電力專用通信DC/DC出現(xiàn)饋線短路問(wèn)題的分析研究
2014-10-15 19:29:59李俊浩
中國(guó)新通信 2014年17期
李俊浩
【摘要】 本文主要探討當(dāng)發(fā)生DC/DC饋線短路故障時(shí)如果因?yàn)樽陨矶搪繁Ｗo(hù)系統(tǒng)故障而導(dǎo)致不能可靠跳閘的饋線開(kāi)關(guān)問(wèn)題，DC/DC電力專用通信操作直接掛于電源直流母線上的問(wèn)題，并且通過(guò)試驗(yàn)驗(yàn)證了這個(gè)問(wèn)題發(fā)生的原理，以及在DC/DC輸出母線并聯(lián)適當(dāng)電解電容解決此問(wèn)題的有效性。
【關(guān)鍵詞】 電力專用通信DC/DC 饋線短路 操作電源直流母線
一、引言
1.1電力專用通信由來(lái)
近年來(lái)，電力系統(tǒng)專業(yè)化管理發(fā)展得越來(lái)越快，通信電源單獨(dú)配置蓄電池組，是否改為充電設(shè)備技術(shù)模式，采用電力專用DC/DC直接掛于操作電源取得通信電源模式，這些電源模式使得它越來(lái)越成為技術(shù)討論的重點(diǎn)和焦點(diǎn)。
采用隱居考察的110KV變電站這種運(yùn)行模式已經(jīng)成功運(yùn)行了十年之久，而實(shí)際上直接掛于操作電源采用的電力專用DC/DC而取得通信電源并非新生事物，操作電通信電源的電源通信的紋波系數(shù)、精度穩(wěn)壓、電池組的源蓄選擇容量等問(wèn)題均有較好的解決，當(dāng)今的主要問(wèn)題是在：怎樣來(lái)保證在DC/DC短路安全保護(hù)的情況下，當(dāng)DC/DC專用模塊電力通信一條饋線支路發(fā)生短路故障時(shí)，同樣不會(huì)影響通信電源的正常供電和系統(tǒng)的正常運(yùn)行，同時(shí)，饋線故障支路開(kāi)關(guān)能切除故障可靠跳閘。
1.2提出的問(wèn)題
圖1通信傳統(tǒng)電源連接方式饋線短路示意圖，圖2 DC/DC直流掛于母線的饋線短路示意圖。
問(wèn)題的理論依據(jù)：當(dāng)短路問(wèn)題發(fā)生在饋線上時(shí)，就會(huì)存在線開(kāi)關(guān)的短路跳閘時(shí)間和DC/DC保護(hù)短路時(shí)間與反饋匹配等問(wèn)題，如果短路保護(hù)DC/DC先于跳閘動(dòng)作饋線開(kāi)關(guān)短路，DC/DC則掛于直流母線的直接方式，因此DC/DC短路保護(hù)不會(huì)再有電流的輸出，就會(huì)導(dǎo)致短路故障饋線支路不能被切除，從而使一個(gè)饋線支路的短路故障影響整個(gè)母線的供電系統(tǒng)，使饋線開(kāi)關(guān)不能短路跳閘，DC/DC長(zhǎng)期保持短路保護(hù)的狀態(tài)。相反在傳統(tǒng)的通信電源接線的方式中，同樣是存在短路的保護(hù)問(wèn)題， AC/DC與DC/DC一樣，他們的不同是，是由蓄電池提供短路電流進(jìn)行系統(tǒng)運(yùn)作，當(dāng)AC/DC進(jìn)行短路保護(hù)時(shí)，使饋線開(kāi)關(guān)進(jìn)行短路保護(hù)動(dòng)作，由于蓄電池組是直接掛在通信電源的輸出母線上，所以是不存在時(shí)間配合的問(wèn)題。（圖2）
二、解決問(wèn)題的理論分析
2.1解決問(wèn)題的難點(diǎn)
解決問(wèn)題的難點(diǎn)主要在于DC/DC為保護(hù)功率的器件，而饋線開(kāi)關(guān)脫扣的曲線是一定的，短路保護(hù)保護(hù)時(shí)間不能延長(zhǎng)，一般是采用硬件保護(hù)的方式來(lái)進(jìn)行保護(hù)工作。而目前DC/DC保護(hù)短路采用的硬件比較的方式，保護(hù)時(shí)間非常短，這也是解決問(wèn)題的主要難點(diǎn)和重點(diǎn)。
2.2解決方法的理論分析
在饋線支路短路引起DC/DC模塊短路保護(hù)時(shí)，應(yīng)該及時(shí)提供電流故障保證開(kāi)關(guān)微斷可靠跳閘，應(yīng)替代傳統(tǒng)設(shè)計(jì)中的蓄電池組找到其他簡(jiǎn)便可行的辦法，從而便于達(dá)到去除故障的目的。有下面這些方法可以進(jìn)行分析：
