电力系统通信直流电源设计探讨王伟勇，左向红，刘毅梅，王婷婷北京电力设计院，北京市宣武区广安门车站西街15号（邮编：100055）Discussion on The Design of Communication Direct Current Power Supply in Electricity PowerSystemWang Wei-yong,Zuo Xiang-hong,Liu Yi-mei,Wang Ting-tingBeijing Electric Power Design Institute,No.15 Guang An Men Xi Jie Xuan Wu District Beijing100055,chinaAbstract:Communication power supply is an important component of communication system. Being a infrastructure construction that is necessary for communication equipment working regularly, superior or inferior in communication power supply will have direct impact to communication quality and reliability of communication system, hence adequate attention should be given to the design of communication power supply in a scheme for electricity power system communication. In this paper we first briefly introduce the function of a single substation in electricity power system and the difference between communication and secondary emergency discharge time. Then analysis has been emphatically carried out on four kinds of Direct Current Supply schemes for communication equipment from aspects of technology, reliability, investment, operation and maintenance. Finally advantages and disadvantages of various kinds of Direct Current Supply have been drawn a conclusion.Key word: Direct Current Power Supply; Discharge Time; Design; Energy Utilization Rate摘要：通信电源是通信系统的重要组成部分，作为通信设备正常工作必备的基础设施，通信电源的优劣将直接影响到通信系统的通信质量和通信可靠性，故通信电源的设计在电力系统通信设计中应予以足够的重视。
文章首先简要介绍了单个变电站在电力系统中的作用及通信与二次事故放电时间的不同，然后重点从技术、可靠性、投资、运维等方面对通信设备4种直流供电方案进行了分析，比较得出各直流供电方式的优缺点。
关键词：直流电源；放电时间；设计；能源利用率0 引言电力通信网作为电网发展的基础设施，在保障电网安全、稳定、经济运行，提高电网企业信息化水平等方面发挥着越来越重要的作用。
通信电源是向通信设备不间断地提供直流电或交流电的电能源，任何通信系统的正常运行都离不开通信电源，常被誉为通信系统的“心脏”。
通信质量的高低，固然与通信系统中各种通信设备的性能、质量息息相关，但与通信电源系统供电质量的优劣也是分不开的，如果通信电源系统供电质量不符合相关技术指标的要求，将会引起电话串、杂音增大，通信质量下降，误码率增加，造成通信的延误或差错，甚至能影响通信设备的使用寿命等，从而造成严重的损失【1】。
对通信电源系统进行不断的优化设计，不但能提高通信设备供电的可靠性与安全性，且不致于通信设备的故障影响到站内保护、安全自动装置等二次设备的安全运行。
本文就电力系统通信电源的设计提出几点想法与建议。
1 单个变电站在电力系统通信中的作用对于通信专业而言，单个变电站的通信设备配置决定了其在通信网中的作用与地位，任何一个变电站的系统通信设备必须参与组网，所以单个变电站在电力系统通信中并不是一个独立的孤岛，而是作为通信网中的一个节点、迂回路径的传输节点。
只有保证了单个节点的可靠性才能保证整个通信网的完整性与健壮性。
2 事故放电时间当变电站的站用电交流电源出现事故全停，变电站内站用电检测低压侧电源失电后，变电站遥测站用电母线电压量以及站用电故障信息开关量通过通信通道传输至远方调度端或集控站。
为了保证数据的正常传输，通信专业事故放电时间不能小于电气二次专业事故放电时间。
一般，变电站通信专业事故放电时间要求至少为4h；无人值班的变电站电气二次专业事故放电时间要求至少为2h。
