電力系統通信電源應用分析

宋來扣

【摘要】 高頻開關電源是許多通信設備的工作電源，而電力系統中除了高頻開關電源可以對通信設備供電外，變電站一體化電源也可以對通信設備供電。文章結合實際操作經驗對兩種電力通信電源的機理和作用通過蓄電池運行方式、電源防雷方式、電源接地方式和運行維護方式等層面實施了研究和對比，對無人值守變電站通信電源系統的應用策略和配置原則通過通信設備重要性、電源設備安全策略和電源智能化管理等三個層面進行了闡述。

【關鍵詞】 通信電源 高頻開關電源 一體化電源

一、應用分析

當前通信設備工作電源在電力通信中通常是采用高頻開關電源和變電站一體化電源兩種方式。

1.1 高頻開關電源

高頻開關電源隨著晶體管開關電源的頻率從20 H z提高到數百kHz后形成。高頻開關電源組成有輸入整流單元、高頻變換單元、輸出電源整流濾波單元，見圖1，電網交流電源通過濾波和整流，變為較為平滑的直流電，再通過高頻變化為高頻交流電，最后經過整流濾波變為穩定可靠的直流電源。

在電力系統通信網中高頻開關電源一般由高頻開關電源的輸出端和蓄電池并接在一起向通信設備供電。通信設備正常工作時是開關電源供電，同時開關電源向蓄電池進行充電。如果故障出現在交流系統或開關電源設備上，那么通信設備將由蓄電池提供電能。通信電源在故障被消除后恢復正常工作狀態。

1.2 變電站一體化電源

變電站一體化電源是繼電保護、自動化裝置和事故照明系統通常使用的供電方式，也可以為通信設備供電。

變電站一體化電源是將交流輸入電源經開關電源轉換后輸出直流220V或直流110V電源，一方面向變電站使用的蓄電池等供電，另一方面通過直流電源變換器和電源逆變器將直流電源轉換成直流48V和交流220V。交流整流模塊、蓄電池組、直流電源變換模塊、電源逆變模塊和控制調整模塊構成了一體化電源。

一體化電源在正常情況下通過整流模塊經電源變換器和電源逆變器對自動化裝置和通信設備等都進行輸電，變電站蓄電池在交流系統或整流模塊不工作的時候對運行裝置和設備實施輸電，一體化電源在故障消除后恢復正常工作。

1.3技術特點、系統結構及運行維護模式對比

1.3.1 兩種電源技術特點

相同的電力電子技術及相同的供電方式，使高頻開關電源和變電站一體化電源都擁有高效率、高頻化、模塊化、智能化的技術優點：

1）用比較低的使用成本和工作溫度造就更高的安全性和更長的使用周期是高效率的主要優勢。整機效率最高可達93%-94%，而且還有提升的空間。

2） 高頻開關電源的主要發展方向是高頻化，從而實現縮小電源體積、減輕重量、改進開關電源的動態性能和濾波電路壓力及降低成本。

3） 高頻開關整流器的主要優勢之一是模塊化設計，直流供電系統的模塊式架構因輕盈小巧的高頻開關整流器模塊的出現而產生，各種不同功率等級的電源系統都能被很容易的組成。

4） 現代電源的發展趨勢是智能化。變電站不同部件的供電需求要通過電源系統智能化的實現得到滿足，從而實施對電源系統有效監視、全面控制、完善告警和保護。

1.3.2 系統結構及運行維護模式對比

1）不一樣的輸入電源：高頻開關電源是交流電源輸入供電，交流電經過整流后輸出48V直流電源給通信設備；一體化電源系統采用的是變電站直流220V通過直流變換模塊輸出48V直流電源給通信設備。

2）不一樣的蓄電池運行模式：高頻開關電源的直流48V輸出是和蓄電池并接在一起，通信設備在高頻開關電源不能正常輸出時，蓄電池可以直接向負載供電。一體化電源系統中的蓄電池是和直流220V或110V直接并接在一塊，通過直流變換模塊輸出直流48V，給通信設備供電。在交流供電失電或直流220V或110V系統故障時，通信設備能得到蓄電池通過直流變換模塊的供電，但是，在直流電源變換模塊不工作時，蓄電池是不能給通信設備供電的。

3）不一樣的電源防雷模式：電源設備交流輸入側、直流輸出側裝備防雷裝置的2級防雷模式被高頻開關電源使用；電源設備交流輸入側加裝防雷裝置的1級防雷模塊在一體化電源中得到應用。

4）不一樣的電源接地模式：高頻開關電源采用的是直流輸出側高電位點直接接地方式；一體化電源雖然在直流變換模塊的后端也是高電位點直接接地方式，提供直流-48V給通信設備使用，但在直流變換模塊的前端直流220V或直流110V處采用的是不接地運行模式。

5）不一樣的運行維護模式：高頻開關電源由通信專業人員進行建設、維修以及實施集中監管；一體化電源設備的遙信、遙測量由一體化電源系統統一納入站內監控系統，其運行維護和監管由變電設備人員統一監管。