1、利用操作直流電源抽頭提供故障電流：這個(gè)方法涉及如何遠(yuǎn)離的問(wèn)題，直流操作電源與48V通信電源是分屬不同的接地系統(tǒng)，另外還要充分考慮直流電源抽頭從操作來(lái)故障電流提供是否會(huì)影響到直流電源操作的運(yùn)行，難于把握，這個(gè)方法無(wú)法實(shí)施。
2、修改DC/DC版塊的計(jì)劃：這個(gè)方法涉及開(kāi)關(guān)各種饋線匹配問(wèn)題和固定設(shè)計(jì)如何設(shè)計(jì)問(wèn)題，同時(shí)過(guò)長(zhǎng)的短路保護(hù)時(shí)間可能會(huì)對(duì)功率的器件造成較大危險(xiǎn)。此方法不可行。
3、提供故障電流利用儲(chǔ)存的電荷放電，并聯(lián)適當(dāng)電解電容：這個(gè)方法所涉及的電解電容只需>63V即可，不需太高的耐壓；同時(shí)易安裝實(shí)現(xiàn)，電解電容成本低。需要驗(yàn)證饋線開(kāi)關(guān)短路能否可靠脫扣，并且利用適當(dāng)電解電容，微斷開(kāi)關(guān)脫扣過(guò)程電壓電流波形是否滿足要求，DC/DC模塊上電時(shí)是否有沖擊的現(xiàn)象，及如何正確選取合適的電容電解容量。
三、關(guān)于通信用饋線短路DC/DC的試驗(yàn)，具體試驗(yàn)情況如下
3.1試驗(yàn)?zāi)康?/p>
電力驗(yàn)證通信專用DC/DC，并了解其過(guò)程的作用，短路饋線支路故障存在脫扣開(kāi)關(guān)短路問(wèn)題；驗(yàn)證并聯(lián)適當(dāng)在48V通信母線上的電解電容，正確解決問(wèn)題的可行性。
3.2試驗(yàn)步驟
實(shí)驗(yàn)一、需要選用的模塊有輸出端短路和艾默生HD4825-3QF3。驗(yàn)證DC/DC電源通信饋線短路時(shí)是否存在開(kāi)關(guān)脫扣時(shí)間配合問(wèn)題和模塊短路保護(hù)的問(wèn)題。
結(jié)果試驗(yàn)表明：并非饋線開(kāi)關(guān)在所有情況下都不能脫扣，但是確實(shí)存在通信電力DC/DC開(kāi)關(guān)不能饋線短路支路可靠脫扣的問(wèn)題。
實(shí)驗(yàn)二、模塊保護(hù)通信過(guò)程中電源饋線短路過(guò)程及開(kāi)關(guān)脫扣的原因：CH1示波器監(jiān)測(cè)DC/DC模塊功率器件MOS及電壓波形驅(qū)動(dòng)回路，使用分別檢測(cè)了CH2母線電壓/電流饋線短路波形。
實(shí)驗(yàn)如下所述：
C6A的饋線開(kāi)關(guān)
上面的波形是管驅(qū)動(dòng)MOS電壓波形
下面的波形是DC/DC輸出短路饋線電壓波形
C6A饋線開(kāi)關(guān)
上面波形是管驅(qū)動(dòng)MOS的電壓波形
下面波形是輸出短路饋線短路DC/DC的電流波形
綜上所述可以看出：在饋線支路發(fā)生MOS功率管短路金屬性時(shí)，可以較快的進(jìn)入到保護(hù)的狀態(tài)。根據(jù)數(shù)據(jù)實(shí)驗(yàn)可以得出，進(jìn)入保護(hù)狀態(tài)MOS功率管時(shí)間小于1Ms。以此來(lái)說(shuō)，支持故障電流有時(shí)饋線開(kāi)關(guān)脫扣的，并非由功率管DC/DC導(dǎo)通后來(lái)進(jìn)行提供。經(jīng)驗(yàn)證故障電流為DC/DC并聯(lián)的輸出端提供了電解電容饋線開(kāi)關(guān)脫扣。
綜上結(jié)果所述：母線只要在足夠容量上并聯(lián)電容電解就能保證：在發(fā)生金屬性短路的饋線支路上，DC/DC保護(hù)短路后，電解電容由并聯(lián)的提供足夠的電流故障就能保證饋線開(kāi)關(guān)可靠脫扣。
實(shí)驗(yàn)三、證明在輸出母線DC/DC上并聯(lián)電解電容是否足夠能保證可靠開(kāi)關(guān)脫扣。
3.2.1選擇電解電容的方法
