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摘要：电力通信网是电力系统的重要组成部分，是为满足电力生产特殊业务需求而建立的传输电力生产、管理等信息的重要电力基础设施。电力通信网在保障电网安全、稳定、经济运行，提高电网企业信息化、数字化水平等方面发挥着重要作用，特别是在电网事故状态下，通信系统的畅通对缩小事故范围、及时处理事故起着十分重要的作用。因此，我国行业标准要求通信设备应有可靠的直流电源供电，并有一定的事故持续供电能力，以满足电网故障修复需要。本文分析变电站直流系统现状，提出了变电站站用电源的解决方案。
关键词：智能变电站；交直流一体化；DC/DC；整合
站用电源是变电站安全运行的基础，随着变电站综合自动化程度的不断提升及大量无人值班变电站投运，相应提高站用电源整体的运行水平具有重要意义。站用交直流一体化电源系统是由站用交流电源、直流电源、交流不间断电源（UPS）、直流变换电源（DC/DC）等装置组成，并统一监视控制，共享直流电源、蓄电池组的电源系统。因此该系统应进行一体化设计、一体化配置、一体化监控，使其运行工况和信息数据能够上传至监控系统后台，并能够实现就地和远方控制功能，实现站用电源设备的系统联动。交直流一体化电源系统目前在常规交流变电站以及智能变电站中应用较广，但其仍存在一定的问题。
1变电站直流系统现状
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，一般采用2组蓄电池和3套充电装置。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。
1.1额定电压不同。站用直流系统为110/220V，通信直流系统为-48V。
1.2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。
1.3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。
1.4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。
1.5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，在传统的相控电源输出端产生较大的浪涌电压；通信直流系统所供均为经常性负荷，系统电压稳定。
2变电站站用电源存在问题分析及处理措施
交直流电源一体化目前存在的主要技术障碍为通信电源的一体化。采用DC/DC模块实现直流电源一体化存在以下几个问题。
2.1接地隔离的问题。正常情况下，若DC/DC模块被击穿，直流操作电源接地，站用直流操作电源检测系统将检测出接地，对直流系统运行的可靠性产生影响。为确保相互之间的故障隔离，区分故障和元器件导致的接地现象，根据变压器原理，在DC/DC模块上采用反向变压器，相互隔离各自的接地系统。该方式可有效地解决接地隔离的问题。
2.2DC/DC电源脱扣的问题。在交直流一体化电源系统中，取消了通信电源的蓄电池组，改用DC/DC变换器。DC/DC电源故障情况下的工作流程为：负载短路→DC/DC模块输出装置自带电路放电→电流及持续时间不够空气开关脱扣条件→DC/DC模块失压→通信直流母线失压。DC/DC变换器以直流操作电源的输出作为输入，通过DC/DC变换来获得-48V通信电源，当交流失电时，由直流操作电源的蓄电池组来维持DC/DC变换器的输入。
但是这种方案存在一个缺陷，因DC/DC变换器的电流输出能力有限，且通信装置由双路切换供电，当通信负载支路出现短路或持续过载故障时，常规空气开关不能切断故障支路，DC/DC变换器的限流作用会使2段通信直流母线的电压出现跌落，甚至会跌落到0V，造成通信设备停止工作。针对DC/DC模块脱扣问题，目前较理想的解决方案为在通信负载支路串馈线保护模块。采用大功率器件做为开关器件，通过检测电路电流的大小，当馈电支路发生过载或短路故障时，馈线保护模块利用电子开关动作的快速性来防止母线电压的过度跌落，切断故障支路。采用DC/DC一体化电源提供通信设备供电是可行的。但是，目前馈线保护模块是否能完全满足通信馈电支路过载及短路故障情况下可靠跳闸，仍需要在实际运行中检验，在大型变电站中应用存在一定的风险。除使用馈线保护模块解决DC/DC模块脱扣问题外，目前在国家电网公司的变电站中采用的解决方案有以下几种：
1）配置多台DC/DC模块，与通信电源馈线断路器脱扣曲线配合，故障情况下提供满足馈线断路器脱扣要求的故障电流。该方案实现较为简便，但由于需配置多台DC/DC模块，资金投入大，导致电源系统经济性较差。
2）在通信电源母线上并接电解电容，故障情况下短时提供满足馈线断路器脱扣要求的故障电流。此方案的特点为：DC/DC模块短路冲击电流是模块输出滤波电容提供的，通常容量约3000μF，根据电容放电时间特性一般DC/DC模块自身滤波电容放电难以满足馈线断路器脱扣要求。因此，在48V通信电源母线上并联一组电容C，同时各支路负载串联一个低阻负载R1，当有支路短路时，电容C通过电阻R1放电，其放电特性由“T=R1C”决定。调整电容C和电阻R1，可以在馈线短路或故障情况下，满足馈线断路器脱扣的要求。
3）配置多台DC/DC模块，正常情况下提供通信负荷7倍额定电流以下的电流。在通信电源母线上并接参数为0.3PF、63V的电解电容，故障情况下短时提供7倍以上的故障电流。该方案的特点为：综合了优点，配置多台DC/DC模块，正常情况下提供通信负荷7倍额定电流以下的电流，使得DC/DC模块的数量不需要大量增加；在通信电源母线上并接电解电容，故障情况下短时提供7倍以上的故障电流，使得电路对电容容量的需求减小、可靠。
2.3蓄电池容量选择的问题。依据交直流一体化电源系统蓄电池容量宜按2h事故放电时间计算；对地理位置偏远的变电站，电气负荷宜按2h事故放电时间计算，通信负荷宜按4h事故放电时间计算。由于站用直流电源停电运行时间要求为2h，与通信电源后备运行时间上存在差异，需增加蓄电池容量，导致直流系统经济性下降。在一体化电源系统容量的核定过程中，为避免依据通信管理规定核定容量造成的经济性下降问题，在110kV变电站典型设计中明确规定通信电源的事故放电时间与站用直流电源相同，统一选择为2h。从管理规定上避免根据通信电源的后备时间来选择直流蓄电池容量时造成的经济性下降问题，避免了蓄电池容量的增加。
3结论
1）交直流电源实现一体化的主要难点在于通信电源的一体化。通信电源馈线保护断路器可以有效解决DC-DC模块脱扣问题，但由于尚未在大型变电站中普遍使用，仍需实际运行的考验，存在一定的应用风险。
2）除选择馈线保护断路器方案外，在通信母线处配置多台DC/DC模块，提供通信负荷7倍额定电流以下的电流，并在通信电源母线上并接0.3PF、63V的电解电容，故障情况下短时提供7倍以上故障电流的方案可以较好地解决通信电源断路器的脱扣问题。
3）根据目前相关电网公司的规定，通信电源的后备时间通常选择为2h或4h，从而避免了根据通信管理规定来选择直流蓄电池容量而造成的经济性下降问题。
参考文献
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