變電站內(nèi)直流系統(tǒng)與通信電源融合改造探析

范勇鋒，程錦云，熊 俊，李思逸，周雅莉，郭博文，周紫荊，曹 雷

（國網(wǎng)荊門供電公司，湖北 荊門 448000）

0 引 言

隨著地區(qū)變電站的建設(shè)，通信部分在電力系統(tǒng)中的平臺(tái)功能越來越突出，其與二次系統(tǒng)融合的趨勢(shì)也越來越明顯，“大二次”的輪廓也越來越清晰。以往變電站的通信電源設(shè)計(jì)中，一般采用與二次相互獨(dú)立的電源系統(tǒng)方案。近年來逐漸共享使用機(jī)房和蓄電池房，但這只是設(shè)備層面的集中，未來真正的融合將是協(xié)議和功能上的共享[1]。

荊門YC變電站采用省公司變電站典型設(shè)計(jì)A-3方案，通信系統(tǒng)與二次系統(tǒng)雖共用設(shè)備機(jī)房和蓄電池室，但仍采用獨(dú)立設(shè)計(jì)、分開建設(shè)方案。不僅降低了站用電的自動(dòng)化程度，同時(shí)也增大了電源系統(tǒng)的建設(shè)成本。本文結(jié)合該變電站的設(shè)計(jì)和運(yùn)行的體制要求，從通信電源系統(tǒng)改造的整體設(shè)計(jì)、接地問題、蓄電池共享、監(jiān)控系統(tǒng)以及資產(chǎn)維護(hù)幾方面進(jìn)行分析，逐步研究站內(nèi)通信電源與直流系統(tǒng)的融合改造方案。

1 站內(nèi)直流通信電源系統(tǒng)現(xiàn)狀

1.1 現(xiàn)狀說明

該變電站站用電源采用單母線分段供電方式，各段母線之間設(shè)有聯(lián)絡(luò)開關(guān)，互為主備。站內(nèi)直流系統(tǒng)采用雙電雙供方式，充電柜由380 V母線分段供電，裝設(shè)兩組蓄電池，直流電壓選擇為220 V和110 V。直流系統(tǒng)柜體共五面，兩段母線中各設(shè)一組充電柜，兩組饋線柜，通過聯(lián)絡(luò)柜控制開斷。通信電源系統(tǒng)與直流系統(tǒng)類似，每套也裝設(shè)兩組蓄電池和充電整流裝置，接在不同的分段母線上。二者共享蓄電池室和設(shè)備機(jī)房，但是供電系統(tǒng)完全獨(dú)立，具體如圖1所示。

圖1 站內(nèi)直流通信電源現(xiàn)狀

1.2 存在的問題

變電站將直流系統(tǒng)與通信電源獨(dú)立設(shè)計(jì)能充分滿足供電可靠性，但同時(shí)卻帶來其他問題。首先降低了站用電的自動(dòng)化程度。系統(tǒng)獨(dú)立運(yùn)作，設(shè)備間通信規(guī)約互不兼容，系統(tǒng)缺乏有效的共享平臺(tái)，無法實(shí)現(xiàn)站內(nèi)電源的自動(dòng)化和網(wǎng)絡(luò)化管理。其次，變電站建設(shè)的經(jīng)濟(jì)性較差。直流系統(tǒng)與通信電源均需設(shè)立兩組獨(dú)立的蓄電池組，重復(fù)建設(shè)增大投資成本，設(shè)備的分布安裝也給工程施工帶來更多的困難。最后，運(yùn)行維護(hù)不方便。站用電中的交流與直流系統(tǒng)由變電人員維護(hù)，通信電源由通信人員維護(hù)，這導(dǎo)致站內(nèi)設(shè)備的可靠性存在缺陷。

2 變電站內(nèi)電源的發(fā)展趨勢(shì)

隨著電源技術(shù)的發(fā)展，變電站內(nèi)直流系統(tǒng)發(fā)生了一些變化，出現(xiàn)了以下一些新情況。一是電源設(shè)備的模塊化趨勢(shì)越來越明顯。以前一些整體功能目前都逐步模塊化，整流、逆變以及換頻等都有相對(duì)應(yīng)的功能模塊可供選擇，為不同幅值、頻率的電壓設(shè)備兼容提供了可能性。二是變電站的操作機(jī)構(gòu)動(dòng)作電流逐步減小，允許蓄電池不再向合閘機(jī)構(gòu)提供合閘補(bǔ)充電流，站內(nèi)直流系統(tǒng)的蓄電池容量出現(xiàn)冗余。三是電源功率變換器基本實(shí)現(xiàn)了智能化，大多都提供了智能通信接口，為不同類別電源模塊的集中監(jiān)控提供了方便。同時(shí)，智能變電站對(duì)設(shè)備的智能化和集成化程度要求越來越高，間隔層設(shè)備逐漸進(jìn)入過程層，變電站內(nèi)的直流通信電源設(shè)計(jì)也出現(xiàn)了一些新的要求和趨勢(shì)。

