电力专用通信DC/DC出现馈线短路问题的分析研究
2014-10-15 19:29李俊浩
中国新通信 2014年17期
李俊浩
【摘要】 本文主要探讨当发生DC/DC馈线短路故障时如果因为自身短路保护系统故障而导致不能可靠跳闸的馈线开关问题，DC/DC电力专用通信操作直接挂于电源直流母线上的问题，并且通过试验验证了这个问题发生的原理，以及在DC/DC输出母线并联适当电解电容解决此问题的有效性。
【关键词】 电力专用通信DC/DC 馈线短路 操作电源直流母线
一、引言
1.1电力专用通信由来
近年来，电力系统专业化管理发展得越来越快，通信电源单独配置蓄电池组，是否改为充电设备技术模式，采用电力专用DC/DC直接挂于操作电源取得通信电源模式，这些电源模式使得它越来越成为技术讨论的重点和焦点。
采用隐居考察的110KV变电站这种运行模式已经成功运行了十年之久，而实际上直接挂于操作电源采用的电力专用DC/DC而取得通信电源并非新生事物，操作电通信电源的电源通信的纹波系数、精度稳压、电池组的源蓄选择容量等问题均有较好的解决，当今的主要问题是在：怎样来保证在DC/DC短路安全保护的情况下，当DC/DC专用模块电力通信一条馈线支路发生短路故障时，同样不会影响通信电源的正常供电和系统的正常运行，同时，馈线故障支路开关能切除故障可靠跳闸。
1.2提出的问题
图1通信传统电源连接方式馈线短路示意图，图2 DC/DC直流挂于母线的馈线短路示意图。
问题的理论依据：当短路问题发生在馈线上时，就会存在线开关的短路跳闸时间和DC/DC保护短路时间与反馈匹配等问题，如果短路保护DC/DC先于跳闸动作馈线开关短路，DC/DC则挂于直流母线的直接方式，因此DC/DC短路保护不会再有电流的输出，就会导致短路故障馈线支路不能被切除，从而使一个馈线支路的短路故障影响整个母线的供电系统，使馈线开关不能短路跳闸，DC/DC长期保持短路保护的状态。相反在传统的通信电源接线的方式中，同样是存在短路的保护问题， AC/DC与DC/DC一样，他们的不同是，是由蓄电池提供短路电流进行系统运作，当AC/DC进行短路保护时，使馈线开关进行短路保护动作，由于蓄电池组是直接挂在通信电源的输出母线上，所以是不存在时间配合的问题。（图2）
二、解决问题的理论分析
2.1解决问题的难点
解决问题的难点主要在于DC/DC为保护功率的器件，而馈线开关脱扣的曲线是一定的，短路保护保护时间不能延长，一般是采用硬件保护的方式来进行保护工作。而目前DC/DC保护短路采用的硬件比较的方式，保护时间非常短，这也是解决问题的主要难点和重点。
2.2解决方法的理论分析
在馈线支路短路引起DC/DC模块短路保护时，应该及时提供电流故障保证开关微断可靠跳闸，应替代传统设计中的蓄电池组找到其他简便可行的办法，从而便于达到去除故障的目的。有下面这些方法可以进行分析：
1、利用操作直流电源抽头提供故障电流：这个方法涉及如何远离的问题，直流操作电源与48V通信电源是分属不同的接地系统，另外还要充分考虑直流电源抽头从操作来故障电流提供是否会影响到直流电源操作的运行，难于把握，这个方法无法实施。
2、修改DC/DC版块的计划：这个方法涉及开关各种馈线匹配问题和固定设计如何设计问题，同时过长的短路保护时间可能会对功率的器件造成较大危险。此方法不可行。
3、提供故障电流利用储存的电荷放电，并联适当电解电容：这个方法所涉及的电解电容只需>63V即可，不需太高的耐压；同时易安装实现，电解电容成本低。需要验证馈线开关短路能否可靠脱扣，并且利用适当电解电容，微断开关脱扣过程电压电流波形是否满足要求，DC/DC模块上电时是否有冲击的现象，及如何正确选取合适的电容电解容量。