確定最大故障電流的饋線短路，實(shí)驗(yàn)表明，在進(jìn)行實(shí)際操作的時(shí)候，最大饋線短路電流故障在于能否阻抗參數(shù)及金屬性饋線短路時(shí)回路短路。使用測(cè)阻精密抗儀器方便地測(cè)得，可以對(duì)各饋線支路通過(guò)饋線開(kāi)關(guān)合閘的情況，在出端金屬性短路饋線開(kāi)關(guān)輸?shù)臅r(shí)候。從而計(jì)算出最大的出饋線路短路故障。根據(jù)電源通信標(biāo)準(zhǔn)，確定電壓母線最大允許壓降值，母線可算出最大電壓允許壓降值。
計(jì)算電解電容最大放電量，根據(jù)計(jì)算出的最大時(shí)間進(jìn)行饋線短路選擇維持開(kāi)關(guān)脫扣，故障最大電流對(duì)照開(kāi)關(guān)脫扣曲線Idmax，選擇為1.2，并且來(lái)乘以可靠的系數(shù)，則電解電容最大放電量為⊿Q=Idmax*Ttz，得到電解電容最大放電時(shí)間Ttz，。根據(jù)上述實(shí)驗(yàn)結(jié)果：對(duì)于DC/DC通信饋線回路，只要開(kāi)關(guān)電流額定小于20A，就可以保證金屬性饋線支路短路下可靠脫扣饋線開(kāi)關(guān)，在并聯(lián)母線上大于0.141F，63V電容電解，并且要保證在通信電源要求范圍內(nèi)下降電壓范圍。
實(shí)驗(yàn)四、DC/DC驗(yàn)證是否能無(wú)沖擊下開(kāi)機(jī)，在輸出母線DC/DC上足夠并聯(lián)電容電解下，由于電流最大開(kāi)機(jī)不會(huì)大于電流的額定功率，開(kāi)機(jī)時(shí)DC/DC均有限流開(kāi)機(jī)功能。根據(jù)上述實(shí)驗(yàn)結(jié)果：無(wú)沖擊開(kāi)機(jī)DC/DC能在DC/DC輸出母線上足夠并聯(lián)電容電解下進(jìn)行。
四、結(jié)束語(yǔ)
應(yīng)加以重視技術(shù)研究層面，短路脫扣饋線開(kāi)關(guān)匹配時(shí)間但DC/DC掛于直流母線存在的屬于小機(jī)率問(wèn)題發(fā)生問(wèn)題，積極研究解決這個(gè)問(wèn)題的辦法。在研究這些解決方法的同時(shí)，是簡(jiǎn)單易行在48V母線上并接足夠容量的電解電容器的辦法。
參 考 文 獻(xiàn)
[1]中華人民共和國(guó)電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)DL/T5044-2004電力工程直流系統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)程
[2]中華人民共和國(guó)電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)DL/T459-2000電力系統(tǒng)直流電源柜訂貨技術(shù)條件
[3]中華人民共和國(guó)電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)YD/T731-2002通信用高頻開(kāi)關(guān)整流器
【摘要】 本文主要探討當(dāng)發(fā)生DC/DC饋線短路故障時(shí)如果因?yàn)樽陨矶搪繁Ｗo(hù)系統(tǒng)故障而導(dǎo)致不能可靠跳閘的饋線開(kāi)關(guān)問(wèn)題，DC/DC電力專用通信操作直接掛于電源直流母線上的問(wèn)題，并且通過(guò)試驗(yàn)驗(yàn)證了這個(gè)問(wèn)題發(fā)生的原理，以及在DC/DC輸出母線并聯(lián)適當(dāng)電解電容解決此問(wèn)題的有效性。
【關(guān)鍵詞】 電力專用通信DC/DC 饋線短路 操作電源直流母線
一、引言
1.1電力專用通信由來(lái)
近年來(lái)，電力系統(tǒng)專業(yè)化管理發(fā)展得越來(lái)越快，通信電源單獨(dú)配置蓄電池組，是否改為充電設(shè)備技術(shù)模式，采用電力專用DC/DC直接掛于操作電源取得通信電源模式，這些電源模式使得它越來(lái)越成為技術(shù)討論的重點(diǎn)和焦點(diǎn)。
