电力系统通信电源应用分析

宋来扣

【摘要】 高频开关电源是许多通信设备的工作电源，而电力系统中除了高频开关电源可以对通信设备供电外，变电站一体化电源也可以对通信设备供电。文章结合实际操作经验对两种电力通信电源的机理和作用通过蓄电池运行方式、电源防雷方式、电源接地方式和运行维护方式等层面实施了研究和对比，对无人值守变电站通信电源系统的应用策略和配置原则通过通信设备重要性、电源设备安全策略和电源智能化管理等三个层面进行了阐述。

【关键词】 通信电源 高频开关电源 一体化电源

一、应用分析

当前通信设备工作电源在电力通信中通常是采用高频开关电源和变电站一体化电源两种方式。

1.1 高频开关电源

高频开关电源随着晶体管开关电源的频率从20 H z提高到数百kHz后形成。高频开关电源组成有输入整流单元、高频变换单元、输出电源整流滤波单元，见图1，电网交流电源通过滤波和整流，变为较为平滑的直流电，再通过高频变化为高频交流电，最后经过整流滤波变为稳定可靠的直流电源。

在电力系统通信网中高频开关电源一般由高频开关电源的输出端和蓄电池并接在一起向通信设备供电。通信设备正常工作时是开关电源供电，同时开关电源向蓄电池进行充电。如果故障出现在交流系统或开关电源设备上，那么通信设备将由蓄电池提供电能。通信电源在故障被消除后恢复正常工作状态。

1.2 变电站一体化电源

变电站一体化电源是继电保护、自动化装置和事故照明系统通常使用的供电方式，也可以为通信设备供电。

变电站一体化电源是将交流输入电源经开关电源转换后输出直流220V或直流110V电源，一方面向变电站使用的蓄电池等供电，另一方面通过直流电源变换器和电源逆变器将直流电源转换成直流48V和交流220V。交流整流模块、蓄电池组、直流电源变换模块、电源逆变模块和控制调整模块构成了一体化电源。

一体化电源在正常情况下通过整流模块经电源变换器和电源逆变器对自动化装置和通信设备等都进行输电，变电站蓄电池在交流系统或整流模块不工作的时候对运行装置和设备实施输电，一体化电源在故障消除后恢复正常工作。

1.3技术特点、系统结构及运行维护模式对比

1.3.1 两种电源技术特点

相同的电力电子技术及相同的供电方式，使高频开关电源和变电站一体化电源都拥有高效率、高频化、模块化、智能化的技术优点：

1）用比较低的使用成本和工作温度造就更高的安全性和更长的使用周期是高效率的主要优势。整机效率最高可达93%-94%，而且还有提升的空间。

2） 高频开关电源的主要发展方向是高频化，从而实现缩小电源体积、减轻重量、改进开关电源的动态性能和滤波电路压力及降低成本。

3） 高频开关整流器的主要优势之一是模块化设计，直流供电系统的模块式架构因轻盈小巧的高频开关整流器模块的出现而产生，各种不同功率等级的电源系统都能被很容易的组成。

4） 现代电源的发展趋势是智能化。变电站不同部件的供电需求要通过电源系统智能化的实现得到满足，从而实施对电源系统有效监视、全面控制、完善告警和保护。

1.3.2 系统结构及运行维护模式对比

1）不一样的输入电源：高频开关电源是交流电源输入供电，交流电经过整流后输出48V直流电源给通信设备；一体化电源系统采用的是变电站直流220V通过直流变换模块输出48V直流电源给通信设备。

2）不一样的蓄电池运行模式：高频开关电源的直流48V输出是和蓄电池并接在一起，通信设备在高频开关电源不能正常输出时，蓄电池可以直接向负载供电。一体化电源系统中的蓄电池是和直流220V或110V直接并接在一块，通过直流变换模块输出直流48V，给通信设备供电。在交流供电失电或直流220V或110V系统故障时，通信设备能得到蓄电池通过直流变换模块的供电，但是，在直流电源变换模块不工作时，蓄电池是不能给通信设备供电的。

3）不一样的电源防雷模式：电源设备交流输入侧、直流输出侧装备防雷装置的2级防雷模式被高频开关电源使用；电源设备交流输入侧加装防雷装置的1级防雷模块在一体化电源中得到应用。

4）不一样的电源接地模式：高频开关电源采用的是直流输出侧高电位点直接接地方式；一体化电源虽然在直流变换模块的后端也是高电位点直接接地方式，提供直流-48V给通信设备使用，但在直流变换模块的前端直流220V或直流110V处采用的是不接地运行模式。

5）不一样的运行维护模式：高频开关电源由通信专业人员进行建设、维修以及实施集中监管；一体化电源设备的遥信、遥测量由一体化电源系统统一纳入站内监控系统，其运行维护和监管由变电设备人员统一监管。