三、关于通信用馈线短路DC/DC的试验，具体试验情况如下
3.1试验目的
电力验证通信专用DC/DC，并了解其过程的作用，短路馈线支路故障存在脱扣开关短路问题；验证并联适当在48V通信母线上的电解电容，正确解决问题的可行性。
3.2试验步骤
实验一、需要选用的模块有输出端短路和艾默生HD4825-3QF3。验证DC/DC电源通信馈线短路时是否存在开关脱扣时间配合问题和模块短路保护的问题。
结果试验表明：并非馈线开关在所有情况下都不能脱扣，但是确实存在通信电力DC/DC开关不能馈线短路支路可靠脱扣的问题。
实验二、模块保护通信过程中电源馈线短路过程及开关脱扣的原因：CH1示波器监测DC/DC模块功率器件MOS及电压波形驱动回路，使用分别检测了CH2母线电压/电流馈线短路波形。
实验如下所述：
C6A的馈线开关
上面的波形是管驱动MOS电压波形
下面的波形是DC/DC输出短路馈线电压波形
C6A馈线开关
上面波形是管驱动MOS的电压波形
下面波形是输出短路馈线短路DC/DC的电流波形
综上所述可以看出：在馈线支路发生MOS功率管短路金属性时，可以较快的进入到保护的状态。根据数据实验可以得出，进入保护状态MOS功率管时间小于1Ms。以此来说，支持故障电流有时馈线开关脱扣的，并非由功率管DC/DC导通后来进行提供。经验证故障电流为DC/DC并联的输出端提供了电解电容馈线开关脱扣。
综上结果所述：母线只要在足够容量上并联电容电解就能保证：在发生金属性短路的馈线支路上，DC/DC保护短路后，电解电容由并联的提供足够的电流故障就能保证馈线开关可靠脱扣。
实验三、证明在输出母线DC/DC上并联电解电容是否足够能保证可靠开关脱扣。
3.2.1选择电解电容的方法
确定最大故障电流的馈线短路，实验表明，在进行实际操作的时候，最大馈线短路电流故障在于能否阻抗参数及金属性馈线短路时回路短路。使用测阻精密抗仪器方便地测得，可以对各馈线支路通过馈线开关合闸的情况，在出端金属性短路馈线开关输的时候。从而计算出最大的出馈线路短路故障。根据电源通信标准，确定电压母线最大允许压降值，母线可算出最大电压允许压降值。
计算电解电容最大放电量，根据计算出的最大时间进行馈线短路选择维持开关脱扣，故障最大电流对照开关脱扣曲线Idmax，选择为1.2，并且来乘以可靠的系数，则电解电容最大放电量为⊿Q=Idmax*Ttz，得到电解电容最大放电时间Ttz，。根据上述实验结果：对于DC/DC通信馈线回路，只要开关电流额定小于20A，就可以保证金属性馈线支路短路下可靠脱扣馈线开关，在并联母线上大于0.141F，63V电容电解，并且要保证在通信电源要求范围内下降电压范围。
实验四、DC/DC验证是否能无冲击下开机，在输出母线DC/DC上足够并联电容电解下，由于电流最大开机不会大于电流的额定功率，开机时DC/DC均有限流开机功能。根据上述实验结果：无冲击开机DC/DC能在DC/DC输出母线上足够并联电容电解下进行。
四、结束语
应加以重视技术研究层面，短路脱扣馈线开关匹配时间但DC/DC挂于直流母线存在的属于小机率问题发生问题，积极研究解决这个问题的办法。在研究这些解决方法的同时，是简单易行在48V母线上并接足够容量的电解电容器的办法。
参 考 文 献
[1]中华人民共和国电力行业标准DL/T5044-2004电力工程直流系统设计技术规程
[2]中华人民共和国电力行业标准DL/T459-2000电力系统直流电源柜订货技术条件