3 通信设备的供电方案通信设备的供电方案，首先需要满足通信设备供电的可靠性，不影响二次设备的正常运行，且尽量能节约投资，提高资源利用率，减少运行维护工作量，达到“两型一化”的要求。
下面以1座地上220kV无人值班负荷变电站为例，常规设两套二次电源系统和两套通信电源系统，由于两套电源系统物理隔离，故本文以其中的一套二次电源系统加一套通信电源系统的多种配置方案进行分析比较。
3.1设备供电方式a）第一种：设置独立的通信专用电源，且独立组屏。
通信设备由专用的通信电源供电，与二次电源系统完全独立，配置完整的交流配电单元、整流模块、直流配电单元、监控单元、蓄电池组。
通信专用电源系统与二次电源系统独立组屏，通信专业设置交流配电屏、高频开关电源、直流配电屏、蓄电池组。
通信电源原理简图如图1所示。
图1：设置独立的通信专用电源，且独立组屏b）第二种：采用DC/DC模块供电，不设置通信蓄电池。
通信专业电源系统与电气二次电源系统进行整合，通信设备由站用直流系统通过DC/DC变换后供电，不设置独立的通信蓄电池。
在该种情况下，假设蓄电池的容量按照通信专业事故放电时间为4h；电气二次专业事故放电时间为2h设置，则要求在事故放电时间到2h后，由人工手动（采用自动的情况下将增加整个二次与通信供电的可靠性，故不考虑采用自动）将二次负载从二次直流母线上断开，此种方式一方面增大了抢修人员的工作量，另一方面实际操作较困难，故考虑通信事故放电时间与二次专业保持一致，为了满足通信事故放电时间的要求，需要将蓄电池事故放电时间统一提高到至少4h。
通信专业设置DC/DC屏、直流配电屏。
原理简图如图2所示。
图2：采用DC/DC模块供电，不设置通信蓄电池c）第三种：采用DC/DC模块供电，设置独立的通信蓄电池。
部分通信专业电源系统与二次电源系统进行整合，通信设备由站用直流系统通过DC/DC变换后供电，整流模块输出设置相互独立的二次母线和通信母线，设置独立的通信蓄电池，满足二次专业事故放电时间至少2h；通信专业事故放电时间至少4h。
通信专业设置DC/DC屏、直流配电屏、蓄电池组。
原理简图如图3所示。
图3：采用DC/DC模块供电，设置独立的通信蓄电池d）第四种：设置独立的通信整流模块与母线，部分与二次电源系统整合。
通信设备由通信整流模块进行供电，配置独立的通信整流模块、直流配电单元、蓄电池组，与二次专业合用交流配电单元和监控单元。
通信专用电源系统与二次电源系统统一组屏，之间设置隔离板或其他隔离装置，减少相互影响。
通信专业设置直流配电屏、蓄电池组。
原理简图如图4所示。
图4：设置独立的通信整流模块与母线，部分与二次电源系统整合3.2四种供电方式比较3.2.1实例计算（计算部分的负荷数值为地上变电站预估值）3.2.1.1第一种供电方式二次电源系统a）直流负荷统计：不考虑通信负荷，二次直流负荷统计（DC110V）；按照双套直流考虑，以下负荷计算表为其中一套的计算数据（经常负荷按100％分配，事故照明负荷按每组60％分配，断路器合闸按每组100％分配，逆变和通信由两组蓄电池分别承担50％，断路器为非电磁机构计算），按2小时放电计算。
b）蓄电池容量选择：阀控密封铅酸蓄电池按2小时放电率计算，则Cc=1.4×184.5/0.66=392Ah。
由以上计算可知，地上220kV负荷变电站二次直流系统按照双套配置，选择单组蓄电池为400Ah可以满足要求；单套高频开关电源容量为7×20A。
●通信电源系统a）直流负荷统计：通信负荷按照 3.6kW、DC48V配置，按照双直流系统考虑，配备两组蓄电池，各承担50%负荷。
事故情况下此负荷均为连续负荷，正常情况下每套直流系统负荷电流为37.5A，按4小时放电计算。
b）蓄电池容量选择：阀控密封铅酸蓄电池按4小时放电率计算，则Cc=1.4×150/0.76=276Ah。
由以上计算可知，地上220kV负荷变电站通信用直流电源按照双套配置，选择单组蓄电池为300Ah可以满足要求；单套高频开关电源容量为5×20A。
3.2.1.2第二种供电方式●二次电源系统a）直流负荷统计：考虑通信负荷，正常情况下通信负荷由直流系统DC/DC供电，通信由两组蓄电池分别承担50％，其它负荷统计原则同第一种方案，蓄电池按4小时放电计算。
b）蓄电池容量选择：阀控密封铅酸蓄电池按4小时放电率计算，Cc=1.4×418.5/0.784=748Ah。
由以上计算可知，地上220kV负荷变电站二次直流系统按照双套配置，带通信负荷，按4小时事故放电考虑，选择单组蓄电池800Ah可以满足要求；单套高频开关电源容量为8×20A。
●通信电源部分二次和通信电源合一，单套通信用DC/DC转换模块（110V/48V 3×20A），不再另配通信专用蓄电池。
3.2.1.3第三种供电方式●二次电源系统考虑通信负荷，正常情况下通信负荷由二次配备的直流系统模块供电，事故情况单配蓄电池另供电。
按照双套直流考虑，事故情况下直流负荷统计同第一种情况，因此蓄电池容量选择同第一种情况。
但二次直流系统充电模块需考虑正常情况下通信用电需求，则高频开关模块数量为：Ijs =（1~1.25）×I10/20+Ic1/20+Ic2/20+1+1= 9（其中Ic1、Ic2为直流、通信正常负荷电流，分别按N+1配置）由以上计算可知，地上220kV变电站选择单组400Ah的蓄电池组可以满足要求；单套高频开关电源容量为9×20A。