采用隱居考察的110KV變電站這種運(yùn)行模式已經(jīng)成功運(yùn)行了十年之久，而實(shí)際上直接掛于操作電源采用的電力專用DC/DC而取得通信電源并非新生事物，操作電通信電源的電源通信的紋波系數(shù)、精度穩(wěn)壓、電池組的源蓄選擇容量等問(wèn)題均有較好的解決，當(dāng)今的主要問(wèn)題是在：怎樣來(lái)保證在DC/DC短路安全保護(hù)的情況下，當(dāng)DC/DC專用模塊電力通信一條饋線支路發(fā)生短路故障時(shí)，同樣不會(huì)影響通信電源的正常供電和系統(tǒng)的正常運(yùn)行，同時(shí)，饋線故障支路開(kāi)關(guān)能切除故障可靠跳閘。
1.2提出的問(wèn)題
圖1通信傳統(tǒng)電源連接方式饋線短路示意圖，圖2 DC/DC直流掛于母線的饋線短路示意圖。
問(wèn)題的理論依據(jù)：當(dāng)短路問(wèn)題發(fā)生在饋線上時(shí)，就會(huì)存在線開(kāi)關(guān)的短路跳閘時(shí)間和DC/DC保護(hù)短路時(shí)間與反饋匹配等問(wèn)題，如果短路保護(hù)DC/DC先于跳閘動(dòng)作饋線開(kāi)關(guān)短路，DC/DC則掛于直流母線的直接方式，因此DC/DC短路保護(hù)不會(huì)再有電流的輸出，就會(huì)導(dǎo)致短路故障饋線支路不能被切除，從而使一個(gè)饋線支路的短路故障影響整個(gè)母線的供電系統(tǒng)，使饋線開(kāi)關(guān)不能短路跳閘，DC/DC長(zhǎng)期保持短路保護(hù)的狀態(tài)。相反在傳統(tǒng)的通信電源接線的方式中，同樣是存在短路的保護(hù)問(wèn)題， AC/DC與DC/DC一樣，他們的不同是，是由蓄電池提供短路電流進(jìn)行系統(tǒng)運(yùn)作，當(dāng)AC/DC進(jìn)行短路保護(hù)時(shí)，使饋線開(kāi)關(guān)進(jìn)行短路保護(hù)動(dòng)作，由于蓄電池組是直接掛在通信電源的輸出母線上，所以是不存在時(shí)間配合的問(wèn)題。（圖2）
二、解決問(wèn)題的理論分析
2.1解決問(wèn)題的難點(diǎn)
解決問(wèn)題的難點(diǎn)主要在于DC/DC為保護(hù)功率的器件，而饋線開(kāi)關(guān)脫扣的曲線是一定的，短路保護(hù)保護(hù)時(shí)間不能延長(zhǎng)，一般是采用硬件保護(hù)的方式來(lái)進(jìn)行保護(hù)工作。而目前DC/DC保護(hù)短路采用的硬件比較的方式，保護(hù)時(shí)間非常短，這也是解決問(wèn)題的主要難點(diǎn)和重點(diǎn)。
2.2解決方法的理論分析
在饋線支路短路引起DC/DC模塊短路保護(hù)時(shí)，應(yīng)該及時(shí)提供電流故障保證開(kāi)關(guān)微斷可靠跳閘，應(yīng)替代傳統(tǒng)設(shè)計(jì)中的蓄電池組找到其他簡(jiǎn)便可行的辦法，從而便于達(dá)到去除故障的目的。有下面這些方法可以進(jìn)行分析：
1、利用操作直流電源抽頭提供故障電流：這個(gè)方法涉及如何遠(yuǎn)離的問(wèn)題，直流操作電源與48V通信電源是分屬不同的接地系統(tǒng)，另外還要充分考慮直流電源抽頭從操作來(lái)故障電流提供是否會(huì)影響到直流電源操作的運(yùn)行，難于把握，這個(gè)方法無(wú)法實(shí)施。
2、修改DC/DC版塊的計(jì)劃：這個(gè)方法涉及開(kāi)關(guān)各種饋線匹配問(wèn)題和固定設(shè)計(jì)如何設(shè)計(jì)問(wèn)題，同時(shí)過(guò)長(zhǎng)的短路保護(hù)時(shí)間可能會(huì)對(duì)功率的器件造成較大危險(xiǎn)。此方法不可行。
3、提供故障電流利用儲(chǔ)存的電荷放電，并聯(lián)適當(dāng)電解電容：這個(gè)方法所涉及的電解電容只需>63V即可，不需太高的耐壓；同時(shí)易安裝實(shí)現(xiàn)，電解電容成本低。需要驗(yàn)證饋線開(kāi)關(guān)短路能否可靠脫扣，并且利用適當(dāng)電解電容，微斷開(kāi)關(guān)脫扣過(guò)程電壓電流波形是否滿足要求，DC/DC模塊上電時(shí)是否有沖擊的現(xiàn)象，及如何正確選取合適的電容電解容量。
三、關(guān)于通信用饋線短路DC/DC的試驗(yàn)，具體試驗(yàn)情況如下
3.1試驗(yàn)?zāi)康?/p>
