变电站直流电源系统探究

福建龙海市供电有限公司 钱小泉

变电站直流电源系统探究

福建龙海市供电有限公司 钱小泉

一、变电站直流电源的类型和特点

1. 继电保护直流电源。继电保护直流电源有110 V和220 V两种，它们供继电保护控制和操作使用，是站内重要的电源。由于电源辐射到站内各个地方，为防止一次场地电位对电源系统的影响，继电保护直流电源运行方式采用悬浮不接地方式。该电源直接关系到电网保护设备的运行， 其可靠性关系到电网运行的安全性。

2. 自动化设备电源。自动化装置大都采用交流供电，为了保证电源的可靠性，典型的电源配置均使用UPS电源供电，其直流电源采用自带蓄电池。运行实践证明小型UPS电源的可靠性比较差，主要原因如下。

（1）自带蓄电池采用小型密封铅酸电池，使用寿命不稳定。放置UPS在箱内的电池更是如此，元器件的发热大大恶化了蓄电池的工作环境，蓄电池容易发生漏液、开裂、放不出电等故障。

（2）一般UPS从效率方面考虑，在交流部分没有采用隔离措施，交流电源零线与电子线路零线直接相连。而在变电站发生故障时，地电位受到接地电流或雷击电流的影响往往发生漂移，在没有隔离措施的情况下将可能发生击穿损坏。

（3）UPS正常工作在旁路状态，逆变部件发生故障无法知道，其与计算机通信告警方式与大多数站内告警系统无法连接。

3．通讯直流电源。由于通讯技术专业电源标准采用48 V直流，电压等级不同于站内保护直流，所以历来通讯电源完全独立，自成系统。从目前通讯电源的运行情况看，其工作的电流绝大部分都在10 A左右，通讯设备的特点决定了其设备在工作中不存在冲击性负载（开机瞬间除外）， 因此完全可以集成到保护直流电源中。当负载电流在10 A时，应用DC/DC技术，对于110 V直流系统来讲仅增加5 A负载，对220 V直流系统来说就更小了，仅2.5 A。小负载48 V直流电源在保护直流系统供电方面具有以下优势：

（1）DC/DC高频开关电源变换技术效率均在92%以上，48V负载电流反映到110 V（或220 V）直流系统中电流将减少1/2（或1/4），对保护直流电源负载增加并不多。

（2）省去了通讯蓄电池，可以把这些费用增加到保护直流中，提高直流电源的冗余。由于电源来自保护直流系统，经过双重隔离，其安全性更高。

（3）在供电可靠性方面采用模块并联技术，目前的均流技术可以保证模块均衡分配负载。模块按照N＋1冗余或N＋2设计，即便这样,模块的成本仍小于传统设计，因为在模块设计中已经不考虑蓄电池充电容量了。冗余设计大大提高了通讯电源供电的可靠性。

（4）采用DC/DC 48 V高频开关电源模块，可以做到标准的48 V电压输出，具有极小纹波及输出短路保护功能，其各项技术性能指标完全满足通讯设备的要求。

（5）模块电源体积小，占用空间少，可与直流电源设备共用屏位，节省屏位，降低设备投资。

（6）维护方便，仅需更换模块，没有蓄电池放电工作。首先，短路电流无法从蓄电池输出，只能靠模块输出和电容放电来完成，使保护开关动作隔离故障回路。其次，在保护元件失效的情况下，在带有蓄电池的直流系统中将发生蓄电池熔丝熔断，而采用DC/DC方式则由于短路导致开关模块限流输出，并无熔丝熔断问题。

4. 事故照明电源。过去直接使用继电保护直流电源作为事故照明电源，在实际使用中人们发现这种方式给直流电源安全运行带来潜在危害。

5. 其他设备。五防闭锁电源、消防电源、录音电话电源等一些其他辅助设备在事故停电时所需电源都由变电站后备电源提供，这些电源根据不同特点归入不同的电源类型。

二、变电站直流电源系统发展趋势

1. 开关电源结构。当变电站各种设备都有条件采用站内直流系统电源时，其可靠性是最高的。从负载设备电源方面来讲， 由于各种类型的继电保护设备、自动化设备等一切计算机信息处理设备的内部电源都服从IC集成电路工作标准，基本统一，因此负载设备的电源不存在一定要交流输入或者一定要直流输入的特定条件，外部的电源输入不存在哪一类型好坏之分。

交流输入开关电源结构：交流输入→电磁兼容滤波器（EMI）→整流电路→滤波→高频开关电路→电能变压器→各级整流→各级滤波→各级直流。

直流输入开关电源结构：直流输入→电磁兼容滤波器（EMI）→滤波→高频开关电路→电能变压器→各级整流→各级滤波→各级直流。

2. 发展趋势。

（1）变电站综合自动化设备工作电源日益向站内保护直流靠拢，变电站已大量使用保护直流电源作为其可靠的供电电源。

（2）在通讯设备负载不重的条件下，通过应用DC/DC变换技术，48 V直流直接从保护直流变换而来，具有很大的优势。

（3）站内交流不间断电源集中供电， 建立主从串联备份结构UPS，给需要交流电源的自动化设备供电。从机备用方式可提高供电可靠性。

三、变电站直流电源系统的结构优化

变电站直流电源系统的结构优化要做好以下工作。

1.加强电源接口管理标准化。如，对所有接入直流系统的负载内部电源的EMI对地电容的量限、开机冲击电流的限制、电源的自启动功能要求、电源两侧的各种干扰隔离措施的要求、电源的对地绝缘工艺技术要求等。

2.直流系统中较大负载，如UPS和DC/DC48 V模块的软启动要满足相关技术要求。

3.建立并落实电源设备运行管理制度。如关于事故照明灯具使用管理细则、关于各类负载接入的管理程序、设备的应急处理方案、蓄电池放电管理制度的落实和放电结果分析、电源故障发生后的分析处理机制等。

4.通过技术手段进一步对电源工作质量和安全性能进行在线实时监控。

5.分析直流电源缺陷原因，对电源可靠性进行评估，并有针对性地采取具体措施。

6.细化电源的具体接线。如，UPS主机接直流I段，UPS从机接直流II段，事故照明逆变接直流II段因为在全站失电情况下，UPS主机工作和事故照明逆变工作分别在不同直流母线上，使直流负载分配平均。48 V电源的接法同样如此，要考虑负载的平衡分配。

7.各电源负载之间的相互联系和影响分析。

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