马宇 张之栋

摘要：针对传统变电站电力通信直流电源系统在扩容过程中经常出现不良现象，影响扩容安全性问题，开展变电站电力通信直流电源系统的扩容安全性分析研究，针对变电站电力通信直流电源系统存在的长期高负荷运转、直流电源配电分级开关不匹配等问题，对直流电源系统各级负荷规划、选择系统保护开关、合理配置直流后备电源，提出一种全新的扩容方法。通过实验证明，该扩容方法与传统扩容方法相比，可有效降低改造过程中出现故障的次数，从而为安全性扩容提供保障。

关键词：变电站;电力通信;直流电源系统;扩容;安全性

中图分类号：TP393      文献标识码：A

文章编号：1009-3044（2021）08-0206-02

变电站电力通信直流电源系统主要组成部分包括直流电源设备、控制及检测设备、直流配电设备等，通过各设备的相互配合形成了一个直流供电网络[1]。在变电站正常运行或发生事故时，通过系统提供的直流负荷形成可靠的直流操作电源，从而为变电站提供保障。由于直流电源系统具有良好的工作性能，因此常被应用于对供电领域当中，例如变电站、医院等[2]。直流电源系统在变电站中的日常供电，相当于一个不间断电源，可为信号控制、继电保护、自动化装置等提供更加稳定和可靠的直流电源，当发生交流电源事故时，可为事故照明系统、交流电源提供充足的电源，从而保障变电站的安全运行。由于当前各领域中的用电需求不断增加，使得直流电源系统在供电过程中经常会出现支路问题、电池问题、开关问题以及同步振荡故障问题，对变电站的发展造成影响，为此本文开展变电站电力通信直流电源系统的扩容安全性分析研究。

1变电站电力通信直流电源系统存在的问题

1.1长期高负荷运转

当前变电站电力通信直流电源系统主要由市电电源和备用发电机机组两部分组成，根据电力通信电源技术要求，为实现通信直流电源的安全可靠，直流电源系统通常采用两路市电、一路油机的方式。但许多变电站的配置存在严重的不规范问题，因此导致变电站中的直流电源系统常常处于高负荷的运转状态。两路市电、一路油机的直流电源系统运行模式，由于在初期建立阶段，各城市不具备建立独立电网的条件，并且引入第二路市电的线路过长，资金投入条件不足等问题，虽然按照设计实现了对多路直流电源的建立，但在后期阶段并未及时补充相应的油机，长期按照上述状态运行会出现严重的安全隐患问题。

除此之外，由于电力企业的运营规模逐渐扩大，变电站电力通信常常会涉及租用或购买等情况。同时，租用或购买大多采用已经建成的配电系统，而原有配电设备的油机容量、通信设备负荷都很难满足当前电力企业大规模发展的需求，因此会造成更高的负荷率，并且部分变电站的季节性负荷甚至会达到变压器的额定容量，甚至超出额定容量，产生严重的安全隐患。

1.2直流电源配电分级开关不匹配

在对通信直流电源进行设计时，由于电力通信业务的分期建设，使得新增的电力负荷会对直流电源造成严重的直接影响。通信设备是用电负荷中占比最多的设备，需要从变电站配电室直接以放射性的形式进行供电。但由于后期新增的直流电源系统交流电的引入通常采用自楼层的配电柜中电流。因此变压器二次侧与用电设备之间的低压配电级数不应超过四级。当不间断电源与直流电源系统从自楼层当中的配电柜引入电力时，用电设备的配电级数会迅速增加，并逐渐超过四级，导致末端用电设备的用电分级级数过多，导致出现故障问题的故障点增加。同时，变电站中配电系统的上下级开关还缺少选择性的动作行为，低压配电线路需要根据不同故障类型以及具体的工程状况安装短路保护或接地保护装置，从而防止在电路发生故障时，故障电路突然断开。因此各级电流线路不仅要设置相应的保护电气，同时还应当正确地规定变化参数，从而保障在规定的时间范围内，形成可靠切断，并在最靠近故障位置点的地方实现对电气的保护，并保证切断故障电路的范围最小。

2变电站电力通信直流电源系统的扩容安全性分析

2.1直流电源系统各级负荷规划

为提高变电站电力通信直流电源系统的扩容安全性，在明确新增末端负荷前，首先要对系统内各级负荷进行合理规划。由于系统的运行状态会直接影响到扩容的安全性，因此在对各级负荷进行规划时，需要密切关注系统与不间断电源的实际运行情况，对系统内油机的容量进行核算[3]。由于油机容量受到众多因素的影响，因此不可直接通过对设备负荷和额定功率的比较而得出，需要考虑到不间断电源产生的谐波、变电站机房启动电流等，并按照公式（1）计算得出油机容量W：

公式（1）中，wa表示为变电站中电力通信设备的负荷;wb表示为变电站中蓄电池组充电功率;wc表示为变电站机房总功率。再将公式（1）进一步细化，得出公式（2）：

公式（2）中，[wt]表示为变电站通信设备负荷总量;[x1]表示为谐波产生的冲击系数，根据变电站的一般运行状态，并考虑到不间断电源的谐波，[x1]取值为2.1～3.5;[wups]表示为不间断电源的负荷大小，单位为kW;[x2]表示为启动直流电源系统时电流的冲击系数，考虑到变电站机房启动电流的冲击，[x2]的取值为2.1～3.3;[wj]表示为变电站机房负荷大小，单位为kW。

