the difference between communication and secondary emergency discharge time. Then analysis has been emphatically carried out on four kinds of Direct Current Supply schemes for communication equipment from aspects of technology, reliability, investment, operation and maintenance. Finally advantages and disadvantages of various kinds of Direct Current Supply have been drawn a conclusion.Key word: Direct Current Power Supply; Discharge Time; Design; Energy Utilization Rate摘要：通信电源是通信系统的重要组成部分，作为通信设备正常工作必备的基础设施，通信电源的优劣将直接影响到通信系统的通信质量和通信可靠性，故通信电源的设计在电力系统通信设计中应予以足够的重视。文章首先简要介绍了单个变电站在电力系统中的作用及通信与二次事故放电时间的不同，然后重点从技术、可靠性、投资、运维等方面对通信设备4种直流供电方案进行了分析，比较得出各直流供电方式的优缺点。关键词：直流电源；放电时间；设计；能源利用率0 引言电力通信网作为电网发展的基础设施，在保障电网安全、稳定、经济运行，提高电网企业信息化水平等方面发挥着越来越重要的作用。通信电源是向通信设备不间断地提供直流电或交流电的电能源，任何通信系统的正常运行都离不开通信电源，常被誉为通信系统的“心脏”。通信质量的高低，固然与通信系统中各种通信设备的性能、质量息息相关，但与通信电源系统供电质量的优劣也是分不开的，如果通信电源系统供电质量不符合相关技术指标的要求，将会引起电话串、杂音增大，通信质量下降，误码率增加，造成通信的延误或差错，甚至能影响通信设备的使用寿命等，从而造成严重的损失【1】。对通信电源系统进行不断的优化设计，不但能提高通信设备供电的可靠性与安全性，且不致于通信设备的故障影响到站内保护、安全自动装置等二次设备的安全运行。本文就电力系统通信电源的设计提出几点想法与建议。1 单个变电站在电力系统通信中的作用对于通信专业而言，单个变电站的通信设备配置决定了其在通信网中的作用与地位，任何一个变电站的系统通信设备必须参与组网，所以单个变电站在电力系统通信中并不是一个独立的孤岛，而是作为通信网中的一个节点、迂回路径的传输节点。只有保证了单个节点的可靠性才能保证整个通信网的完整性与健壮性。2 事故放电时间当变电站的站用电交流电源出现事故全停，变电站内站用电检测低压侧电源失电后，变电站遥测站用电母线电压量以及站用电故障信息开关量通过通信通道传输至远方调度端或集控站。为了保证数据的正常传输，通信专业事故放电时间不能小于电气二次专业事故放电时间。一般，变电站通信专业事故放电时间要求至少为4h；无人值班的变电站电气二次专业事故放电时间要求至少为2h。3 通信设备的供电方案通信设备的供电方案，首先需要满足通信设备供电的可靠性，不影响二次设备的正常运行，且尽量能节约投资，提高资源利用率，减少运行维护工作量，达到“两型一化”的要求。下面以1座地上220kV无人值班负荷变电站为例，常规设两套二次电源系统和两套通信电源系统，由于两套电源系统物理隔离，故本文以其中的一套二次电源系统加一套通信电源系统的多种配置方案进行分析比较。3.1设备供电方式a）第一种：设置独立的通信专用电源，且独立组屏。 通信设备由专用的通信电源供电，与二次电源系统完全独立，配置完整的交流配电单元、整流模块、直流配电单元、监控单元、蓄电池组。通信专用电源系统与二次电源系统独立组屏，通信专业设置交流配电屏、高频开关电源、直流配电屏、蓄电池组。通信电源原理简图如图1所示。图1：设置独立的通信专用电源，且独立组屏b）第二种：采用DC/DC模块供电，不设置通信蓄电池。通信专业电源系统与电气二次电源系统进行整合，通信设备由站用直流系统通过DC/DC变换后供电，不设置独立的通信蓄电池。