[3]中华人民共和国电力行业标准YD/T731-2002通信用高频开关整流器
【摘要】 本文主要探讨当发生DC/DC馈线短路故障时如果因为自身短路保护系统故障而导致不能可靠跳闸的馈线开关问题，DC/DC电力专用通信操作直接挂于电源直流母线上的问题，并且通过试验验证了这个问题发生的原理，以及在DC/DC输出母线并联适当电解电容解决此问题的有效性。
【关键词】 电力专用通信DC/DC 馈线短路 操作电源直流母线
一、引言
1.1电力专用通信由来
近年来，电力系统专业化管理发展得越来越快，通信电源单独配置蓄电池组，是否改为充电设备技术模式，采用电力专用DC/DC直接挂于操作电源取得通信电源模式，这些电源模式使得它越来越成为技术讨论的重点和焦点。
采用隐居考察的110KV变电站这种运行模式已经成功运行了十年之久，而实际上直接挂于操作电源采用的电力专用DC/DC而取得通信电源并非新生事物，操作电通信电源的电源通信的纹波系数、精度稳压、电池组的源蓄选择容量等问题均有较好的解决，当今的主要问题是在：怎样来保证在DC/DC短路安全保护的情况下，当DC/DC专用模块电力通信一条馈线支路发生短路故障时，同样不会影响通信电源的正常供电和系统的正常运行，同时，馈线故障支路开关能切除故障可靠跳闸。
1.2提出的问题
图1通信传统电源连接方式馈线短路示意图，图2 DC/DC直流挂于母线的馈线短路示意图。
问题的理论依据：当短路问题发生在馈线上时，就会存在线开关的短路跳闸时间和DC/DC保护短路时间与反馈匹配等问题，如果短路保护DC/DC先于跳闸动作馈线开关短路，DC/DC则挂于直流母线的直接方式，因此DC/DC短路保护不会再有电流的输出，就会导致短路故障馈线支路不能被切除，从而使一个馈线支路的短路故障影响整个母线的供电系统，使馈线开关不能短路跳闸，DC/DC长期保持短路保护的状态。相反在传统的通信电源接线的方式中，同样是存在短路的保护问题， AC/DC与DC/DC一样，他们的不同是，是由蓄电池提供短路电流进行系统运作，当AC/DC进行短路保护时，使馈线开关进行短路保护动作，由于蓄电池组是直接挂在通信电源的输出母线上，所以是不存在时间配合的问题。（图2）
二、解决问题的理论分析
2.1解决问题的难点
解决问题的难点主要在于DC/DC为保护功率的器件，而馈线开关脱扣的曲线是一定的，短路保护保护时间不能延长，一般是采用硬件保护的方式来进行保护工作。而目前DC/DC保护短路采用的硬件比较的方式，保护时间非常短，这也是解决问题的主要难点和重点。
2.2解决方法的理论分析
在馈线支路短路引起DC/DC模块短路保护时，应该及时提供电流故障保证开关微断可靠跳闸，应替代传统设计中的蓄电池组找到其他简便可行的办法，从而便于达到去除故障的目的。有下面这些方法可以进行分析：
1、利用操作直流电源抽头提供故障电流：这个方法涉及如何远离的问题，直流操作电源与48V通信电源是分属不同的接地系统，另外还要充分考虑直流电源抽头从操作来故障电流提供是否会影响到直流电源操作的运行，难于把握，这个方法无法实施。
2、修改DC/DC版块的计划：这个方法涉及开关各种馈线匹配问题和固定设计如何设计问题，同时过长的短路保护时间可能会对功率的器件造成较大危险。此方法不可行。
3、提供故障电流利用储存的电荷放电，并联适当电解电容：这个方法所涉及的电解电容只需>63V即可，不需太高的耐压；同时易安装实现，电解电容成本低。需要验证馈线开关短路能否可靠脱扣，并且利用适当电解电容，微断开关脱扣过程电压电流波形是否满足要求，DC/DC模块上电时是否有冲击的现象，及如何正确选取合适的电容电解容量。