首先，直流系統(tǒng)與通信電源的蓄電池室統(tǒng)一規(guī)劃，設(shè)備機(jī)房共享共用，電源部分的一體化趨勢(shì)日益明顯。其次，電源系統(tǒng)管理逐步智能化。原來不同廠商、通信規(guī)約互不兼容的電源系統(tǒng)要求進(jìn)行協(xié)議轉(zhuǎn)換以保持互操作性與互換性，從而實(shí)現(xiàn)站用電源的實(shí)時(shí)監(jiān)控。再次，社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益日益重視，企業(yè)擔(dān)負(fù)著更多的社會(huì)責(zé)任，應(yīng)盡量減少蓄電池的使用，促進(jìn)節(jié)能，做好環(huán)保。最后，隨著智能變電站的改造和建設(shè)，各類通信新技術(shù)在電力系統(tǒng)綜合業(yè)務(wù)中廣泛應(yīng)用[2]。

3 站內(nèi)直流系統(tǒng)與通信電源改造

3.1 整體解決方案

將通信電源與站內(nèi)直流系統(tǒng)融合，通過直流系統(tǒng)的直流母線為通信電源供電，通信電源通過DC/DC變換器將高壓直流降為通信用電-48 V，通信備用電源則由直流系統(tǒng)的蓄電池組提供。站內(nèi)直流通信電源一體化解決方案如圖2所示。

圖2 站內(nèi)直流通信電源一體化

3.2 接地問題分析

直流電源系統(tǒng)大多為不接地系統(tǒng)，通信系統(tǒng)則為接地系統(tǒng)[3]。該變電站采用絕緣監(jiān)察裝置一點(diǎn)接地，當(dāng)系統(tǒng)中出現(xiàn)兩點(diǎn)及以上接地的情況時(shí)則必須盡快消除接地故障，否則有可能引起保護(hù)裝置的誤動(dòng)或拒動(dòng)。變電站的通信電源則必須采用聯(lián)合接地或等電位接地，以此利用大地提供低阻抗的回路。為實(shí)現(xiàn)接地系統(tǒng)與不接地系統(tǒng)的隔離，確保兩系統(tǒng)間的正常功能，在通信側(cè)DC/DC模塊中安裝反向調(diào)壓裝置，以此來隔離彼此的接地系統(tǒng)。一體化電源接地系統(tǒng)如圖3所示。

圖3 一體化電源接地系統(tǒng)

3.3 蓄電池容量問題

該變電站站內(nèi)直流系統(tǒng)配置兩組400 Ah容量的蓄電池，直流常規(guī)負(fù)荷電流為10 A，直流系統(tǒng)的事故放電時(shí)間按無人值班站規(guī)定取定至少6 h。對(duì)于通信電源，主要負(fù)荷點(diǎn)包括SDH、PCM設(shè)備各兩臺(tái)，實(shí)際中負(fù)荷電流為5～10 A，在此考慮可靠性取值10 A。《國家電網(wǎng)公司十八項(xiàng)電網(wǎng)重大反事故措施》中規(guī)定，通信專用蓄電池供電時(shí)間一般應(yīng)不少于4 h。這樣放電電流為兩者負(fù)載電流之和20 A，放電持續(xù)時(shí)間至少為4 h。為避免蓄電池容量選擇過小，單組蓄電池容量計(jì)算時(shí)考慮負(fù)荷容量系數(shù)0.6[4]。根據(jù)不同的放電時(shí)間計(jì)算所需的蓄電池容量如表1所示。

表1 蓄電池容量計(jì)算

由表1可知，只要放電時(shí)間持續(xù)在12 h以內(nèi)，站內(nèi)直流系統(tǒng)的蓄電池配置是完全滿足二者電源需求的，而對(duì)于雙組蓄電池配置，最大的后備供電時(shí)間可保證24 h。

3.4 監(jiān)控系統(tǒng)

參考直流系統(tǒng)的電源監(jiān)控模式，將通信電源的監(jiān)控模塊與微機(jī)監(jiān)控模式連接，最后一起將二者的電源信號(hào)傳送至DCS監(jiān)控系統(tǒng)和通信中心[5]。其信號(hào)通信系統(tǒng)如圖4所示。

圖4 一體化電源監(jiān)控系統(tǒng)

3.5 產(chǎn)權(quán)及運(yùn)維

因?yàn)橹绷飨到y(tǒng)和通信電源系統(tǒng)各由兩班專業(yè)人員負(fù)責(zé)，在一體化電源改造中會(huì)涉及資產(chǎn)產(chǎn)權(quán)和今后運(yùn)行維護(hù)的問題，對(duì)此可以考慮采用共建共享方案。在變電站直流系統(tǒng)和通信電源的前期規(guī)劃和建設(shè)中雙方根據(jù)用電比例和需求分?jǐn)偼顿Y費(fèi)用，界定產(chǎn)權(quán)分界點(diǎn)并明確管理權(quán)限，共有部分共同使用共同維護(hù)。對(duì)蓄電池的日常管理也可由雙方共同抽派人員組建專業(yè)隊(duì)伍進(jìn)行維護(hù)，同時(shí)建立更加嚴(yán)格的監(jiān)控、巡視、檢查、維護(hù)體系，以此來提高變電站內(nèi)電源系統(tǒng)的可靠性。

4 結(jié) 論

本文在分析某實(shí)際220 kV變電站站用直流系統(tǒng)和通信電源系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，結(jié)合未來智能變電站中站用電源系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求，初步探討了直流系統(tǒng)與通信電源一體化融合的改造方案。通過將二者電源系統(tǒng)的結(jié)合，能有效減少設(shè)備配置、占用面積和其他附屬設(shè)施，同時(shí)還能有效的降低投資成本和運(yùn)維費(fèi)用，也為今后變電站站用電源的一體化改造提供了一定的參考。