電力驗(yàn)證通信專用DC/DC，并了解其過(guò)程的作用，短路饋線支路故障存在脫扣開(kāi)關(guān)短路問(wèn)題；驗(yàn)證并聯(lián)適當(dāng)在48V通信母線上的電解電容，正確解決問(wèn)題的可行性。
3.2試驗(yàn)步驟
實(shí)驗(yàn)一、需要選用的模塊有輸出端短路和艾默生HD4825-3QF3。驗(yàn)證DC/DC電源通信饋線短路時(shí)是否存在開(kāi)關(guān)脫扣時(shí)間配合問(wèn)題和模塊短路保護(hù)的問(wèn)題。
結(jié)果試驗(yàn)表明：并非饋線開(kāi)關(guān)在所有情況下都不能脫扣，但是確實(shí)存在通信電力DC/DC開(kāi)關(guān)不能饋線短路支路可靠脫扣的問(wèn)題。
實(shí)驗(yàn)二、模塊保護(hù)通信過(guò)程中電源饋線短路過(guò)程及開(kāi)關(guān)脫扣的原因：CH1示波器監(jiān)測(cè)DC/DC模塊功率器件MOS及電壓波形驅(qū)動(dòng)回路，使用分別檢測(cè)了CH2母線電壓/電流饋線短路波形。
實(shí)驗(yàn)如下所述：
C6A的饋線開(kāi)關(guān)
上面的波形是管驅(qū)動(dòng)MOS電壓波形
下面的波形是DC/DC輸出短路饋線電壓波形
C6A饋線開(kāi)關(guān)
上面波形是管驅(qū)動(dòng)MOS的電壓波形
下面波形是輸出短路饋線短路DC/DC的電流波形
綜上所述可以看出：在饋線支路發(fā)生MOS功率管短路金屬性時(shí)，可以較快的進(jìn)入到保護(hù)的狀態(tài)。根據(jù)數(shù)據(jù)實(shí)驗(yàn)可以得出，進(jìn)入保護(hù)狀態(tài)MOS功率管時(shí)間小于1Ms。以此來(lái)說(shuō)，支持故障電流有時(shí)饋線開(kāi)關(guān)脫扣的，并非由功率管DC/DC導(dǎo)通后來(lái)進(jìn)行提供。經(jīng)驗(yàn)證故障電流為DC/DC并聯(lián)的輸出端提供了電解電容饋線開(kāi)關(guān)脫扣。
綜上結(jié)果所述：母線只要在足夠容量上并聯(lián)電容電解就能保證：在發(fā)生金屬性短路的饋線支路上，DC/DC保護(hù)短路后，電解電容由并聯(lián)的提供足夠的電流故障就能保證饋線開(kāi)關(guān)可靠脫扣。
實(shí)驗(yàn)三、證明在輸出母線DC/DC上并聯(lián)電解電容是否足夠能保證可靠開(kāi)關(guān)脫扣。
3.2.1選擇電解電容的方法
確定最大故障電流的饋線短路，實(shí)驗(yàn)表明，在進(jìn)行實(shí)際操作的時(shí)候，最大饋線短路電流故障在于能否阻抗參數(shù)及金屬性饋線短路時(shí)回路短路。使用測(cè)阻精密抗儀器方便地測(cè)得，可以對(duì)各饋線支路通過(guò)饋線開(kāi)關(guān)合閘的情況，在出端金屬性短路饋線開(kāi)關(guān)輸?shù)臅r(shí)候。從而計(jì)算出最大的出饋線路短路故障。根據(jù)電源通信標(biāo)準(zhǔn)，確定電壓母線最大允許壓降值，母線可算出最大電壓允許壓降值。
計(jì)算電解電容最大放電量，根據(jù)計(jì)算出的最大時(shí)間進(jìn)行饋線短路選擇維持開(kāi)關(guān)脫扣，故障最大電流對(duì)照開(kāi)關(guān)脫扣曲線Idmax，選擇為1.2，并且來(lái)乘以可靠的系數(shù)，則電解電容最大放電量為⊿Q=Idmax*Ttz，得到電解電容最大放電時(shí)間Ttz，。根據(jù)上述實(shí)驗(yàn)結(jié)果：對(duì)于DC/DC通信饋線回路，只要開(kāi)關(guān)電流額定小于20A，就可以保證金屬性饋線支路短路下可靠脫扣饋線開(kāi)關(guān)，在并聯(lián)母線上大于0.141F，63V電容電解，并且要保證在通信電源要求范圍內(nèi)下降電壓范圍。
實(shí)驗(yàn)四、DC/DC驗(yàn)證是否能無(wú)沖擊下開(kāi)機(jī)，在輸出母線DC/DC上足夠并聯(lián)電容電解下，由于電流最大開(kāi)機(jī)不會(huì)大于電流的額定功率，開(kāi)機(jī)時(shí)DC/DC均有限流開(kāi)機(jī)功能。根據(jù)上述實(shí)驗(yàn)結(jié)果：無(wú)沖擊開(kāi)機(jī)DC/DC能在DC/DC輸出母線上足夠并聯(lián)電容電解下進(jìn)行。
