馮桂賢，許 立，紀(jì)錦超

（1.深圳市中電電力技術(shù)股份有限公司，陜西 西安 710000；2.西安領(lǐng)充創(chuàng)享新能源科技有限公司，陜西 西安 710000）

0 引 言

在夏季用電高峰期，多個城市及地區(qū)已出現(xiàn)因負(fù)荷過大導(dǎo)致跳閘、故障、限電或火災(zāi)等情況，嚴(yán)重影響著居民的日常生活。為了保證電力正常供應(yīng)，需要對變電站進(jìn)行擴(kuò)容改造，電力通信直流電源系統(tǒng)擴(kuò)容就是其主要內(nèi)容之一。在擴(kuò)容工作開展過程中，應(yīng)用合適的方式提升工作的安全性與穩(wěn)定性，為電力供應(yīng)工作整體質(zhì)量的提升提供有效支持。

1 電力通信直流電源系統(tǒng)擴(kuò)容原因

電力通信直流電源系統(tǒng)是一種將直流電壓提供給電力調(diào)度機(jī)構(gòu)的通信電源系統(tǒng)，在當(dāng)前的社會發(fā)展過程中，開展電力通信直流電源系統(tǒng)擴(kuò)容工作的原因主要包括以下兩個方面。一是高頻開關(guān)整流電容無法在負(fù)載供電的基礎(chǔ)上為蓄電池組提供均充電流；二是在后備時間內(nèi)蓄電池組實(shí)際工作能力無法滿足當(dāng)前工作的需要，為解決問題更換了容量更大的蓄電池組，會對高頻開關(guān)整流器的工作狀態(tài)產(chǎn)生影響，此時為了保證蓄電池組能夠繼續(xù)正常工作，則需確保整流器的總?cè)萘坎恍∮跀U(kuò)容后蓄電池組在10 h內(nèi)充電電流的總量。

在當(dāng)前高頻開關(guān)整流器擴(kuò)容過程中，較為常見的擴(kuò)容方法有兩種。

一種是將新的模塊添加到原有預(yù)留模塊安裝位置，如在將380 V/220 V交流電轉(zhuǎn)化為-48 V直流電通信電源系統(tǒng)的過程中，整流器屏柜容量為6×20 A，但實(shí)際上僅安裝了4塊容量為20 A的模塊，在后續(xù)擴(kuò)容過程中就可以通過在預(yù)留的模塊安裝處安裝兩個20 A模塊的方式實(shí)現(xiàn)整流器的有效擴(kuò)容。由于這種擴(kuò)容方法是以高頻開關(guān)整流器原有系統(tǒng)設(shè)計(jì)最大容量為基礎(chǔ)開展擴(kuò)容工作，因此一般情況下并不需要進(jìn)行復(fù)核。

另一種是在高頻開關(guān)整流器已經(jīng)沒有可擴(kuò)容空間的情況下，如果同一廠家生產(chǎn)的同品牌低容量模塊與高容量模塊尺寸并無太大差別，那么可以通過更換模塊的方式實(shí)現(xiàn)整流器的有效擴(kuò)容。例如，如果整流器屏柜容量為6×20 A，并且已經(jīng)安裝了6個20 A的模塊，那么在后續(xù)擴(kuò)容過程中可以用同尺寸的30 A模塊代替原有20 A模塊，從而實(shí)現(xiàn)整流器容量的有效擴(kuò)充。需要注意的是，在實(shí)際擴(kuò)容過程中即便使用同一廠家、同一品牌的高容量模塊替代低容量模塊，仍然存在一定的風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)，需要對直流配電輸出熔絲與開關(guān)的容量、蓄電池輸出熔絲的容量與輸出導(dǎo)線的線徑、交流輸入開關(guān)與導(dǎo)線、直流輸出導(dǎo)線等部分進(jìn)行復(fù)核計(jì)算，以切實(shí)保證整流器繼續(xù)正常工作[1]。

2 變電站電力通信直流電源系統(tǒng)應(yīng)用現(xiàn)狀

在變電站的日常供電過程中，直流電源系統(tǒng)能夠?yàn)樾盘柨刂啤⒗^電保護(hù)等裝置提供穩(wěn)定的直流電。當(dāng)變電站內(nèi)出現(xiàn)交流電源事故時，也可以為事故照明、交流電源提供電力支援，保證變電站繼續(xù)安全運(yùn)轉(zhuǎn)。但受當(dāng)前各領(lǐng)域用電量均在不斷增長的影響，變電站電力通信直流電源系統(tǒng)正常運(yùn)轉(zhuǎn)過程中的電池、開關(guān)、支路等部分都可能出現(xiàn)問題，進(jìn)而給變電站供電安全性、穩(wěn)定性造成一定影響。

2.1 長期高負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)

