变电站电力通信直流电源系统的扩容安全性分析

郜亚洲，王萌萌

（国网江苏省电力有限公司 镇江供电分公司，江苏 镇江 212000）

1 变电站电力通信直流电源系统概述

通信电源系统扩容的原因主要体现在2 个方面。一方面，高频开关整流器的容量偏低，无法提供蓄电池组的均充电流；另一方面，蓄电池后备时间不能达到相关要求和规定，需要更换更大的蓄电池组。而这一要求下，高频开关整流器必然会受到干扰，因此需要对其进行扩容。

在扩容高频开关整流器过程中，可选择的扩容方案有2 种。一是充分利用原本预留的模块，将增加的模块安装其中。具体而言，如果高频开关整流器屏柜的容量为6×20 A，原本已经安装了4 个模块，还有2个位置没有被利用，那么在实际扩容时，可以将剩余的位置补满，由此实现扩容，从而形成6×20 A 系统；二是在实际扩容过程中，原本使用的高频开关整流器容量已经达到最大，且没有可扩容的空间，但是同品牌厂家的高和低容量模块的尺寸一样，此时可以选择用高容量模块替代低容量模块，实现对高频开关整流器扩容的效果，提高整流器容量。例如，在对高频开关整流器屏柜扩容期间，如果容量是6×20 A，并且6个模块已经没有空余，在处理期间，选择厂家同型号、同尺寸的整流模块替换，如利用30 A 的模块，经过扩容之后，高频开关整流器屏柜的容量为6×30 A。

2 变电站电力通信直流电源系统存在的问题分析

2.1 直流电源配电分级开关匹配度不高

设计变电站电力通信直流电源期间，会产生大量的电力负荷，导致直流电源受到不同程度的干扰。通过对用电负荷的分析可知，通信设备的占用比例最高，需要从变电站配电室供电，并借助放射性的方式完成。但对于后期新增加的直流电源系统来说，大多会利用楼层配电柜中的电流作为交流电，这种情况下需要控制好用电设备和变压器二次侧的低压配电级数，应该小于4 级。如果直流电源系统、不间断电源从配电柜中引入，用电设备的配电级数会出现急速上升的情况，同时渐渐超过既定的等级，最终使得末端用电设备受到影响，用电分级级数增加，从而引发故障问题，故障点的数量也随之增多[1]。在变电站中，配电系统也存在问题，尤其是上下级开关，没有选择性的动作行为，在实际运行过程中，低压配电线路要将故障的类型作为基础，合理安装接地保护装置或者短路保护装置，以便电路出现故障问题时会立即断开，切实达到电气保护的目的，将影响范围控制在最小。

2.2 长时间高负荷运转

变电站电力通信直流电源系统在运行过程中，主要分为2 个部分，分别是市电源和备用发电机机组。结合电力通信电源技术标准和要求，为确保电源更加安全稳定，系统在运行阶段，应该加强对2 路市电、1路油机模式的利用，提升系统的运行效率。但是，很多变电站并没有达到这一要求，在配置方面，存在不标准和不规范的问题，致使系统长时间在高负荷的状态下运转。在初期建立过程中，各个城市没有可借鉴的经验，因此技术缺乏先进性，不具备建立独立电网的条件。如果引入第二路市电的线路长度没有控制在既定范围，即便建立多路直流电源能满足设计要求，在后续运行期间不能及时将油机补充到位，长时间超负荷运行，也很有可能引发安全故障或者隐患[2]。

3 变电站电力通信直流电源系统的扩容安全性分析

3.1 直流电源系统各级负荷规划

为增强变电站电力通信直流电源系统的扩容安全性和稳定性，应该对系统内的各级负荷展开科学且有效的规划，通过对系统密切观察，明确不间断电源的具体运行状态，采取科学的方式核算系统内油机的容量。针对油机容量，受到的干扰因素较多，不能直接通过对设备负荷、额定功率比较获得，应该对不间断电源产生的谐波等因素充分分析，油机容量W的计算可用公式表示为

式中：W为油机容量；wa为变电站中电力通信设备负荷；wb为变电站中蓄电池组充电功率；wc为变电站中机房总功率；通过对式（1）细化，最终得出式（2），具体为

式中：W为油机容量；Wt为变电站中通信设备负荷总量；x1为谐波产生的冲击系数，将变电站的实际运行情况作为基础，对不间断电源谐波充分考量，一般取值范围在2.1 ～3.5；x2为启动直流电源系统时的电流冲击系数，出于对变电站机房启动期间的电流冲击的考虑，一般取值范围在2.1 ～3.3；wups为不间断电源负荷大小，kW；Wj为变电站机房负荷，kW。

从变电站的角度出发，如果电力通信直流电源系统长期处在超负荷运行状态，电力损耗会增加，如果问题没有及时解决，电力通信直流电源系统会存在较多风险和隐患。为避免此类问题出现，应该在保证直流电源系统各级负荷规划合理化的基础上，加强对运行负荷率的管控。通常情况下，系统在运行阶段，如果运行负荷率没有达到55%，那么该情况不会干扰系统的运行状态。但倘若超过此标准，设备的容量很难满足系统高效运行要求，必须进行扩容。在扩容期间，应该对系统进行统一且合理的规划。计算油机容量过程中要结合式（2）精准展开计算。直流电源系统在实际运行阶段，如果处在原始承载容量既定的标准内，可以直接结合新增设备所要求的负荷展开计算工作，由此达到扩容的目的[3]。倘若要增设新的整流机架，需要根据总负荷开展相应计算工作，将系统的具体开关容量，有针对性地展开扩容。

