趙榮崢,孟寶坤,李志斌

1.華北電力大學,河北保定 071003

2.天津市電力公司東麗供電分公司,天津 300010

3.天津電力設計院,天津 300200

4.天津市電力公司,天津 300010

0 引言

電力系統(tǒng)通信為電力系統(tǒng)技術提供了強有力的技術和功能支持，特別是對即將建設的智能電網來說，電力通信更是離不開的支撐和載體。而通信電源系統(tǒng)則是電力系統(tǒng)通信正常運行的能量支持，離開電源，一切高科技設備和裝置都將失去功用。雖然通信電源系統(tǒng)投資在整個電力系統(tǒng)中或者說在電力系統(tǒng)通信行業(yè)中所占的比例非常小，但它是整個電力通信網絡的關鍵基礎設施，是通信網絡上一個完整而又不可替代的獨立專業(yè)。對于電源產品來說也是最基礎的，產品技術的發(fā)展和變化速度也不同于其它通信產品，電源產品的種類繁多，包括高頻開關電源設備，半導體整流設備，直流-直流模塊電源，直流-直流變換設備，逆變電源設備，交、直流配電設備，交流穩(wěn)壓器，交流不間斷電源（UPS），鉛酸（膠體）蓄電池，發(fā)電機組，電源監(jiān)控系統(tǒng)等。

1 電力主網通信電源現狀

在電力通信網建設過程中，通過不斷積累經驗，改進設計，對于主網通信電源的設計、建設逐漸形成了一套比較統(tǒng)一的方案，即220kV變電站的配套通信電源采用雙套通信電源配置，為便于運行、維護管理，兩套通信電源分4個通信機柜安裝：1面交流配電屏、2面高頻開關電源柜（采用不同生產商產品）、1面直流配電屏（分2個分配母排）。每面開關電源屏各配置2組300AH鉛酸免維護蓄電池（單體2V），2套電源共4組蓄電池，蓄電池單獨組屏（或架式）安裝在專用通信蓄電池室。示意圖如圖1所示：

圖1 新建220kV站通信電源結構示意圖

其中交流配電屏輸入為兩路來自不同站用電盤的380V，在交流屏配置一定數量的開關數量，分別為開關電源屏和部分其他交流用電設備提供交流電源。開關電源屏的交流輸入直接從交流配電屏引入，但為來自不同站用電盤交流電源，進入開關電源屏后，2路輸入進行自互投，為整流?？焯峁┛煽康慕涣鬏斎搿Ｄ壳盁o特殊用電需求時，整流容量一般配置6x30A模塊，具體原理示意圖如圖2 所示。2面高頻開關電源屏分別為直流配電屏的2個母排提供直流電源，2個直流分配母排采用大容量手動開關連接，平時斷開，系統(tǒng)故障時可結合負荷情況閉合。

圖2 高頻開關電源原理示意圖

2 電力二級通信網通信電源現狀

近年來，在二級通信網建設過程中，也積累了一定的設計經驗，經過每年不定期的改進設計，針對110kV、35kV變電站通信設備種類較少，數量相對較少，需要的容量也不是很大的二級網通信特點，按照電力公司的規(guī)劃設計原則，一般配置1套通信電源系統(tǒng)。

電源系統(tǒng)和蓄電池安裝在一面屏中，并將通信電源屏與通信其他設備并排安裝在主控室，蓄電池不再單獨安裝于專用蓄電池室對于110kV和35kV站，高頻開關電源容量均按3x30A考慮，但110kV站配置2組100AH鉛酸閥控免維護蓄電池（單體12V），而35kV站僅配置1組100AH蓄電池（單體12V）。

二級網通信設備相對簡單、數量不多、功耗也不大，對可靠性要求也不是特別的高，因此從節(jié)約投資的角度來說，1套通信電源已經能夠滿足需要。并且目前各運行單位均安裝了通信電源在線監(jiān)測告警系統(tǒng)，能夠及時通知運維人員進行故障排除，減少因通信電源故障導致的通信電路停運，從而造成電力生產事故。