通常情况下，变电站电力通信直流电源系统的运行负荷率低于55%时，系统的安全性将不會受到影响。但当运行负荷率超过55%时，则说明需要对系统的各个设备容量进行扩容，变电站直流电源系统的扩容应当统一规划，并单独立项。在对油机容量计算时，需要运用上述公式（2）进行计算，在直流电源系统运行过程中，若在原始承载容量范围以内，则可直接按照新增设备的所需负荷进行计算，进行相应的扩容;若需要增加全新的整流机架，则需要利用总负荷校核计算，根据系统开关容量需求进行扩容。

2.2系统保护开关选择

变电站电力通信直流电源系统中的保护电器分为两种，一种是熔断器，另一种是断路器。在实际扩容时应当根据各个保护电器的功能进行选择，表1为两种保护电器的优缺点对比。

在实际扩容时，可根据实际情况进行选择，例如直流电源系统电流较大、油机容量大等，可选择熔断器进行保护;扩容过程中，系统出现过载或短路问题，可选用断路器对系统进行保护。

对于末端保护开关进行选择，末端保护开关应当具备断电功能，当与系统连接的用电设备出现短路时，末端保护开关需要瞬时切断电路。末端保护开关只需要具备上述功能即可，无须进行对型号或类型的选择。在实际扩容时应当根据系统配电线路的故障特点，在末端回路上对短路或接地故障进行保护。同时，在变电站机房内配备的电屏保护开关也属于末端保护开关，在使用时不需要具备远程遥控功能。选择上述两种保护电器均可实现对短路或接地故障的保护。因此综上所述，在直流电源系统的配电柜当中更多选择熔断器作为保护电器。

2.3合理配置直流后备电源

提高变电站电力通信直流电源系统的扩容安全性还可通过合理减小蓄电池容量，以及配置直流后备电源来实现。在对直流电源系统进行扩容时，应当以提高交流供电的可靠性为主，将直流后备电源的可靠性作为基础。针对直流电源系统中蓄电池组的储能设备，其容量大小通常与直流负荷以及备用时间有着直接的联系，以此根据这一特点得出蓄电池组的容量计算公式为：

公式（3）中，[Wq]表示为蓄电池组容量大小，单位为Ah;I表示为直流电源系统中的直流负荷大小，单位为A;T表示为系统共放电时长，单位为h;t表示为蓄电池组放电时长，单位为h;[α]表示为供电系数。按照相关要求，一类城市放电时长h的取值为0.3～1.0h;二类城市放电时长h的取值为0.5～1.2h;三类城市放电时长h的取值为1.5～2.5h;四类城市放电时长h的取值为2～3h。根据不同地区选择不同放电时长，放电时长越高，备用时间越短。在直流电源系统中，高频开关电源可以根据负荷规划，按照n+1冗余的方式确定。其中整流模块为n时，整流总容量可按照负荷电流以及充电电流相加确定，完成直流后备电源配置。一般情况下，重要的变电站电力通信采用试点与油机组合的方式进行可靠交流供电方式。对于直流电源系统的安全扩容还需要考虑直流电源系统分散供电的特点，并选择合理的后备时间，放电时间一般不超过1.5小时。

3实验论证分析

选择某电力企业的变电站作为实验对象，将该变电站近几年的运行数据进行汇总，并将其记录在实验搭建软件当中，根据变电站各项参数，构建两组完全相同的电力通信直流电源系统，分别利用本文扩容方法和传统扩容方法将两组系统容量扩充，并设置本文方法为实验组，传统方法为对照组。通过模拟两组变电站实际运行情况，设置供电量由初期的10.0×103万kWh到最终的30.0×103万kWh，判断两组系统在扩容过程中是否产生故障问题，从而比较实验组与对照组扩容安全性。将实验结果绘制成如表2所示。

由表2得出，该电力企业变电站电力通信直流电源系统通过实验方法从10.0×103万kWh扩容到30.0×103万kWh时，共出现故障次数为3次，而对照组在进行10.0×103万kWh到15.0×103万kWh供电量扩容时已经出现了5次故障，对比结果具有一定的对比意义。因此，通过实验证明，本文提出的扩容方法可以有效保障直流电源系统的安全性，更进一步增加了供电的可靠性。同时，通过实验过程可以得出，直流电源系统在扩容过程中应当以处理累积问题，杜绝新增问题作为扩容原则，时刻观察变电站現场的数值参数变化，以保证变电站电力通信安全可靠为目标进行扩容。

4结束语

本文针对变电站电力通信直流电源系统在扩容过程中可能存在的故障问题进行全面分析，提出一种安全性更高的扩容方法。但在实际应用还会出现缺少双重实电、油机容量较低等问题，仍然会限制扩容改造的工期以及相关工程的管理权限。因此为了实现对直流电源系统更高安全性的扩容，在设计扩容计划时，还应当对可能对直流电源系统整体性能造成影响的问题进行更加深入的研究，从而不断完善扩容改造项目。

参考文献：

[1] 陆宗达，李美增，谢贤林.磷酸铁锂电池在核电厂直流电源系统中应用的可行性分析[J].科技创新与应用，2020（12）：169-170.

[2] 成绍群，刘孝赵，刘甜歌，等.基于物联技术的数据中心直流电源检测系统设计与研究[J].甘肃科技纵横，2020，49（1）：1-3.

[3] 李正维.变电站直流电源系统运行现状分析——以合江电网为例[J].科技创新导报，2019，16（30）：46-47，49.

【通联编辑：光文玲】