3.2 系统保护开关的选择

变电站电力通信直流电源系统在运行期间，针对保护电器主要分为断路器和熔断器2 种类型。在具体扩容过程中，需要根据保护电器的不同功能，有针对性地进行选择，明确断路器与熔断器的优点和缺点，具体如表1 所示。从表1 可以看出，熔断器的优点较多，尤其是可以选择不同的型号，具有较强的分段能力，但也有一定缺陷，例如熔断后需要第一时间更换新的熔断器，不能重复使用，并且保护功能缺乏多元化。而针对断路器来说，故障断开时可进行手动复位操作，也能作为过载或者短路防护，但是断路器的价格较高，部分型号分段能力不强。

具体扩容过程需要将实际现状作为基础，有针对性地加以选择。例如：直流电源系统在运行阶段，如果电流大，或者油机容量大，应该选择使用熔断器，提升保护效果[4]。在实际扩容期间，系统若发生故障问题，诸如断路过载等，可以运用断路器完成系统的保护，确保系统能平稳且安全运行。在选择末端保护开关时，同样以具体情况为依据，必须具备断电功能。与系统连接期间，需要保证用电设备能够平稳运行，如果有短路故障问题发生，末端保护开关能第一时间做出反应，将电路迅速切断。因此，在选择系统保护开关的过程中，最好使用熔断器。

3.3 对直流后备电源合理配置

变电站电力通信直流电源系统进行扩容时，为提升安全性，让系统稳定且高效运行，还应该保证直流后备电源配置的合理化与规范化，结合具体要求和实际情况，尽可能让蓄电池的容量减少。在扩容直流电源系统期间，需要将提升交流供电的稳定性、可靠性与安全性作为核心。通过分析直流电源系统得知，其中包含的蓄电池组，储能设备容量大小与备用时间、直流负荷之间的关联密切，基于此特点，蓄电池组的容量计算可表示为

式中：Wq为蓄电池组容量大小，Ah；I为直流电源系统中直流负荷大小，A；T为系统的总体放电时长，h；t为蓄电池组放电时长，h；α为供电系数。

将相关标准与要求作为基础，如果城市的等级为1 类，放电时长h的取值应该控制在0.3 ～1.0 h；如果城市的等级为2 类，放电时长h 的取值应该控制在0.5 ～1.2 h；如果城市的等级为3 类，放电时长h的取值应该控制在1.5 ～2.5 h；如果城市的等级为4 类，放电时长h 的取值应该控制在2 ～3 h。由于所处的地区不同，选择放电时长也存在一定差异。如果放电时长增加，那么备用时间会相应减小。为切实达到直流电源系统扩容的目标，并能满足安全性标准，应该考虑分散供电问题，保证放电时间不能大于1.5 h。

4 具体案例分析

在当今社会发展中保证供用电的可靠性和安全性至关重要。由于受到的干扰因素较多，导致变电站电力通信直流电源系统在扩容期间，安全系数偏低，存在隐患较多，应该加强对用电量综合考虑，尽可能降低设备出现故障的概率，同时对变电站电力通信直流电源系统的扩容安全性进行分析[5]。本次研究主要将某电力企业变电站作为研究对象，整理汇总变电站运行的数据，将其输入到实验所用的软件中，在对各项参数充分掌握的基础上，建立对照组和实验组，选择的电力通信直流电源系统一致。其中实验组应用的是本文提出的扩容方法，对照组应用的是传统方法。同时对2 组变电站的实际运行情况进行模拟，在供电量的设置上，最初为10.0×107kW·h，最终为30.0×107kW·h。结合实验过程，对2 组系统进行分析与对比，判断在实际扩容过程中，是否有故障问题发生，从而比较2 组扩容的安全性，具体实验结果如表2 所示。

表2 实验结果对比

结合表2 看出：对照组随着供电量的增加，出现故障次数也明显增多，当扩容的供电量为30.0×107kW·h 时，出现故障的次数达到21 次；实验组在这方面明显减少，虽然也有故障问题出现，但扩容到30.0×107kW·h，只出现了3 次故障问题。经对比发现，本文提出的扩容方式可以让直流电源系统的运行更为安全稳定，增强供电的可靠性，能够让变电站电力通信更为安全可靠，满足预期的扩容目标。

5 结 论

文章主要对变电站电力通信直流电源系统展开深入研究，明确系统扩容期间可能出现的问题，并以此为依据，提出了一种安全系数更高的扩容方案。但在具体实施阶段，由于受到一些因素制约，如油机容量低等，导致扩容改造的效率不高。为保证系统扩容安全性能实现最大化，在具体设计期间，需要合理分析影响系统整体性的因素，借助可行办法，加强对扩容改造项目的优化和改进。