在该种情况下，假设蓄电池的容量按照通信专业事故放电时间为4h；电气二次专业事故放电时间为2h设置，则要求在事故放电时间到2h后，由人工手动（采用自动的情况下将增加整个二次与通信供电的可靠性，故不考虑采用自动）将二次负载从二次直流母线上断开，此种方式一方面增大了抢修人员的工作量，另一方面实际操作较困难，故考虑通信事故放电时间与二次专业保持一致，为了满足通信事故放电时间的要求，需要将蓄电池事故放电时间统一提高到至少4h。通信专业设置DC/DC屏、直流配电屏。原理简图如图2所示。图2：采用DC/DC模块供电，不设置通信蓄电池c）第三种：采用DC/DC模块供电，设置独立的通信蓄电池。部分通信专业电源系统与二次电源系统进行整合，通信设备由站用直流系统通过DC/DC变换后供电，整流模块输出设置相互独立的二次母线和通信母线，设置独立的通信蓄电池，满足二次专业事故放电时间至少2h；通信专业事故放电时间至少4h。通信专业设置DC/DC屏、直流配电屏、蓄电池组。原理简图如图3所示。图3：采用DC/DC模块供电，设置独立的通信蓄电池d）第四种：设置独立的通信整流模块与母线，部分与二次电源系统整合。通信设备由通信整流模块进行供电，配置独立的通信整流模块、直流配电单元、蓄电池组，与二次专业合用交流配电单元和监控单元。通信专用电源系统与二次电源系统统一组屏，之间设置隔离板或其他隔离装置，减少相互影响。通信专业设置直流配电屏、蓄电池组。原理简图如图4所示。图4：设置独立的通信整流模块与母线，部分与二次电源系统整合3.2四种供电方式比较3.2.1实例计算（计算部分的负荷数值为地上变电站预估值）3.2.1.1第一种供电方式l 二次电源系统a）直流负荷统计：不考虑通信负荷，二次直流负荷统计（DC110V）；按照双套直流考虑，以下负荷计算表为其中一套的计算数据（经常负荷按100分配，事故照明负荷按每组60分配，断路器合闸按每组100分配，逆变和通信由两组蓄电池分别承担50，断路器为非电磁机构计算），按2小时放电计算。序号负荷名称计算容量（kW）负荷电流（A）持续负荷时间min随机负荷（A）初期11303060601201202405sIjcI1I2I3I4I5IR1控制保护等经常负荷4.642424242422综自逆变负荷545453事故照明4.2393939394断路器合闸4.144合计42119119747444b）蓄电池容量选择：阀控密封铅酸蓄电池按2小时放电率计算，则Cc=1.4184.5/0.66=392Ah。由以上计算可知，地上220kV负荷变电站二次直流系统按照双套配置，选择单组蓄电池为400Ah可以满足要求；单套高频开关电源容量为720A。l 通信电源系统a）直流负荷统计：通信负荷按照3.6kW、DC48V配置，按照双直流系统考虑，配备两组蓄电池，各承担50%负荷。事故情况下此负荷均为连续负荷，正常情况下每套直流系统负荷电流为37.5A，按4小时放电计算。b）蓄电池容量选择：阀控密封铅酸蓄电池按4小时放电率计算，则Cc=1.4150/0.76=276Ah。由以上计算可知，地上220kV负荷变电站通信用直流电源按照双套配置，选择单组蓄电池为300Ah可以满足要求；单套高频开关电源容量为520A。3.2.1.2第二种供电方式l 二次电源系统a）直流负荷统计：考虑通信负荷，正常情况下通信负荷由直流系统DC/DC供电，通信由两组蓄电池分别承担50，其它负荷统计原则同第一种方案，蓄电池按4小时放电计算。序号负荷名称计算容量（kW）负荷电流（A）持续负荷时间min随机负荷（A）初期11303060601201202405sIjcI1I2I3I4I5IR1控制保护等经常负荷4.64242424242422综自逆变负荷545453事故照明4.239393939394通信2.01818181818185断路器合闸4.144合计6014414499999944b）蓄电池容量选择：阀控密封铅酸蓄电池按4小时放电率计算，Cc=1.4418.5/0.784=748Ah。由以上计算可知，地上220kV负荷变电站二次直流系统按照双套配置，带通信负荷，按4小时事故放电考虑，选择单组蓄电池800Ah可以满足要求；单套高频开关电源容量为820A。l 通信电源部分二次和通信电源合一，单套通信用DC/DC转换模块（110V/48V 320A），不再另配通信专用蓄电池。