电力通信高可靠电源系统应用-及维护浅析=丁慧敏.doc

新职工转正技术报告电力通信高可靠电源系统应用及维护浅析实习指导 姚青强 宜昌超高压管理处 丁慧敏【摘要】：高可靠电源系统具有自动化程度高、性能稳定、可无人值守等特点，在变电站中有着广泛的应用，本文介绍了高可靠电源系统的构成、技术特点以及所采用的新技术，对高可靠通信电源进行了技术后分析，就电力通信电源管理与维护展开了讨论，并结合实际给出了管理与维护注意事项的相关建议。【关键词】：通信电源；电力；高可靠1 引言通信电源通常被称为通信设备的心脏，在通信站中具有无可比拟的重要地位，目前在电力通信系统，对通信设备安全、稳定、可靠地运行的要求非常高，不能允许通信线路的通信中断。这就对通信设备供电系统的供电质量和供电系统本身的可靠性，提出了更加严格的要求。随着相关学科理论和技术的不断发展，通信电源技术也在不断发展。主要表现在供电方式由集中供电向分散供电发展、电力电子新技术在整流器中的运用、免维护蓄电池的应用和电源集中组网监控等， 极大提高了通信电源的稳定性和可维护性。已经发展称为具有高可靠、维护简便的电力通信电源系统高可靠电源系统，该系统具有自动化程度高、性能稳定、可无人值守等特点。采用多电源供电方式，运用多并联母排的设计，使得各路电源的直流输出端被分配到两个相互独立的直流母排，各路电源彼此间协调运行，互不干扰，某一路电源发生故障时不会影响到其他路电源的正常工作。这样就可极大地提高通信电源系统的安全性和可靠性。2 通信电源的供电方式2.1 集中供电方式目前国内通信电源的供电方式大多采用集中供电方式。电源设备集中安装在电池室，由集中式电源向各通信设备供电。这种方式是在采用可控硅相控整流器和普通铅酸蓄电池的条件下产生的。由于上述设备体积庞大笨重、噪音大、有酸雾污染，只能将所有电源设备安装在远离通信设备的地方。直流输电损耗大，安装和运行费用较高，系统可靠性较差。2.2 分散供电方式随着开关整流器和免维护蓄电池的出现及其越来越多的应用，但分散式供电成为可能。对于分散式供电方式，交流系统仍可采用集中供电方式，但将电源整流器、蓄电池、交直流配电屏移至通信机房内，依据通信系统的具体情况安排位置。与传统的集中供电方法比较，有综合投资少、扩容方便、运行可靠、容易实现智能管理和无人值守等优点。分散供电方式也存在一定缺陷: 所需电池的个数和成本加大，对交流电源可靠性、电磁兼容性、电源设备使用性能及维护人员技术水平均有较高要求。分散供电方式要求高频开关整流器体积小、重量轻、效率高，严格要求电磁兼容指标，交流输电压范围宽，注重外观结构，对蓄电池组有完善的管理功能。分散供电方式要求蓄电池体积小、重量轻、功率密度大、密封可靠、电池外壳抗张强度大，安全排气阀不变质，有良好的放电特性等。3 高可靠通信电源系统构成及特点3.1高可靠电源系统组成原理高可靠电源系统由5部分组成(原理如图1所示):多路交流输入配电单元、直流电源、直流隔离单元、双直流配电单元和系统控制器。多路交流输入配电单元采取并联交流母排的设计，可实现两路甚至三路的交流电和柴油发电机输入之间的相互切换和隔离。当某一路市电出现供电故障时，该单元能够保证及时切换到另一路备用交流输入侧。当两路交流线路都出现供电故障时，仍能保证柴油发电机及时启动发电，并接入到电源系统中。并联交流母排的设计方案，可保证交流供电的延续性，最大限度地降低因交流供电质量的原因而对通信设备造成的运行中断影响。图1 高可靠电源系统原理直流电源既可以由整流器模块组构成，也可以由整流器模块组与其他类型的直流电源设备组合构成，如太阳能、风能等多能源供电系统。这样的配置，即使在交流电网供电全面瘫痪的状态下，该供电系统也能够保证向通信设备提供连续、稳定的直流电能。直流隔离单元采用无源自关断器件实现不同直流电源系统之间的无缝接入，真正实现多路电源互为备份，并且保证彼此能够独立运行。当某一路电源出现故障时，其他路电源能及时投入。并把故障隔离在最低层，实现零转换不间断的供电。保证了通信设备同时有多路电力供应，从而保证通信设备的连续、稳定和可靠运行。双直流配电单元采用双直流母排结构，每一侧直流母排都能够向电力通信设备提供全负荷的直流电能。系统控制器除完成交流配电单元、直流电源、直流配电单元等的检测和控制外，一个最重要的功能就是对蓄电池组的管理，同时还具备远程监控的功能。3.2 高可靠电源系统组成3.2.1 系统由于电力通信设备的重要性，每个通信设备均有两路电源接入点。针对这一特点，高可靠电源采用多路电源系统为每个通信设备中的两路电源分别独立供电。为保证电源系统的独立性，每套通信设备内的两路电源分别接到高可靠电源系统的独立的直流母排上，每个直流母排上的输出端子均带有隔离装置，这就是双电源/ 双母排概念。