探索电力通信设备采用交直流一体化电源系统供电的可靠性 肖术明
  摘要：针对目前新建变电站的通信设备全部采用交直流一体化电源供电的现状，本文通过对一体化DC/DC电源运行维护职能分析以及其与专用通信电源设备的性能比较，探讨了通信设备采用一体化DC/DC电源供电的可靠性并提出了应用建议。
        关键词：DC/DC电源；专用通信电源；可靠性
        随着“三集五大”体系建设的深入推进和智能电网的快速发展，电力通信网在电力生产、经营、管理中的支撑保障作用日益凸显，通信设备故障导致业务中断所造成的后果日益严重。而通信设备的安全稳定运行与通信电源供电的稳定、可靠、持续有密切的关系，一旦通信电源系统出现故障，必然对通信网造成较大影响，将严重威胁电网的安全生产运行。
        1.现状调查
        站用交直流一体化电源系统是取消通信电源的蓄电池组，将站内直流电源（以下简称操作电源）、通信变换电源（DC/DC）、不间断电源（UPS）、和逆变电源（INV）组合为一体，共享站直流电源的蓄电池组，并统一监控的成套设备。通信变换电源（以下简称一体化DC/DC电源）是将直流220V/110V输入变换为直流-48V输出的电源装置，输出特性满足通信电源的要求。
        变电站采用交直流一体化电源具有优化资源、节省运维成本和机房空间，可实现高效管理等优点。但电力系统，安全第一。因次，我们从设备和管理两方面入手，对交直流一体化电源系统的可靠性进行调查研究。
        1.1通信设备供电电源系统配置现状
        某供电公司现有110kV及以上通信站点124座，采用专用通信电源的有102站，采用一体化DC/DC电源的22站，随着新建和旧站设备改造，采用一体化DC/DC电源的比例还将大大增加。220kV变电站一体化DC/DC电源均配置双套通信电源屏和一套通信直流馈电屏，110kV及以下变电站一体化DC/DC电源仅配置一套通信电源屏。
        1.2通信电源远程监控情况
        为实现通信直流电源运行安全的可控、能控、在控，必须将无人值班站点的电源设备的运行状况全面、及时、准确地上传至有人值班的场所，做到实时监视。某供电公司目前实现了辖区内专用通信电源所有信息上传至信息通信监控室，通信调度值班员能7*24小时实时掌握专用通信电源的运行状况。但一体化DC/DC电源除220kV变电站有一个-48V的遥测量外，基本上无其它遥测、遥信量上传电网调度监控中心。110kV及以下一体化DC/DC电源无任何信息上传至任何有人值班场所。可见，一体化DC/DC电源实时运行状况处于无人、无法监控
的状态。
        国调中心《220kV变电站典型信息表（试行）》（调监〔2012〕303号）对站用电这一部分仅规定220kV变电站通信电源电压为必备监控信息外，再无其它遥测、遥信量为必须监控量。《110kV变电站典型信息表（试行）》（调监〔2013〕152号）规定110KV变电站通信电源电压为可选项，变电专业选择上传的监控信息时，仅考虑充电屏、蓄电池屏等设备的监控信息，不会考虑一体化DC/DC电源发出的遥测、遥信量。因此，造成上述一体化DC/DC电源无任何信息上传的现象。由于无统一的一体化DC/DC电源监控信息规范，每个一体化电源厂家能提供的一体化DC/DC电源监控信息各不一样。有的厂家一体化电源能发出每个DC/DC模块异常信号，而有的只能发出DC/DC模块异常的合并信号，有的能发出馈线断路器脱扣总告警信号，有的则无该信号，个别厂家的告警信息有DC/DC模块输入输出保护告警或故障，但则大多数厂家均不能提供。因此，想监控一体化DC/DC电源状况，目前，能采集的信息量也相当有限。
        2.一体化DC/DC电源与专用通信电源设备性能比较
        2.1供电方式比较
        目前，某供电公司通信设备供电电源具有两种方式：一是采用专用通信电源供电，为A
C/DC整流方式，配备一定容量的蓄电池作后备电源，两者相互独立，其中任何一路失效都不影响通信系统的运行。二是无专用通信电源，通信设备电源依靠变电站一体化直流电源系统的DC220V（或110V）变换成-48V直流来供电。变电站专用通信电源采用脉宽调制（PWM）式高频开关电源模块，其AC/DC电源模块输入交流市电经整流—滤波—方波振荡—高频变压—高频整流—滤波—取样—反馈控制，输出-DC48V。DC/DC转换模块也采用高频脉宽调制原理，实现电压转换，经过输出端的电压、电流采集反馈实现保护功能。因此，无专用通信电源设备运行安全与变电站操作电源的可靠性紧密相连，而采用专用通信电源供电的设备，通信设备安全与变电站操作电源无关。