二、策略分析

2.1 通信設備重要性的策略

由于電力系統中主要變電站的電壓等級不同，通信設備傳輸的信息和配置的容量的不一樣也受到影響。通信設備傳輸站內電力調度、自動化和辦公信息還有調頻載波和專用光纖通道來傳輸線路保護信息一般使用在220 kV及以下變電站中。通信設備在500 kV變電站中因為存在傳輸線路的制約和繼電保護雙重化配置的要求而對傳輸線路保護信息的責任進行承擔。通信設備在部分220 kV樞紐變電站內一樣也承擔著為110 kV變電站內提供信息轉接工作。因為500 kV及傳輸一、二、三級主干通信網的220 kV變電站的通信設備的重要性，需使用安全性、可靠性更高的獨立的高頻開關電源，在規范設計中獨立的高頻開關電源蓄電池應在電網和電源設備不工作的情況下對通信運行設備可靠運行提供保證。

2.2 電源設備安全性的策略

2.2.1 電源防雷

因為高頻開關電源包含了許多電子器件且電力通信系統對電源設備有比較高的訴求，所以通信電源設計需要使用在電源設備的交流輸入側、直流輸出側和通信設備電源輸入側加裝防雷裝置的3級防雷模式，外來的過電壓、過電流唯有通過多級保護才能夠把電壓控制在非常低的水平，才能確保通信設備內部器件的穩定工作。電源供電回路上的過電壓和過電流通過分級保護實施方式中的加裝防雷模塊來進行控制。感應雷電流的影響應是在機房內部工作的通信電源重要考慮的，就是說防雷裝置通過選用8/20us參考模型來實施采用，通信電源在通信電源設備進入雷電流時通過防雷裝置確保其避免雷電的傷害。

2.2.2 供電方式

電源設備交流側在通信電源供電形式上一般使用單母線分段輸電形式，再使用交流系統自動轉化裝置來完善供電的可靠性。當前存在單母線以及單母線分段兩種輸電方式。因為通信傳輸業務的重要，獨立通信電源以及220 kV變電站一體化電源設備需要使用通信直流電源單母線分段供電方式，單母線供電方式被使用在110kV變電站一體化電源設備中。

2.2.3 電源保護

通信電源的過電流和過電壓、欠電壓保護是通信電源保護考慮的核心。電源系統在通信電源大于保護指標的時候可以自主實施保護狀態或自動停止工作，或者自動改進參數，確保通信電源設備能在合理的條件下工作。電容型輸入型整流回路在高頻開關電源的交流輸入整流電流中一般都有被使用，通信電源過電流保護中，在電源合閘接入電源的一瞬間，由于電容器上的初始電壓為0，電容器初始充電會形成很大的瞬間沖擊電流，所以軟啟動方式被用來對開關電源安全的運行實施確保。過電壓和欠電壓在通信電源保護層面來講，因為過電壓在通信電源設備會造成用電設備內部器件失靈，用電設備會因為欠電壓會而不能正常工作，所以，通信電源被設定在直流輸出電壓標稱值的120%的范圍內，能夠手動和自動調節輸出電壓，確保通信電源在正常值內工作。

2.3 電源智能化管理的策略

通信電源的性能、故障、配置以及安全監控使用通信電源智能化管理模式的實施實現，從而使通信電源的供電穩定性以及設備的安全性得到增加：

1）要完成對通信電源的工作情況的評估，完成對其功能監管、性能管理監控以及性能研究；

2）要通過檢測、隔離、告警監視、故障定位、校正、測試等故障管理中實施對通信電源異常情況實施監管；

3）要通過通信電源配置管理實現通信電源的情況查詢、監控和配置性能，從而可以建立、增加、刪除通信電源模塊；

4）要通信電源安全管理上確保和完成通信電源的安全運行認證、訪問控制、運行數據的機密性以及完整性。

另外，通過通信電源集中控制管理模式在通信電源管理軟件設計中的實現和計算機和通信網絡等新技術使用，使遙信、遙測、遙控和遙調在電源設備中得到實現，交流電源和直流電源的過壓、欠壓、限流、過熱以及短路保護情況在通信電源的時刻管控和控制得到實現。通信電源的遠程監控開關機、均浮充轉換、限流點設置等控制功能使用通信網絡來完成，開關狀況、故障情況、工作情況監測等遙信項目及模塊和蓄電池的輸出電壓的測量等遙測項目在同一時間得到實現。

三、結束語

在電力系統中無人值守變電站獲得了大范圍的使用，變電站內通信設備以及通信電源系統的工作穩定性在無人值守的實現中對其給出了更大的訴求。通信設備的供電需求在變電站一體化電源系統中可以得到很好實現，一體化電源因為變電站一體化電源系統在防雷、接地和蓄電池供電模式等方面的更深入的改善而成為變電站通信電源的成長方向。

參 考 文 獻

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