3 通信電源設計方案討論

3.1 通信電源設計原則

1）安全可靠性。通信設備對電源的基本要求就是提供不中斷而且穩(wěn)定的電源，因而在設計中首先就應考慮供電的可靠性和供電的穩(wěn)定性。除要求電源設備系統(tǒng)本身結構可靠、性能穩(wěn)定外，在設計時就要考慮系統(tǒng)檢修、擴容等可能出現的狀況，提前預留出檢修位置或接口，便于日后的運行和維護。

2）技術先進性。在保證滿足基本電源基本功能的同時，要積極采用技術先進的電源設備和供電系統(tǒng)。目前，無論是電力變壓器技術還是微電子控制技術，都在不停的向前發(fā)展，通信電源系統(tǒng)不斷小型化、集成化和智能化，在機房面積越來越緊張的今天，選用先進的、占地面積小的通信電源已經成為一種必然趨勢。

3）經濟合理。在電源工程設計中，所采用的電源設備、組成的供電系統(tǒng)和建立運行維護制度，應當高效和節(jié)約能源消耗，應能提高維護效率。設計中一般以近期為主，結合設備壽命，考慮擴容發(fā)展的可能，并切合實際，合理利用建筑、設備、器材，進行多方案經濟技術比較，努力降低工程造價和維護成本。

3.2 電力通信電源負荷發(fā)展分析

傳統(tǒng)的電力模擬通信承載的業(yè)務范圍比較窄（主要是電話、傳統(tǒng)遠動等），而通信設備一般都是交直流兩用，電源容量需要不大，對直流電源的要求也不高，加上傳統(tǒng)的蓄電池是開放性結構，日常維護中需要時常加水和酸，導致電池室空氣里酸霧較多，所以先前在設計時一般都是將蓄電池組單獨安裝在專用的蓄電池室，并相應配置排風和加溫裝置，這個階段的通信電源以相控電源為主。

現階段數字化的通信設備均采用直流電源，其承載的業(yè)務也越來越多，傳輸的容量也越來越大，對電源系統(tǒng)的要求也越來越高。首先是對電源的容量提出了更大的需求，其次由于單臺設備傳輸容量增大，承載的業(yè)務量也就增大，這就對電源的可靠性要求更高，否則設備失電丟失業(yè)務將更大。此時，通信電源也從項控電源逐步發(fā)展到智能化開關電源，蓄電池也從普通的鉛酸電池發(fā)展到閥控式密封免維護電池，并且大部分電力企業(yè)對通信電源的運行情況進行了集中監(jiān)控，減少設備失電事故的概率。

隨著智能化光纖傳輸設備、基于IP技術的路由交換機等大負荷通信設備的投入運行，使得對通信電源容量的要求進一步增大，并且變電站中部分二次設備（如光電轉換柜等）也開始使用通信的-48V直流電源。因此，通信設計時需要適當關注相關專業(yè)的需求，預留部分電源容量和開關數量。這就需要對原來變電站典型設計中的電源、蓄電池容量進行重新計算，并在通信電源運行、檢修維護上也需要適當調整。

3.3 目前供電方案（AC-DC+蓄電池）探討

目前，通信組合電源系統(tǒng)一般由五部分組成：由交流配電單元、直流配電單元、整流模塊、監(jiān)控單元和蓄電池組。而目前電力通信主網應用最多的為2套開關電源系統(tǒng)。

兩面整流屏整流電源分別獨立工作，系統(tǒng)容量也平均分配到6個30A的高頻開關整流模塊中，當出現個別整流模塊故障時，系統(tǒng)供電一般不會受到影響。故障信息也將通過監(jiān)控模塊上傳至遠端的監(jiān)控中心，并告知運行維護人員。系統(tǒng)中在2面開關電源屏中各安裝了1套交流自互投裝置，這樣每個開關電源屏所整流的交流電源已經是該變電站中最可靠的交流電源。相對于將交流自互投裝置安裝在交流配電屏中的方案，有利有弊。利是降低了因為交流配電開關或個別母排器件故障、造成2面整流開關電源同時停止工作的故障概率，也便于運行過程中對交流配電屏進行檢修、調試、擴容等操作；弊是多了一套自互投裝置，成本加大，并且交流配電屏的交流配電輸出僅來自一臺站用電盤，對一些交流負荷來說，可靠性降低。好在目前這樣的交流輸出很少，通信機房中極少出現新的通信用交流負荷，通信設備基本都統(tǒng)一到-48V直流供電。