四、結(jié)束語(yǔ)
應(yīng)加以重視技術(shù)研究層面，短路脫扣饋線開(kāi)關(guān)匹配時(shí)間但DC/DC掛于直流母線存在的屬于小機(jī)率問(wèn)題發(fā)生問(wèn)題，積極研究解決這個(gè)問(wèn)題的辦法。在研究這些解決方法的同時(shí)，是簡(jiǎn)單易行在48V母線上并接足夠容量的電解電容器的辦法。
參 考 文 獻(xiàn)
[1]中華人民共和國(guó)電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)DL/T5044-2004電力工程直流系統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)程
[2]中華人民共和國(guó)電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)DL/T459-2000電力系統(tǒng)直流電源柜訂貨技術(shù)條件
[3]中華人民共和國(guó)電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)YD/T731-2002通信用高頻開(kāi)關(guān)整流器
【摘要】 本文主要探討當(dāng)發(fā)生DC/DC饋線短路故障時(shí)如果因?yàn)樽陨矶搪繁Ｗo(hù)系統(tǒng)故障而導(dǎo)致不能可靠跳閘的饋線開(kāi)關(guān)問(wèn)題，DC/DC電力專用通信操作直接掛于電源直流母線上的問(wèn)題，并且通過(guò)試驗(yàn)驗(yàn)證了這個(gè)問(wèn)題發(fā)生的原理，以及在DC/DC輸出母線并聯(lián)適當(dāng)電解電容解決此問(wèn)題的有效性。
【關(guān)鍵詞】 電力專用通信DC/DC 饋線短路 操作電源直流母線
一、引言
1.1電力專用通信由來(lái)
近年來(lái)，電力系統(tǒng)專業(yè)化管理發(fā)展得越來(lái)越快，通信電源單獨(dú)配置蓄電池組，是否改為充電設(shè)備技術(shù)模式，采用電力專用DC/DC直接掛于操作電源取得通信電源模式，這些電源模式使得它越來(lái)越成為技術(shù)討論的重點(diǎn)和焦點(diǎn)。
采用隱居考察的110KV變電站這種運(yùn)行模式已經(jīng)成功運(yùn)行了十年之久，而實(shí)際上直接掛于操作電源采用的電力專用DC/DC而取得通信電源并非新生事物，操作電通信電源的電源通信的紋波系數(shù)、精度穩(wěn)壓、電池組的源蓄選擇容量等問(wèn)題均有較好的解決，當(dāng)今的主要問(wèn)題是在：怎樣來(lái)保證在DC/DC短路安全保護(hù)的情況下，當(dāng)DC/DC專用模塊電力通信一條饋線支路發(fā)生短路故障時(shí)，同樣不會(huì)影響通信電源的正常供電和系統(tǒng)的正常運(yùn)行，同時(shí)，饋線故障支路開(kāi)關(guān)能切除故障可靠跳閘。
1.2提出的問(wèn)題
圖1通信傳統(tǒng)電源連接方式饋線短路示意圖，圖2 DC/DC直流掛于母線的饋線短路示意圖。
問(wèn)題的理論依據(jù)：當(dāng)短路問(wèn)題發(fā)生在饋線上時(shí)，就會(huì)存在線開(kāi)關(guān)的短路跳閘時(shí)間和DC/DC保護(hù)短路時(shí)間與反饋匹配等問(wèn)題，如果短路保護(hù)DC/DC先于跳閘動(dòng)作饋線開(kāi)關(guān)短路，DC/DC則掛于直流母線的直接方式，因此DC/DC短路保護(hù)不會(huì)再有電流的輸出，就會(huì)導(dǎo)致短路故障饋線支路不能被切除，從而使一個(gè)饋線支路的短路故障影響整個(gè)母線的供電系統(tǒng)，使饋線開(kāi)關(guān)不能短路跳閘，DC/DC長(zhǎng)期保持短路保護(hù)的狀態(tài)。相反在傳統(tǒng)的通信電源接線的方式中，同樣是存在短路的保護(hù)問(wèn)題， AC/DC與DC/DC一樣，他們的不同是，是由蓄電池提供短路電流進(jìn)行系統(tǒng)運(yùn)作，當(dāng)AC/DC進(jìn)行短路保護(hù)時(shí)，使饋線開(kāi)關(guān)進(jìn)行短路保護(hù)動(dòng)作，由于蓄電池組是直接掛在通信電源的輸出母線上，所以是不存在時(shí)間配合的問(wèn)題。（圖2）
