变电站一体化电源的应用

杨汉林

（广东电网梅州丰顺供电局有限责任公司，广东 梅州 514300）

0 引 言

变电站站用直流系统与通信电源系统都各自配置了电力系统，并且由两个部门分别负责。变电站一体化电源系统的实质是将通信电源系统和直流电源系统整合为一体，通过交直流变换电源，共同使用站用直流系统的电力系统。该电源整合方式以直流电源为电源核心，是一种用直流交换电源将通信系统的交流输入转换为直流输出的电源技术装置。这种模式优化了资源整合，提高了自动化水平，具有经济可靠、结构紧凑的优势，具有广阔的应用发展前景。

1 变电站直流系统的现状

绝大多数传统的变电站内部都设置有站用直流系统和通信直流系统。站用直流系统电压一般为110 V或220 V，主要功能是自动化、保护、公用及二次等限制负荷供电[1]。

1.1 存在的差别

因为通信电源系统和站用直流系统设备所供不同，所以系统上存在差别。

（1）指标不同。通信设备主要作用于信息通信，对直流电压有着一定要求，但是站用设备对此并无要求。

（2）接地不同。通信行业为保证通信质量和降低外部因素的干扰，规定通信直流系统采用正极接地的节电方式；而站用直流系统采用正负极悬空、不接地的方式。

（3）电源各自供电时间不同。对于直流系统的单独供电时间标准，变电站在无人值班时不得低于8 h，有人值班时不得低于4 h；站用直流系统电源单独供电时间是，变电站无人值班时不得低于2 h，有人值班时不得低于1 h。

（4）负荷不同。通信设备因为多为电子产品供电，所以一般负荷电源小，但质量要求高；站用直流系统所供负荷有冲击负荷和经常负荷。

（5）所供设备性质不同。以往传统的站用设备电流负荷大，且多是分立元件，对电流的质量要求相对较低；通信系统电流负荷小，且多为电子产品，对电源质量要求高。

1.2 主要问题

（1）自动化程度低。供应商不同，导致各个子系统之间不能很好兼容地进行网络化管理，缺少系统性的分析平台，遏制了管理水平的提升。

（2）不够经济。变电站内电源系统不能有效进行资源整合，明显增大了投入的资金。

（3）维修运行不方便。站用直流系统和通信电源系统由两个部门分别维护，浪费了大量人力资源，且检查方式为分开检查，可靠性没有保障。

2 一体化电源和传统变电站站用电源系统分离设计的区别

（1）设计中用逆变器直接安置直流母线来代替UPS的使用。

（2）通常在设计初期取消了通信蓄电池，用DC/DC直流变换电源安置母线的方式进行替换。

（3）一体化监控器通过一个对外通信接口，对交、直流进行智能网络化监控。

（4）系统自动按照交流进线的运行方式对直流运行进行调整，使其达到最佳运行方式。

（5）通过智能化系统进行数据信息的统计分析，及时发现设备中存在的各种问题和缺陷并及时处理，排除故障。

（6）防雷器采用C级、D级的两级保护机制保护交直流母线，使它们内部电路输入回路不会因为遭受雷击等因素而受到严重破坏，提高了电力系统的安全性和可靠性[2]。

3 一体化电源的优点

变电站对于一体化电源模式的运用，符合当今技术先进、运行维护方便、结构合理的发展需要。

3.1 及时解决问题

通过对动力电源系统设备整体设计，实现了集中供电、集中运行、集中管理和集中维护，并通过智能系统的分析，保证了动力电源系统的高度可用性和可靠性。

3.2 统一、集中监管

通过通信网络对各子系统的先进设备进行一体化监控。监控系统中心单元和各部分监控单元通过一体化监控的监控器接入调度系统和自动化系统来进行监管。监管人员可以及时通过一个管理系统查看各子系统的各种信息，包括参数、事件信息、开关状态等，也可以以此实现对各种信息的修改和管理，实现站用电源的一键式遥控功能。专家可以整合整个电源信息，再进行专业智能系统统一的处理管理。

3.3 提高土地使用率和系统安全性

一体化电源可以以组屏形式统一安放在变电站的智能化机房，不用分开安置而占用变电站很大的空间，提高了系统的安全性。此外，解决了许多传统通信系统电源的缺点，如漏液、起火、爆炸和漏电等。

3.4 可靠的通信设备供电能力

站用直流系统和通信电源系统的整合，很好地解决了系统单独停电的情况，提高了社会生产生活的用电质量。统一的变电站直流系统，方便专业的维护团队建立，提高了通信设备的供电可靠性。

3.5 合理利用人力资源

传统的变电站需要两类维护人员进行维护，导致变电站在人力资源分配上容易出现短缺。而一体化后的直流系统，维护队伍由原来两类维护人员减少为一种，节约了人力资源，方便变电站对维护人员进行统一管理，减少维护中存在的各种安全隐患。