        2.2安全性能比较
        专用通信电源供电方式下，其输出端并接的蓄电池，不但在高频开关电源故障时能无缝继续给通信设备供电，还相当于一个大电容，能抑制反向电平，还能滤除各种尖脉冲。当负载短路时，蓄电池放电可为故障回路提供短路瞬时保护动作电流，迅速跳开该分路负载空气开关，整个短路过程，其它支路负载运行不受影响，保证专用通信电源母线不失压。一体化DC/DC电源供电方式下，当负载支路出现短路或持续过载故障时，分路负载无法从蓄电池组直接获得放电电流，分路负载开关存在无法切断故障支路的风险，DC/DC变换器本身的限流
作用会使-48V母线电压出现跌落，导致所有通信设备失电。针对该问题，许多厂家采取了各种办法来解决该问题，但现在低价中标的情况下，该问题是否每个厂家都圆满解决了仍是问号，需在实际运行中检验。
        2.3蓄电池备用时间比较
        在站用交直流一体化电源系统中，自动装置、继电保护装置、通信负荷在正常情况下，全都经操作电源充电装置来提供，蓄电池处于备用状态。若全部站用交流失电时，蓄电池就会被事故照明、继电保护、通信、自动装置、调度数据网、监控等所有的直流负荷一起分享。而专用通信电源本身配置蓄电池组，该蓄电池组只为该站的通信设备提供电源。
        3.存在问题
        综上所述，推行交直流一体化电源不能仅考虑将各种专业使用的电源组合在一起，不跟上相应配套的规范和管理细则，将给通信设备安全稳定带来风险。（1）各地市供电公司运检部未明确使用站用交直流一体化电源系统后，变电和通信专业关于该设备的维护分界点，一体化DC/DC电源成为变电设备维护人员和通信设备维护人员的死角，该电源健康状况无人掌握，影响通信网络的安全运行，（2）目前，无统一的一体化DC/DC电源监控规范，各电源设备厂商设备能提供的监测量各不相同，变电专业也未将一体化DC/DC电源运行状况上传
到有人值班处，无人、无法掌握这些站点通信设备的供电电源运行情况，电源隐患无法提前发现，及早处理，通信网运行存在风险。（3）由于一体化DC/DC电源无蓄电池保护，单一支路负载过载或短路故障情况下，该馈电支路开关能否可靠跳闸从而保证其它负载不受影响有待运行中检验。（4）变电站电源配置采用典型设计，有的核心的110kV、220kV通信站点的交直流一体化电源系统的蓄电池是无法满足持续供电时间应不少于4h的规程要求的。
        4.建议解决措施
        （1）明确一体化DC/DC电源的维护主体。各地市运检部应修订《电力设备分界点及运行维护范围划分规定》，明确检修分公司是一体化DC/DC电源的运维责任单位，将该设备纳入变电站设备统一运维管理，防止管理界面不清，权责不明导致安全事件的发生。（2）对已采用一体化DC/DC电源方式供电的通信站，建议进行通信电源双重化改造时，增加一套专用通信电源，既满足双套电源相互隔离，又安全可靠。（3）制订电源监控信息规范，明确一体化DC/DC电源厂商应提供的监控采集量（例如DC/DC模块的直流输入中断、模块故障、模块直流输出电压值、直流输出电压过高/过低告警、负载熔丝断、馈线开关脱扣或位置状态等信息）。完善《变电站典型信息表（试行）》，将以上监控量纳入调度端监控信息点表中，满足有人值班场所监控人员监控需要。（4）将一体化DC/DC电源信息利用各站已有的
自动化通道上传至调度自动化系统中，通过调度自动化系统的WEB发布功能，将DC/DC模块信息完整的发布到III区WEB服务器中存储。通信调度员通过局域网使用IE浏览器可实时监视DC/DC模块运行状况和查阅模块历史数据，便于通信人员掌握通信设备的供电电源的运行状况。（5）重要的核心110kV、220kV通信站点建议采用专用通信电源。（6）把好厂家招投标关和施工验收关，仔细论证厂家的研究能力和质检水平，优先选用在国内外有成熟经验且运行状况良好的产品。
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