三、关于通信用馈线短路DC/DC的试验，具体试验情况如下
3.1试验目的
电力验证通信专用DC/DC，并了解其过程的作用，短路馈线支路故障存在脱扣开关短路问题；验证并联适当在48V通信母线上的电解电容，正确解决问题的可行性。
3.2试验步骤
实验一、需要选用的模块有输出端短路和艾默生HD4825-3QF3。验证DC/DC电源通信馈线短路时是否存在开关脱扣时间配合问题和模块短路保护的问题。
结果试验表明：并非馈线开关在所有情况下都不能脱扣，但是确实存在通信电力DC/DC开关不能馈线短路支路可靠脱扣的问题。
实验二、模块保护通信过程中电源馈线短路过程及开关脱扣的原因：CH1示波器监测DC/DC模块功率器件MOS及电压波形驱动回路，使用分别检测了CH2母线电压/电流馈线短路波形。
实验如下所述：
C6A的馈线开关
上面的波形是管驱动MOS电压波形
下面的波形是DC/DC输出短路馈线电压波形
C6A馈线开关
上面波形是管驱动MOS的电压波形
下面波形是输出短路馈线短路DC/DC的电流波形
综上所述可以看出：在馈线支路发生MOS功率管短路金属性时，可以较快的进入到保护的状态。根据数据实验可以得出，进入保护状态MOS功率管时间小于1Ms。以此来说，支持故障电流有时馈线开关脱扣的，并非由功率管DC/DC导通后来进行提供。经验证故障电流为DC/DC并联的输出端提供了电解电容馈线开关脱扣。
综上结果所述：母线只要在足够容量上并联电容电解就能保证：在发生金属性短路的馈线支路上，DC/DC保护短路后，电解电容由并联的提供足够的电流故障就能保证馈线开关可靠脱扣。
实验三、证明在输出母线DC/DC上并联电解电容是否足够能保证可靠开关脱扣。
3.2.1选择电解电容的方法
确定最大故障电流的馈线短路，实验表明，在进行实际操作的时候，最大馈线短路电流故障在于能否阻抗参数及金属性馈线短路时回路短路。使用测阻精密抗仪器方便地测得，可以对各馈线支路通过馈线开关合闸的情况，在出端金属性短路馈线开关输的时候。从而计算出最大的出馈线路短路故障。根据电源通信标准，确定电压母线最大允许压降值，母线可算出最大电压允许压降值。
计算电解电容最大放电量，根据计算出的最大时间进行馈线短路选择维持开关脱扣，故障最大电流对照开关脱扣曲线Idmax，选择为1.2，并且来乘以可靠的系数，则电解电容最大放电量为⊿Q=Idmax*Ttz，得到电解电容最大放电时间Ttz，。根据上述实验结果：对于DC/DC通信馈线回路，只要开关电流额定小于20A，就可以保证金属性馈线支路短路下可靠脱扣馈线开关，在并联母线上大于0.141F，63V电容电解，并且要保证在通信电源要求范围内下降电压范围。
实验四、DC/DC验证是否能无冲击下开机，在输出母线DC/DC上足够并联电容电解下，由于电流最大开机不会大于电流的额定功率，开机时DC/DC均有限流开机功能。根据上述实验结果：无冲击开机DC/DC能在DC/DC输出母线上足够并联电容电解下进行。
四、结束语
应加以重视技术研究层面，短路脱扣馈线开关匹配时间但DC/DC挂于直流母线存在的属于小机率问题发生问题，积极研究解决这个问题的办法。在研究这些解决方法的同时，是简单易行在48V母线上并接足够容量的电解电容器的办法。
参 考 文 献
[1]中华人民共和国电力行业标准DL/T5044-2004电力工程直流系统设计技术规程
[2]中华人民共和国电力行业标准DL/T459-2000电力系统直流电源柜订货技术条件