4 一体化电源存在的问题的解决措施

一体化电源与通信电源和站用直流电源的接地方式与电源后备时间都不相同，在此，我们就这两个问题展开分析，并提出解决的措施建议[3]。

4.1 接地问题解决措施

4.1.1 通信电源系统接地

（1）变电站通信电源系统的主要接地方式是结合等电位接地系统和联合接地系统降低接地系统和通信设备的电位，以提高安全系数。

（2）电源通信设备发生事故时，要及时断开电路连接，预防发生安全事故。当城市电路与电缆或者是通信设备发生接触时，要立即断开市电路的电源，减少相应的损失和危险。

（3）保证通信系统的功能不受其他因素干扰，满足系统电磁相互兼容需求。

（4）接地能让大地作为电路回流体，给通信系统提供低电阻的接地回流电路。

（5）提高对雷电的防护功能和电路电压的保护功能，降低市电线路和通信电缆被雷电和其他高电压冲击源带来的损坏，提供被电缆屏蔽的高电压冲击电流的接地回路，将其转移至大地。

（6）电源正极接地，大大降低了用户电缆受到的电腐蚀，提高了电缆金属外皮的绝缘功能。

4.1.2 站用直流系统接地

我国目前的变电站直流系统是根据《电力工程直流系统设计技术规程》建造的。直流电源系统不接地，在偶尔接地的情况下可以正常使用，并不会造成电路产生回流短路现象，但是仍然需要立即找出接地点。如果两点都接地，会有极大的可能引起信号装置、继电保护及自动断路器出现错误动作或者拒绝动作，从而引起直流系统的电路短路，导致电力系统发生故障或者是发生安全事故。所以，在另一点接地前，要及时解决接地故障。在日常变电站运行中，必须加强对直流系统的监控，一旦发现有接地问题，就要及时排除故障，避免因为直流系统接地问题而导致电力系统出现故障。

4.1.3 接地系统的解决措施

为了有效解决两个系统的接地问题，保证两个系统之间的相互安全，可以根据变压器的工作原理，适当加入反向变压器，有效将两个接地系统隔离。当DC/DC被击穿时，会导致站用直流系统接地，但大部分直流电源系统都配备了接地检测系统，在直流电源系统接地瞬间就能检测出来，并能在最短时间内发现给予解决。因此，接地故障现象在理论上并不能影响直流系统的安全可靠性。

4.2 电源系统后备电力时间的解决

根据站用直流电源系统的电源动力为全站因事故供电不低于2 h来计算，两组电源动力正常为全站因事故供电应不低于4 h。

通信电源系统方面，各种规章、规范、规定和文件中对通信电源系统的电源动力的后备时间都不一致。广东电网公司的变电站统计数据显示，规定有4 h、8 h、12 h等，500 kV变电站的通信电源按照62 A来计算，负荷值约为40 A，因此负载功率为40 A×50 V=2 000 W。因此，变电站的二次设备负荷为5 755 W，长期事故负荷12 050 W；110 kV变电站通信设备功率为800 W，变电二次设备经常负荷按照2 750 W计算，长期事故负荷6 670 W。在此，对500 kV变电站、220 kV变电站、110 kV变电站分别以电源动力后备时间为8 h、12 h计算，计算一体化电源应用时，站内直流电源系统的配置将发生变化[4]。

可见，后备时间不同，一体化电源系统受到的影响程度也不同。如果按照8 h的后备时间方案来看，在站用直流系统的经常性负载中加入通信负载，则传统站用电源系统与一体化电源的配置直流电源系统没有多大不同，且有着较高的实际可操作性。如果把直流系统按照12 h来设定后备时间设计方案，500 kV的站点电源动力就会在100%以上，直接影响机房的安置空间和最大承受重量，经济性和实用性都较低，且站用直流系统根本不能满足12 h的后备电源时间。所以，管理部门要制定统一的合理合法的标准和制度，促进一体化电源在现实生活中的广泛应用及推广。

5 一体化电源未来发展趋势

一体化电源将来不仅会在变电站电力系统、电网、发电领域得到运用，而且将会在家用、商用等领域得到普遍运用，并朝着多元化系统方向发展。当前的一体化电源系统主要包含监控单元、直流配电和整流模块等，电源系统的输入一般是交流输入和直流输出。其中，交流配电的主要作用是交流电的输入，提供防雷保护，将接口信号提供给监控单元；直流配电的主要作用是提供直流电的输出，为电源提供持续电能和保护作用，将接口信号提供给监控单元。整个一体化电源的管理核心是监控单元。它根据不同的系统或者不同的控制方式（集中控制和全分散控制方式），监控联系整个电源，且最大限度地协调着一体化电源管理系统。这种模块的主要功能是把交流输入转变为直流输出。随着社会对用电需求量的不断增加，再加上一体化电源要求的配电相对简单，占用空间面积较小，所以一体化电源的应用前景广阔。

6 结 论

变电站站用直流系统和通信电源系统的一体化，是对传统变电站电源系统设计和管理的发展与创新。随着我国在电网领域中数字信息化建设中的不断投入，变电站一体化电源系统已经慢慢的取代了传统的站用电源系统。一体化电源先进的技术、可靠的供电系统、合理的人力资源利用等优势，可以给电力企业带来更多的经济效益和社会效益。