系統(tǒng)中2面開關電源屏的直流輸出分別至直流配電屏的2個母排上，現在通信設備基本都具備雙路電源輸入功能，因此，可以從2個直流母排上分別引電源線至通信設備。為便于系統(tǒng)維護檢修，一般在直流配電屏的2個母排之間加裝一個大容量的的手動開關，正常運行時斷開，待系統(tǒng)故障或需要檢修時，人工手動合上開關，靈活運行。對于在直流部分設置自動互投裝置的供電方案由于存在不穩(wěn)定因素，一般在設計時不采用。

綜合考慮通信電源供電方案，安全可靠性較高，便于檢修維護、擴容等操作，能夠為通信設備提供安全可靠的電源。

3.4 DC-DC方案供電探討

近年來，電網基礎設施建設加速，變電站建設成本中征地費用逐年升高。為節(jié)約占地面積，減少變電站設備數量，部分地區(qū)通信電源開始與變電站操作直流系統(tǒng)共用，由于220kV及以上電壓等級變電站僅有220V操作直流電源，110kV及以下電壓等級變電站僅有110V操作直流電源，而通信直流電源采用-48V，因此，需要進行DC-DC變換。加上近年來DC-DC技術的不斷成熟，并且投資相對較小，特別是在功率不是很大的電源需求領域里，DC-DC技術更得到了廣泛的應用。但在電力系統(tǒng)通信中應用DC-DC技術也存在著一定缺點：

1）使通信電源系統(tǒng)與電力生產系統(tǒng)存在耦合、共用環(huán)節(jié)，一方的故障可能會耦合到另一方，降低了電力生產運行的可靠性?？煽啃砸彩请娏ιa中極其看重的一點，因此應該避免使用；

2）從技術層面講，DC-DC大規(guī)模的并聯，難以防止短路和失控；

3）由于脫離的蓄電池的防浪涌保護，通信設備將直接受到電源電壓波動的影響，使通信設備處于不安全的境地；

4）從電能量傳播的過程看，多進行了一次功率變換，造成能源資源的浪費。并且隨著通信設備不斷增加，通信電源系統(tǒng)的擴容也變得復雜起來，需要對整個變電站的操作直流電源整體考慮，增加了工程的復雜度，并且失去了最初節(jié)省投資的優(yōu)勢；

5）變電站操作直流電源與通信電源的接地方式不同。操作直流電源是浮地系統(tǒng)，而通信電源是正接地系統(tǒng)，維護習慣也不同，在運行、檢修工程中容易出現誤操作，導致不必要的安全事故。

3.5 其它技術方案

近年來，通信用太陽能電池電源供電系統(tǒng)在其它領域也得到一定的應用。太陽能通信電源供電系統(tǒng)一般由太陽能電池方陣、儲能裝置（蓄電池）、配電裝置組成。適合于容量不大的一些邊遠地區(qū)不通市電的通信站使用（譬如小型移動基站），可節(jié)省投資，但目前在電力通信網中暫無應用，若將來不考慮新上無線等容災、備用通信方式，太陽能通信電源供電系統(tǒng)將很難在電力系統(tǒng)變電站內使用。

在蓄電池方面，目前基本采用的都是免維護鉛酸（膠體）蓄電池，在不久的將來，隨著釩電池（Vanadium Redox Battery）和燃料電池的大規(guī)模商業(yè)應用，通信用蓄電池可能也會面臨著改革。

4 結論

電力通信在電力系統(tǒng)中的支撐作用不斷增大，電網一次系統(tǒng)對通信網的依賴也越來越大，組建一個高可靠性、高穩(wěn)定性的通信網非常重要，而通信電源則是堅強通信網的支撐。雖然目前通信電源的硬件水平不斷提高，可靠性也不斷提高，但在具體配置上存在很多方式。因此，我們在工程設計時應首先研究通信電源的新技術發(fā)展方向、通信電源的具體供電方式，進一步提高系統(tǒng)的可靠性，發(fā)揮投資的最大效益。

[1]朱雄世.通信電源設計及應用.北京:中國電力出版社,2006.

[2]余子勇,肖景輝.變電站電力通信系統(tǒng)DC-DC供電問題探討.北京:電力系統(tǒng)通信,2007,6:70-72.