二、策略分析

2.1 通信设备重要性的策略

由于电力系统中主要变电站的电压等级不同，通信设备传输的信息和配置的容量的不一样也受到影响。通信设备传输站内电力调度、自动化和办公信息还有调频载波和专用光纤通道来传输线路保护信息一般使用在220 kV及以下变电站中。通信设备在500 kV变电站中因为存在传输线路的制约和继电保护双重化配置的要求而对传输线路保护信息的责任进行承担。通信设备在部分220 kV枢纽变电站内一样也承担着为110 kV变电站内提供信息转接工作。因为500 kV及传输一、二、三级主干通信网的220 kV变电站的通信设备的重要性，需使用安全性、可靠性更高的独立的高频开关电源，在规范设计中独立的高频开关电源蓄电池应在电网和电源设备不工作的情况下对通信运行设备可靠运行提供保证。

2.2 电源设备安全性的策略

2.2.1 电源防雷

因为高频开关电源包含了许多电子器件且电力通信系统对电源设备有比较高的诉求，所以通信电源设计需要使用在电源设备的交流输入侧、直流输出侧和通信设备电源输入侧加装防雷装置的3级防雷模式，外来的过电压、过电流唯有通过多级保护才能够把电压控制在非常低的水平，才能确保通信设备内部器件的稳定工作。电源供电回路上的过电压和过电流通过分级保护实施方式中的加装防雷模块来进行控制。感应雷电流的影响应是在机房内部工作的通信电源重要考虑的，就是说防雷装置通过选用8/20us参考模型来实施采用，通信电源在通信电源设备进入雷电流时通过防雷装置确保其避免雷电的伤害。

2.2.2 供电方式

电源设备交流侧在通信电源供电形式上一般使用单母线分段输电形式，再使用交流系统自动转化装置来完善供电的可靠性。当前存在单母线以及单母线分段两种输电方式。因为通信传输业务的重要，独立通信电源以及220 kV变电站一体化电源设备需要使用通信直流电源单母线分段供电方式，单母线供电方式被使用在110kV变电站一体化电源设备中。

2.2.3 电源保护

通信电源的过电流和过电压、欠电压保护是通信电源保护考虑的核心。电源系统在通信电源大于保护指标的时候可以自主实施保护状态或自动停止工作，或者自动改进参数，确保通信电源设备能在合理的条件下工作。电容型输入型整流回路在高频开关电源的交流输入整流电流中一般都有被使用，通信电源过电流保护中，在电源合闸接入电源的一瞬间，由于电容器上的初始电压为0，电容器初始充电会形成很大的瞬间冲击电流，所以软启动方式被用来对开关电源安全的运行实施确保。过电压和欠电压在通信电源保护层面来讲，因为过电压在通信电源设备会造成用电设备内部器件失灵，用电设备会因为欠电压会而不能正常工作，所以，通信电源被设定在直流输出电压标称值的120%的范围内，能够手动和自动调节输出电压，确保通信电源在正常值内工作。

2.3 电源智能化管理的策略

通信电源的性能、故障、配置以及安全监控使用通信电源智能化管理模式的实施实现，从而使通信电源的供电稳定性以及设备的安全性得到增加：

1）要完成对通信电源的工作情况的评估，完成对其功能监管、性能管理监控以及性能研究；

2）要通过检测、隔离、告警监视、故障定位、校正、测试等故障管理中实施对通信电源异常情况实施监管；

3）要通过通信电源配置管理实现通信电源的情况查询、监控和配置性能，从而可以建立、增加、删除通信电源模块；

4）要通信电源安全管理上确保和完成通信电源的安全运行认证、访问控制、运行数据的机密性以及完整性。

另外，通过通信电源集中控制管理模式在通信电源管理软件设计中的实现和计算机和通信网络等新技术使用，使遥信、遥测、遥控和遥调在电源设备中得到实现，交流电源和直流电源的过压、欠压、限流、过热以及短路保护情况在通信电源的时刻管控和控制得到实现。通信电源的远程监控开关机、均浮充转换、限流点设置等控制功能使用通信网络来完成，开关状况、故障情况、工作情况监测等遥信项目及模块和蓄电池的输出电压的测量等遥测项目在同一时间得到实现。

三、结束语

在电力系统中无人值守变电站获得了大范围的使用，变电站内通信设备以及通信电源系统的工作稳定性在无人值守的实现中对其给出了更大的诉求。通信设备的供电需求在变电站一体化电源系统中可以得到很好实现，一体化电源因为变电站一体化电源系统在防雷、接地和蓄电池供电模式等方面的更深入的改善而成为变电站通信电源的成长方向。

参 考 文 献

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