二、解決問(wèn)題的理論分析
2.1解決問(wèn)題的難點(diǎn)
解決問(wèn)題的難點(diǎn)主要在于DC/DC為保護(hù)功率的器件，而饋線開(kāi)關(guān)脫扣的曲線是一定的，短路保護(hù)保護(hù)時(shí)間不能延長(zhǎng)，一般是采用硬件保護(hù)的方式來(lái)進(jìn)行保護(hù)工作。而目前DC/DC保護(hù)短路采用的硬件比較的方式，保護(hù)時(shí)間非常短，這也是解決問(wèn)題的主要難點(diǎn)和重點(diǎn)。
2.2解決方法的理論分析
在饋線支路短路引起DC/DC模塊短路保護(hù)時(shí)，應(yīng)該及時(shí)提供電流故障保證開(kāi)關(guān)微斷可靠跳閘，應(yīng)替代傳統(tǒng)設(shè)計(jì)中的蓄電池組找到其他簡(jiǎn)便可行的辦法，從而便于達(dá)到去除故障的目的。有下面這些方法可以進(jìn)行分析：
1、利用操作直流電源抽頭提供故障電流：這個(gè)方法涉及如何遠(yuǎn)離的問(wèn)題，直流操作電源與48V通信電源是分屬不同的接地系統(tǒng)，另外還要充分考慮直流電源抽頭從操作來(lái)故障電流提供是否會(huì)影響到直流電源操作的運(yùn)行，難于把握，這個(gè)方法無(wú)法實(shí)施。
2、修改DC/DC版塊的計(jì)劃：這個(gè)方法涉及開(kāi)關(guān)各種饋線匹配問(wèn)題和固定設(shè)計(jì)如何設(shè)計(jì)問(wèn)題，同時(shí)過(guò)長(zhǎng)的短路保護(hù)時(shí)間可能會(huì)對(duì)功率的器件造成較大危險(xiǎn)。此方法不可行。
3、提供故障電流利用儲(chǔ)存的電荷放電，并聯(lián)適當(dāng)電解電容：這個(gè)方法所涉及的電解電容只需>63V即可，不需太高的耐壓；同時(shí)易安裝實(shí)現(xiàn)，電解電容成本低。需要驗(yàn)證饋線開(kāi)關(guān)短路能否可靠脫扣，并且利用適當(dāng)電解電容，微斷開(kāi)關(guān)脫扣過(guò)程電壓電流波形是否滿足要求，DC/DC模塊上電時(shí)是否有沖擊的現(xiàn)象，及如何正確選取合適的電容電解容量。
三、關(guān)于通信用饋線短路DC/DC的試驗(yàn)，具體試驗(yàn)情況如下
3.1試驗(yàn)?zāi)康?/p>
電力驗(yàn)證通信專用DC/DC，并了解其過(guò)程的作用，短路饋線支路故障存在脫扣開(kāi)關(guān)短路問(wèn)題；驗(yàn)證并聯(lián)適當(dāng)在48V通信母線上的電解電容，正確解決問(wèn)題的可行性。
3.2試驗(yàn)步驟
實(shí)驗(yàn)一、需要選用的模塊有輸出端短路和艾默生HD4825-3QF3。驗(yàn)證DC/DC電源通信饋線短路時(shí)是否存在開(kāi)關(guān)脫扣時(shí)間配合問(wèn)題和模塊短路保護(hù)的問(wèn)題。
結(jié)果試驗(yàn)表明：并非饋線開(kāi)關(guān)在所有情況下都不能脫扣，但是確實(shí)存在通信電力DC/DC開(kāi)關(guān)不能饋線短路支路可靠脫扣的問(wèn)題。
實(shí)驗(yàn)二、模塊保護(hù)通信過(guò)程中電源饋線短路過(guò)程及開(kāi)關(guān)脫扣的原因：CH1示波器監(jiān)測(cè)DC/DC模塊功率器件MOS及電壓波形驅(qū)動(dòng)回路，使用分別檢測(cè)了CH2母線電壓/電流饋線短路波形。
實(shí)驗(yàn)如下所述：
C6A的饋線開(kāi)關(guān)
上面的波形是管驅(qū)動(dòng)MOS電壓波形
下面的波形是DC/DC輸出短路饋線電壓波形
C6A饋線開(kāi)關(guān)
上面波形是管驅(qū)動(dòng)MOS的電壓波形
下面波形是輸出短路饋線短路DC/DC的電流波形