[3]中华人民共和国电力行业标准YD/T731-2002通信用高频开关整流器
【摘要】 本文主要探讨当发生DC/DC馈线短路故障时如果因为自身短路保护系统故障而导致不能可靠跳闸的馈线开关问题，DC/DC电力专用通信操作直接挂于电源直流母线上的问题，并且通过试验验证了这个问题发生的原理，以及在DC/DC输出母线并联适当电解电容解决此问题的有效性。
【关键词】 电力专用通信DC/DC 馈线短路 操作电源直流母线
一、引言
1.1电力专用通信由来
近年来，电力系统专业化管理发展得越来越快，通信电源单独配置蓄电池组，是否改为充电设备技术模式，采用电力专用DC/DC直接挂于操作电源取得通信电源模式，这些电源模式使得它越来越成为技术讨论的重点和焦点。
采用隐居考察的110KV变电站这种运行模式已经成功运行了十年之久，而实际上直接挂于操作电源采用的电力专用DC/DC而取得通信电源并非新生事物，操作电通信电源的电源通信的纹波系数、精度稳压、电池组的源蓄选择容量等问题均有较好的解决，当今的主要问题是在：怎样来保证在DC/DC短路安全保护的情况下，当DC/DC专用模块电力通信一条馈线支路发生短路故障时，同样不会影响通信电源的正常供电和系统的正常运行，同时，馈线故障支路开关能切除故障可靠跳闸。
1.2提出的问题
图1通信传统电源连接方式馈线短路示意图，图2 DC/DC直流挂于母线的馈线短路示意图。
问题的理论依据：当短路问题发生在馈线上时，就会存在线开关的短路跳闸时间和DC/DC保护短路时间与反馈匹配等问题，如果短路保护DC/DC先于跳闸动作馈线开关短路，DC/DC则挂于直流母线的直接方式，因此DC/DC短路保护不会再有电流的输出，就会导致短路故障馈线支路不能被切除，从而使一个馈线支路的短路故障影响整个母线的供电系统，使馈线开关不能短路跳闸，DC/DC长期保持短路保护的状态。相反在传统的通信电源接线的方式中，同样是存在短路的保护问题， AC/DC与DC/DC一样，他们的不同是，是由蓄电池提供短路电流进行系统运作，当AC/DC进行短路保护时，使馈线开关进行短路保护动作，由于蓄电池组是直接挂在通信电源的输出母线上，所以是不存在时间配合的问题。（图2）
二、解决问题的理论分析
2.1解决问题的难点
解决问题的难点主要在于DC/DC为保护功率的器件，而馈线开关脱扣的曲线是一定的，短路保护保护时间不能延长，一般是采用硬件保护的方式来进行保护工作。而目前DC/DC保护短路采用的硬件比较的方式，保护时间非常短，这也是解决问题的主要难点和重点。
2.2解决方法的理论分析
在馈线支路短路引起DC/DC模块短路保护时，应该及时提供电流故障保证开关微断可靠跳闸，应替代传统设计中的蓄电池组找到其他简便可行的办法，从而便于达到去除故障的目的。有下面这些方法可以进行分析：
1、利用操作直流电源抽头提供故障电流：这个方法涉及如何远离的问题，直流操作电源与48V通信电源是分属不同的接地系统，另外还要充分考虑直流电源抽头从操作来故障电流提供是否会影响到直流电源操作的运行，难于把握，这个方法无法实施。
2、修改DC/DC版块的计划：这个方法涉及开关各种馈线匹配问题和固定设计如何设计问题，同时过长的短路保护时间可能会对功率的器件造成较大危险。此方法不可行。
3、提供故障电流利用储存的电荷放电，并联适当电解电容：这个方法所涉及的电解电容只需>63V即可，不需太高的耐压；同时易安装实现，电解电容成本低。需要验证馈线开关短路能否可靠脱扣，并且利用适当电解电容，微断开关脱扣过程电压电流波形是否满足要求，DC/DC模块上电时是否有冲击的现象，及如何正确选取合适的电容电解容量。