3.2.1.3第三种供电方式l 二次电源系统考虑通信负荷，正常情况下通信负荷由二次配备的直流系统模块供电，事故情况单配蓄电池另供电。按照双套直流考虑，事故情况下直流负荷统计同第一种情况，因此蓄电池容量选择同第一种情况。但二次直流系统充电模块需考虑正常情况下通信用电需求，则高频开关模块数量为：Ijs=（11.25）I10/20+Ic1/20+ Ic2/20+1+1= 9（其中Ic1、Ic2为直流、通信正常负荷电流，分别按N+1配置）由以上计算可知，地上220kV变电站选择单组400Ah的蓄电池组可以满足要求；单套高频开关电源容量为920A。l 通信电源部分二次和通信电源合一，正常情况下由配备在二次直流屏的通信专用整流模块、专用DC/DC转换模块供电，事故情况下由其配备的通信专用蓄电池组为通信直流负荷供电。本方案配备通信用直流电池按照双套配置，按照4小时事故放电计算，选择单组蓄电池为300Ah可以满足要求。3.2.1.4第四种供电方式 二次电源系统与通信电源系统的蓄电池组、高频开关电源容量同第一种供电方式。3.2.2比较分析a）供电安全性、可靠性第一种供电方式中通信电源系统与二次电源系统完全独立，互不影响；第四种供电方式通信与二次部分进行整合，互相影响很少；第二种和第三种供电方式通信与二次进行深入整合，供电安全性、可靠性有一定影响。第一种、第三种、第四种供电方式中蓄电池组充放电时，通信与二次完全独立；第二种供电方式中蓄电池组在充放电时，通信与二次均没有蓄电池保护。b）能源利用率第一种、第四种供电方式只经过一次交/直转换；而第二种、第三种供电方式先经过交/直转换，再通过直/直转换。c）蓄电池总容量第一种、第三种、第四种供电方式通信与二次配置独立的蓄电池组。第二种供电方式中需要将二次专业的事故放电时间提高到4h，故通信与二次专业蓄电池组的总容量相应增大。d）面积占用率设备机柜屏位，第一种方式设置交流屏，故占用屏位最多；第二种、第三种方式一样；第四种方式占用屏位最少。蓄电池组占用面积，第一种、第三种、第四种方式一致；第二种方式由于蓄电池总容量增加，常规蓄电池组占用的面积比第一种、第三种、第四种方式大。e）投资第一种、第四种供电方式能源利用率比第二种、第三种供电方式高，故投资相对较少；第四种部分进行了整合，故投资少于第一种方式；第三种设置了独立的通信蓄电池，投资少于第二种方式。f）增扩容难易程度第一种方式与二次电源系统完全独立，通信专业与二次专业增扩容互不影响；第四种供电方式与二次电源系统共同组屏，考虑到安装位置等因数，有一定的难度，但比第二种、第三种供电方式简单。第三种蓄电池独立，比第二种方式简单。g）运维、检修难易程度 第一种方式通信与二次专业运维、检修独立；第二种、第三种主要由二次专业运维与检修，通信专业工作量少；第四种方式通信专业维护需要在二次电源柜中进行整流模块等的维护与检修，工作量最大，且可能导致误动、误操作等。 具体比较表详见表11。表11 通信设备供电方案比较表序号类别第一种独立电源，独立组屏第二种DC/DC，不设置通信蓄电池第三种DC/DC，设置通信蓄电池第四种部分整合，统一组屏1通信与二次供电安全性、可靠性高一般较高高2整体能源利用率高一般一般高3通信事故放电时间4h4h4h4h4二次事故放电时间2h4h2h2h5蓄电池总容量常规高常规常规6面积占用率一般较大较小小7投资一般高较高低8通信增扩容难易易较难一般较易9二次增扩容难易易较难较难较易10通信运维、检修易一般一般较难11二次运维、检修易一般较难较难12性价比较高较低一般高13综合评价良一般优良优4 结束语通过对四种供电方式在安全性、可靠性、能源利用率、投资、运行维护等方面综合分析比较的结果可以得出，设置独立的通信整流模块与母线，部分与二次电源系统整合的第四种供电方式比其他三种供电方式具有更大优势。参 考 文 献：1漆逢吉，通信电源（第2版）。北京：北京邮电大学出版社，2008。2张雷霆，通信电源（第2版）。北京，人民邮电出版社，2009。3陈振华，现代通信电源运行维护与集中监控实用全书。北京：北京科大电子出版社，2004。4王鸿麟，景占荣，通信基础电源（第二版）。陕西，西安电子科技大学出版社，2001。5余子勇，肖景辉，变电站电力通信系统DC-DC供电问题探讨【S】。电力系统通信，2007年。军棺酒兔挞赛梳筑台树抖岭慨哦乞阎乒桌贸株震径沸惊舷马啃惮潘返已酗伐榔藤难掉捉掖囚鲜力溃乏瘩校版杖毖伯代