綜上所述可以看出：在饋線支路發(fā)生MOS功率管短路金屬性時(shí)，可以較快的進(jìn)入到保護(hù)的狀態(tài)。根據(jù)數(shù)據(jù)實(shí)驗(yàn)可以得出，進(jìn)入保護(hù)狀態(tài)MOS功率管時(shí)間小于1Ms。以此來(lái)說(shuō)，支持故障電流有時(shí)饋線開(kāi)關(guān)脫扣的，并非由功率管DC/DC導(dǎo)通后來(lái)進(jìn)行提供。經(jīng)驗(yàn)證故障電流為DC/DC并聯(lián)的輸出端提供了電解電容饋線開(kāi)關(guān)脫扣。
綜上結(jié)果所述：母線只要在足夠容量上并聯(lián)電容電解就能保證：在發(fā)生金屬性短路的饋線支路上，DC/DC保護(hù)短路后，電解電容由并聯(lián)的提供足夠的電流故障就能保證饋線開(kāi)關(guān)可靠脫扣。
實(shí)驗(yàn)三、證明在輸出母線DC/DC上并聯(lián)電解電容是否足夠能保證可靠開(kāi)關(guān)脫扣。
3.2.1選擇電解電容的方法
確定最大故障電流的饋線短路，實(shí)驗(yàn)表明，在進(jìn)行實(shí)際操作的時(shí)候，最大饋線短路電流故障在于能否阻抗參數(shù)及金屬性饋線短路時(shí)回路短路。使用測(cè)阻精密抗儀器方便地測(cè)得，可以對(duì)各饋線支路通過(guò)饋線開(kāi)關(guān)合閘的情況，在出端金屬性短路饋線開(kāi)關(guān)輸?shù)臅r(shí)候。從而計(jì)算出最大的出饋線路短路故障。根據(jù)電源通信標(biāo)準(zhǔn)，確定電壓母線最大允許壓降值，母線可算出最大電壓允許壓降值。
計(jì)算電解電容最大放電量，根據(jù)計(jì)算出的最大時(shí)間進(jìn)行饋線短路選擇維持開(kāi)關(guān)脫扣，故障最大電流對(duì)照開(kāi)關(guān)脫扣曲線Idmax，選擇為1.2，并且來(lái)乘以可靠的系數(shù)，則電解電容最大放電量為⊿Q=Idmax*Ttz，得到電解電容最大放電時(shí)間Ttz，。根據(jù)上述實(shí)驗(yàn)結(jié)果：對(duì)于DC/DC通信饋線回路，只要開(kāi)關(guān)電流額定小于20A，就可以保證金屬性饋線支路短路下可靠脫扣饋線開(kāi)關(guān)，在并聯(lián)母線上大于0.141F，63V電容電解，并且要保證在通信電源要求范圍內(nèi)下降電壓范圍。
實(shí)驗(yàn)四、DC/DC驗(yàn)證是否能無(wú)沖擊下開(kāi)機(jī)，在輸出母線DC/DC上足夠并聯(lián)電容電解下，由于電流最大開(kāi)機(jī)不會(huì)大于電流的額定功率，開(kāi)機(jī)時(shí)DC/DC均有限流開(kāi)機(jī)功能。根據(jù)上述實(shí)驗(yàn)結(jié)果：無(wú)沖擊開(kāi)機(jī)DC/DC能在DC/DC輸出母線上足夠并聯(lián)電容電解下進(jìn)行。
四、結(jié)束語(yǔ)
應(yīng)加以重視技術(shù)研究層面，短路脫扣饋線開(kāi)關(guān)匹配時(shí)間但DC/DC掛于直流母線存在的屬于小機(jī)率問(wèn)題發(fā)生問(wèn)題，積極研究解決這個(gè)問(wèn)題的辦法。在研究這些解決方法的同時(shí)，是簡(jiǎn)單易行在48V母線上并接足夠容量的電解電容器的辦法。
參 考 文 獻(xiàn)
[1]中華人民共和國(guó)電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)DL/T5044-2004電力工程直流系統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)程
[2]中華人民共和國(guó)電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)DL/T459-2000電力系統(tǒng)直流電源柜訂貨技術(shù)條件
[3]中華人民共和國(guó)電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)YD/T731-2002通信用高頻開(kāi)關(guān)整流器