現(xiàn)階段，變電站電力通信直流電源系統(tǒng)一般由市電電源、備用發(fā)電機(jī)機(jī)組共同組成。以電力通信電源技術(shù)要求為基礎(chǔ)，在當(dāng)前變電站運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，為了切實(shí)提高通信直流電源的安全性與可靠性，將系統(tǒng)的構(gòu)成方式設(shè)置為“兩路市電、一路油機(jī)”。對變電站電力通信直流電源系統(tǒng)的實(shí)際布置情況進(jìn)行調(diào)查分析后可以發(fā)現(xiàn)，當(dāng)前仍有較多變電站在配置直流電源系統(tǒng)的過程中存在著配置并未遵循規(guī)范要求的問題，系統(tǒng)工作時的負(fù)荷偏高，長期運(yùn)轉(zhuǎn)過程中系統(tǒng)工作狀態(tài)較差影響供電安全性。具體來說，由于在變電站建設(shè)初期很少有城市擁有獨(dú)立建設(shè)電網(wǎng)的條件，并且第二路市電引入線路過長、建設(shè)成本過高，因此在落實(shí)“兩路市電、一路油機(jī)”模式的過程中，盡管施工人員以設(shè)計(jì)方案為基礎(chǔ)開展了多路直流電源的施工建設(shè)工作，但是在后續(xù)變電站工作過程中未曾補(bǔ)充油機(jī)，導(dǎo)致變電站在不停歇的運(yùn)轉(zhuǎn)過程中出現(xiàn)了嚴(yán)重的安全隱患。此外，隨著電網(wǎng)系統(tǒng)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，當(dāng)前人們的用電需求已經(jīng)遠(yuǎn)超變電站原有設(shè)備油機(jī)容量、通信設(shè)備負(fù)荷，租用、購買電力通信設(shè)備的情況不斷增加?？紤]到上述設(shè)備在使用過程中需要依托已經(jīng)建成的配電系統(tǒng)，原有配電系統(tǒng)負(fù)荷率會大幅上漲，并且部分變電站的季節(jié)性負(fù)荷將會達(dá)到甚至超過變壓器的額定容量，進(jìn)而對變電站工作安全性造成嚴(yán)重影響[2]。

2.2 直流電源配電分級開關(guān)不匹配

在開展變電站電力通信直流電源系統(tǒng)設(shè)計(jì)時，受大部分電力通信業(yè)務(wù)并不能一次完工的影響，電力負(fù)荷不斷增加，新增負(fù)荷將會影響原有直流電源的工作狀態(tài)。具體來說，當(dāng)前的電網(wǎng)系統(tǒng)中通信設(shè)備的用電負(fù)荷相對較高，考慮到在實(shí)際應(yīng)用過程中變電站配電室方面的供電形式呈放射性，但新增的直流電源系統(tǒng)交流電路主要引自各自樓層的配電柜，避免變壓器的二次側(cè)與用電設(shè)備間的低壓配電級數(shù)超過4級就成一項(xiàng)極為必要的工作。自樓層的配電柜在為不間斷電源、直流電源系統(tǒng)供電時，用電設(shè)備的配電級數(shù)上漲不可避免，并且級數(shù)將會逐漸大于4級，這一情況的出現(xiàn)必然會導(dǎo)致每段用電設(shè)備用電分級過高、故障點(diǎn)數(shù)量增加。此外，對直流電源系統(tǒng)的工作現(xiàn)狀進(jìn)行調(diào)查后可以發(fā)現(xiàn)，部分中配電系統(tǒng)上下級開關(guān)并不具備選擇性動作行為，在這種情況下為了避免因電路故障的出現(xiàn)導(dǎo)致故障電路直接斷開，應(yīng)當(dāng)依據(jù)不同的故障類型、變電站實(shí)際情況等信息為低壓配電線路配備短路保護(hù)或接地保護(hù)裝置，從而達(dá)到保證電路正常供電的目的。

3 電力通信直流電源系統(tǒng)擴(kuò)容安全性提升策略

3.1 規(guī)劃直流電源系統(tǒng)各級負(fù)荷

為了切實(shí)提高變電站電力通信直流電源系統(tǒng)擴(kuò)容工作的安全性，在切實(shí)了解系統(tǒng)新增末端負(fù)荷前，可以先合理規(guī)劃系統(tǒng)內(nèi)部的各級負(fù)荷。具體來說，考慮到系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)與擴(kuò)容工作的安全性之間存在直接聯(lián)系，為了切實(shí)提升各級負(fù)荷規(guī)劃工作的質(zhì)量，在規(guī)劃工作開展前需要切實(shí)了解系統(tǒng)與不間斷電源的實(shí)際運(yùn)轉(zhuǎn)狀況，然后開展系統(tǒng)內(nèi)油機(jī)容量的計(jì)算工作。由于系統(tǒng)油機(jī)容量在實(shí)際應(yīng)用過程中可能會受到各種因素的影響，因此在核算過程中無法直接通過比較設(shè)備負(fù)荷、額定功率的方式得到油機(jī)容量，而是需要對不間斷電源產(chǎn)生的諧波、變電站機(jī)房啟動電流等信息進(jìn)行綜合考量。一般情況下，變電站電力通信直流系統(tǒng)在運(yùn)行過程中的運(yùn)行負(fù)荷功率小于55%時能夠安全運(yùn)行，但當(dāng)前運(yùn)行負(fù)荷功率高于55%，說明設(shè)備原有容量無法滿足當(dāng)前系統(tǒng)的工作需求，需要對其進(jìn)行擴(kuò)容處理。在此過程中，應(yīng)當(dāng)提升系統(tǒng)擴(kuò)容工作的統(tǒng)一性[3]。

