变电站内直流系统与通信电源融合改造探析

范勇锋，程锦云，熊 俊，李思逸，周雅莉，郭博文，周紫荆，曹 雷

（国网荆门供电公司，湖北 荆门 448000）

0 引 言

随着地区变电站的建设，通信部分在电力系统中的平台功能越来越突出，其与二次系统融合的趋势也越来越明显，“大二次”的轮廓也越来越清晰。以往变电站的通信电源设计中，一般采用与二次相互独立的电源系统方案。近年来逐渐共享使用机房和蓄电池房，但这只是设备层面的集中，未来真正的融合将是协议和功能上的共享[1]。

荆门YC变电站采用省公司变电站典型设计A-3方案，通信系统与二次系统虽共用设备机房和蓄电池室，但仍采用独立设计、分开建设方案。不仅降低了站用电的自动化程度，同时也增大了电源系统的建设成本。本文结合该变电站的设计和运行的体制要求，从通信电源系统改造的整体设计、接地问题、蓄电池共享、监控系统以及资产维护几方面进行分析，逐步研究站内通信电源与直流系统的融合改造方案。

1 站内直流通信电源系统现状

1.1 现状说明

该变电站站用电源采用单母线分段供电方式，各段母线之间设有联络开关，互为主备。站内直流系统采用双电双供方式，充电柜由380 V母线分段供电，装设两组蓄电池，直流电压选择为220 V和110 V。直流系统柜体共五面，两段母线中各设一组充电柜，两组馈线柜，通过联络柜控制开断。通信电源系统与直流系统类似，每套也装设两组蓄电池和充电整流装置，接在不同的分段母线上。二者共享蓄电池室和设备机房，但是供电系统完全独立，具体如图1所示。

图1 站内直流通信电源现状

1.2 存在的问题

变电站将直流系统与通信电源独立设计能充分满足供电可靠性，但同时却带来其他问题。首先降低了站用电的自动化程度。系统独立运作，设备间通信规约互不兼容，系统缺乏有效的共享平台，无法实现站内电源的自动化和网络化管理。其次，变电站建设的经济性较差。直流系统与通信电源均需设立两组独立的蓄电池组，重复建设增大投资成本，设备的分布安装也给工程施工带来更多的困难。最后，运行维护不方便。站用电中的交流与直流系统由变电人员维护，通信电源由通信人员维护，这导致站内设备的可靠性存在缺陷。

2 变电站内电源的发展趋势

随着电源技术的发展，变电站内直流系统发生了一些变化，出现了以下一些新情况。一是电源设备的模块化趋势越来越明显。以前一些整体功能目前都逐步模块化，整流、逆变以及换频等都有相对应的功能模块可供选择，为不同幅值、频率的电压设备兼容提供了可能性。二是变电站的操作机构动作电流逐步减小，允许蓄电池不再向合闸机构提供合闸补充电流，站内直流系统的蓄电池容量出现冗余。三是电源功率变换器基本实现了智能化，大多都提供了智能通信接口，为不同类别电源模块的集中监控提供了方便。同时，智能变电站对设备的智能化和集成化程度要求越来越高，间隔层设备逐渐进入过程层，变电站内的直流通信电源设计也出现了一些新的要求和趋势。

首先，直流系统与通信电源的蓄电池室统一规划，设备机房共享共用，电源部分的一体化趋势日益明显。其次，电源系统管理逐步智能化。原来不同厂商、通信规约互不兼容的电源系统要求进行协议转换以保持互操作性与互换性，从而实现站用电源的实时监控。再次，社会经济效益日益重视，企业担负着更多的社会责任，应尽量减少蓄电池的使用，促进节能，做好环保。最后，随着智能变电站的改造和建设，各类通信新技术在电力系统综合业务中广泛应用[2]。

3 站内直流系统与通信电源改造

3.1 整体解决方案

将通信电源与站内直流系统融合，通过直流系统的直流母线为通信电源供电，通信电源通过DC/DC变换器将高压直流降为通信用电-48 V，通信备用电源则由直流系统的蓄电池组提供。站内直流通信电源一体化解决方案如图2所示。

图2 站内直流通信电源一体化

3.2 接地问题分析

直流电源系统大多为不接地系统，通信系统则为接地系统[3]。该变电站采用绝缘监察装置一点接地，当系统中出现两点及以上接地的情况时则必须尽快消除接地故障，否则有可能引起保护装置的误动或拒动。变电站的通信电源则必须采用联合接地或等电位接地，以此利用大地提供低阻抗的回路。为实现接地系统与不接地系统的隔离，确保两系统间的正常功能，在通信侧DC/DC模块中安装反向调压装置，以此来隔离彼此的接地系统。一体化电源接地系统如图3所示。

图3 一体化电源接地系统

3.3 蓄电池容量问题

该变电站站内直流系统配置两组400 Ah容量的蓄电池，直流常规负荷电流为10 A，直流系统的事故放电时间按无人值班站规定取定至少6 h。对于通信电源，主要负荷点包括SDH、PCM设备各两台，实际中负荷电流为5～10 A，在此考虑可靠性取值10 A。《国家电网公司十八项电网重大反事故措施》中规定，通信专用蓄电池供电时间一般应不少于4 h。这样放电电流为两者负载电流之和20 A，放电持续时间至少为4 h。为避免蓄电池容量选择过小，单组蓄电池容量计算时考虑负荷容量系数0.6[4]。根据不同的放电时间计算所需的蓄电池容量如表1所示。

表1 蓄电池容量计算

由表1可知，只要放电时间持续在12 h以内，站内直流系统的蓄电池配置是完全满足二者电源需求的，而对于双组蓄电池配置，最大的后备供电时间可保证24 h。

3.4 监控系统

参考直流系统的电源监控模式，将通信电源的监控模块与微机监控模式连接，最后一起将二者的电源信号传送至DCS监控系统和通信中心[5]。其信号通信系统如图4所示。

图4 一体化电源监控系统

3.5 产权及运维

因为直流系统和通信电源系统各由两班专业人员负责，在一体化电源改造中会涉及资产产权和今后运行维护的问题，对此可以考虑采用共建共享方案。在变电站直流系统和通信电源的前期规划和建设中双方根据用电比例和需求分摊投资费用，界定产权分界点并明确管理权限，共有部分共同使用共同维护。对蓄电池的日常管理也可由双方共同抽派人员组建专业队伍进行维护，同时建立更加严格的监控、巡视、检查、维护体系，以此来提高变电站内电源系统的可靠性。

4 结 论

本文在分析某实际220 kV变电站站用直流系统和通信电源系统的基础上，结合未来智能变电站中站用电源系统设计要求，初步探讨了直流系统与通信电源一体化融合的改造方案。通过将二者电源系统的结合，能有效减少设备配置、占用面积和其他附属设施，同时还能有效的降低投资成本和运维费用，也为今后变电站站用电源的一体化改造提供了一定的参考。