三、关于通信用馈线短路DC/DC的试验，具体试验情况如下
3.1试验目的
电力验证通信专用DC/DC，并了解其过程的作用，短路馈线支路故障存在脱扣开关短路问题；验证并联适当在48V通信母线上的电解电容，正确解决问题的可行性。
3.2试验步骤
实验一、需要选用的模块有输出端短路和艾默生HD4825-3QF3。验证DC/DC电源通信馈线短路时是否存在开关脱扣时间配合问题和模块短路保护的问题。
结果试验表明：并非馈线开关在所有情况下都不能脱扣，但是确实存在通信电力DC/DC开关不能馈线短路支路可靠脱扣的问题。
实验二、模块保护通信过程中电源馈线短路过程及开关脱扣的原因：CH1示波器监测DC/DC模块功率器件MOS及电压波形驱动回路，使用分别检测了CH2母线电压/电流馈线短路波形。
实验如下所述：
C6A的馈线开关
上面的波形是管驱动MOS电压波形
下面的波形是DC/DC输出短路馈线电压波形
C6A馈线开关
上面波形是管驱动MOS的电压波形
下面波形是输出短路馈线短路DC/DC的电流波形
综上所述可以看出：在馈线支路发生MOS功率管短路金属性时，可以较快的进入到保护的状态。根据数据实验可以得出，进入保护状态MOS功率管时间小于1Ms。以此来说，支持故障电流有时馈线开关脱扣的，并非由功率管DC/DC导通后来进行提供。经验证故障电流为DC/DC并联的输出端提供了电解电容馈线开关脱扣。
综上结果所述：母线只要在足够容量上并联电容电解就能保证：在发生金属性短路的馈线支路上，DC/DC保护短路后，电解电容由并联的提供足够的电流故障就能保证馈线开关可靠脱扣。
实验三、证明在输出母线DC/DC上并联电解电容是否足够能保证可靠开关脱扣。
3.2.1选择电解电容的方法
确定最大故障电流的馈线短路，实验表明，在进行实际操作的时候，最大馈线短路电流故障在于能否阻抗参数及金属性馈线短路时回路短路。使用测阻精密抗仪器方便地测得，可以对各馈线支路通过馈线开关合闸的情况，在出端金属性短路馈线开关输的时候。从而计算出最大的出馈线路短路故障。根据电源通信标准，确定电压母线最大允许压降值，母线可算出最大电压允许压降值。
计算电解电容最大放电量，根据计算出的最大时间进行馈线短路选择维持开关脱扣，故障最大电流对照开关脱扣曲线Idmax，选择为1.2，并且来乘以可靠的系数，则电解电容最大放电量为⊿Q=Idmax*Ttz，得到电解电容最大放电时间Ttz，。根据上述实验结果：对于DC/DC通信馈线回路，只要开关电流额定小于20A，就可以保证金属性馈线支路短路下可靠脱扣馈线开关，在并联母线上大于0.141F，63V电容电解，并且要保证在通信电源要求范围内下降电压范围。
实验四、DC/DC验证是否能无冲击下开机，在输出母线DC/DC上足够并联电容电解下，由于电流最大开机不会大于电流的额定功率，开机时DC/DC均有限流开机功能。根据上述实验结果：无冲击开机DC/DC能在DC/DC输出母线上足够并联电容电解下进行。
四、结束语
应加以重视技术研究层面，短路脱扣馈线开关匹配时间但DC/DC挂于直流母线存在的属于小机率问题发生问题，积极研究解决这个问题的办法。在研究这些解决方法的同时，是简单易行在48V母线上并接足够容量的电解电容器的办法。
参 考 文 献
[1]中华人民共和国电力行业标准DL/T5044-2004电力工程直流系统设计技术规程
[2]中华人民共和国电力行业标准DL/T459-2000电力系统直流电源柜订货技术条件
[3]中华人民共和国电力行业标准YD/T731-2002通信用高频开关整流器