3.2 選擇直流電源系統(tǒng)保護(hù)開關(guān)

現(xiàn)階段，電力通信直流電源系統(tǒng)保護(hù)電器主要包括熔斷器與斷路器，在實(shí)際應(yīng)用過程中為了切實(shí)提升系統(tǒng)擴(kuò)容工作的安全性，應(yīng)當(dāng)以實(shí)際功能為基礎(chǔ)選擇合適的保護(hù)電器。保護(hù)電器的對比如表1所示。

表1 保護(hù)電器的對比

具體來說，在當(dāng)前的變電站電力通信直流電源系統(tǒng)擴(kuò)容過程中，可以依據(jù)系統(tǒng)的實(shí)際工作情況選擇合適的保護(hù)電器。例如，在系統(tǒng)擴(kuò)容過程中，如果直流電源的系統(tǒng)電流較大、油機(jī)容量較大，那么在選擇保護(hù)電器時可以選擇熔斷器；如果系統(tǒng)出現(xiàn)了過載、短路等問題，那么在選擇保護(hù)電器時可以選擇斷路器。

在選擇末端保護(hù)開關(guān)的過程中應(yīng)保證開關(guān)同時具備斷電功能，即當(dāng)與系統(tǒng)連接的用電設(shè)備無法正常工作時，末端保護(hù)開關(guān)可以立即使電路處于斷路狀態(tài)下。同時，變電站機(jī)房內(nèi)配備的電平保護(hù)開關(guān)也是一種末端保護(hù)開關(guān)，由于在實(shí)際應(yīng)用過程中末端保護(hù)開關(guān)并不需要具備遠(yuǎn)程遙控功能，因此在設(shè)計(jì)系統(tǒng)配電柜時可以選用熔斷器作為保護(hù)電器[4]。

3.3 合理配置系統(tǒng)直流后備電源

為了切實(shí)提高變電站通信直流電源系統(tǒng)擴(kuò)容工作的安全性，可以在合理減小蓄電池容量的同時配置直流后備電源，提高供電的可靠性。相關(guān)規(guī)范指出，一類城市的放電時長為0.3～1.0 h，二類城市放電時長為0.5～1.2 h，三類城市的放電時長為1.5～2.5 h，四類城市的放電時長為2～3 h。直流電源系統(tǒng)中，蓄電池組儲能設(shè)備容量大小與直流負(fù)荷、備用時間之間存在著直接的聯(lián)系。在計(jì)算高頻開關(guān)電源時，可以按照n+1冗余的方式確定負(fù)荷規(guī)劃。此外，在開展擴(kuò)容工作時還需要明確直流電源系統(tǒng)分散供電的特點(diǎn)，以便選擇更加合適的后備時間，放電時間一般控制在1.5 h 以內(nèi)[5]。

4 變電站通信直流電源系統(tǒng)擴(kuò)容方案分析

某變電站配置了兩臺容量均為8×20 A的高頻開關(guān)整流器，包括雙母線直流配電屏、兩組500 Ah的閥控鉛酸蓄電池組。在變電站通信設(shè)備不斷增加的背景下，該變電站的用電負(fù)荷也在逐年增加。由于現(xiàn)有整流器容量無法滿足-48 V用電總負(fù)荷與蓄電池組均充電流共205.8 A的要求，因此需要對系統(tǒng)進(jìn)行擴(kuò)容或更換。將8個20 A模塊更換為30 A模塊，整流器的容量將會增至240 A，可以滿足系統(tǒng)的實(shí)際工作需要[6]。需要注意的是，在擴(kuò)容過程中還需要通過對整流器直流輸出熔絲、整流器交流輸出開關(guān)進(jìn)行計(jì)算設(shè)計(jì)的方式切實(shí)保證系統(tǒng)的整體運(yùn)轉(zhuǎn)安全。

5 結(jié) 論

在電力通信系統(tǒng)發(fā)展過程中，通信設(shè)備的數(shù)量與功耗都不斷增加，為了實(shí)現(xiàn)老舊站點(diǎn)通信電源的有效優(yōu)化與改進(jìn)，可以在明確原有整流柜實(shí)際情況的基礎(chǔ)上應(yīng)用合適的通信直流電源系統(tǒng)擴(kuò)容方案，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的有效擴(kuò)容。