蓄电池分别接入各自的母排，组成完全独立/ 互不干扰的独立供电系统。多个电源间通过隔离装置给负载设备供电，彼此之间既独立又协调运行，互不干扰。该电源系统的特点是每个负载均由二路完全独立的电源供电，任何一路电源系统发生故障时，均不会影响到负载的正常运行，也不会影响到其他电源系统的正常工作。按DL/T724-2000标准的要求，要定期进行蓄电池组容量试验、直流母线连续供电试验和微机控制自动转换程序试验。这些试验都要求系统不能中断直流供电。由于采用了隔离技术，就能够在各路电源下端方便地实现标准中要求的试验而不会影响到负载的正常供电。在具体操作时，对需要维护的蓄电池组，可取下隔离装置下端与其相对应的保险熔芯，使该蓄电池组与系统隔离。由于采用隔离式，上述操作不会影响其他电源的正常工作，因而不会导致通信设备电力的供应中断。图2 高可靠电源系统组成3.2.2 系统的交流单元交流配电单元具备两路不同交流线路的互相投入与切换装置，两路交流既可以是两路交流电网输入，也可以是一路电网输入，另一路柴油发电机输入。交流配电单元具有对两路交流的输入电压、电流的监测，两路互投机构的状态检测，交流输入过、欠压和缺相的保护和报警以及显示等功能。3.2.3 直流电源多路电源可采用不同能源的转换电源，如独立的高频开关整流器电源，或是太阳能光伏发电电源、风力发电电源，也可以是组合电源，如太阳能整流器组合电源、风光互补型电源。各路电源配备有各自的蓄电池组和控制器，以实现低层的独立运行。每个直流电源均具有以下功能:(1) 直流电源是专门针对电力通信应用而开发的，具有蓄电池组管理、运行状态和故障显示和报警功能。电源控制器对蓄电池组的电压、电流实时进行监测，并在故障发生时能够发出声、光、语音及短信和图象等报警信息。整流模块采用“N+1”方式的并联冗余结构，各模块间进行并联民主均流；整流模块内采用箝位电路，确保整流电源在直流母排侧出现干扰的情况下也能正常工作而不出现关机现象。整流电模块采用恒功率输出技术，以保证在直流母排侧出现过低的直流电压的情况下，也能有足够大的输出电流满足负载和蓄电池组充电的需要。(2) 为了保障电源系统安全可靠的运行，配备有集中监控系统。集中监控系统对电源设备的运行维护和管理，实现全自动监控管理。具备即时自动的遥测、遥信、遥控、告警监视、自动定时记录、报表打印及查询功能外，还具有强大的资料处理与统计功能，按DL/ T724 - 2000 标准对运行与维护的规定，利用其完善的功能与简易的操作环境可帮助用户有效节省人力资源、降低维护费用，提高设备维护水平。(3) 为确保电力系统通信设备在恶劣的条件下也能不间断地可靠运行，可以采用太阳能光伏发电作为第2路直流供电电源。既可以是独立的太阳能光伏电源，也可以是整流器模块与太阳能的混合电源。这种混合电源给系统能够提供更可靠的保障。3.2.4 双母排针对电力系统电网运行的特点，采用双母排结构。两路电源带有单独直流母排，母排通过无源自关断器件与负载相连。每一路电源都能够提供负载所需要的功率。两直流母排的结构对称，电流容量负荷相同。3.2.5 蓄电池组蓄电池组是各路组合电源内部的组成部分，与单独的电源方法相同。蓄电池组的容量选择要考虑负载的大小、蓄电池充放电时间、蓄电池放电深度、使用环境等因素。在高可靠电源系统中，各蓄电池组之间也通过双母排结构，彼此隔离，以免形成内部环回路。各路电源的蓄电池组的选配可以用同一类型、同一厂家的蓄电池，也可是不同类型、不同生产厂家的蓄电池。但要注意，同一电源内配置的蓄电池组必须是同类型同厂家的产品。3.2.6 控制器图3 控制器用户界面高可靠电源系统的控制器是两个综合控制器，分别用于控制单个直流电源系统。控制器通过菜单方式设置运行参数、报警门限、控制电源系统各个部分的运行，并向用户提供有关系统状况的信息和必要的数据。控制器的主要特点如下:(1) 可根据蓄电池温度，调整电源系统对蓄电池的浮充电压，有利于延长电池使用寿命；(2) 具有蓄电池自动强充、均衡充电、测试功能；(3) 对蓄电池深放电有保护功能；(4) 控制最多至6 个太阳能子阵(对太阳能混合供电系统)；(5) 允许接入两路交流电，并自动检测及管理；(6) 如果系统接有油机可自动进行定期测试；(7) 对直流电压、蓄电池电流等进行监控；(8) 具有自动自诊断检查功能，诊断内部的电路故障和不正常的运行状态，并能发出声光报警；(9) 任何报警信号均可以灵活地连接到用户自定义的继电器输出上；(10) 能控制显示器，显示各种参数，通过整定输入键，可以整定或修改各种运行参数；(11) 关键运行参数有口令保护，防止误操作；(12) 可记录事件，并通过显示器输出所储存的系统信息；(13) 可记录系统运行的统计数据，并通过RS -232 接口传至上位机；同时通过RS - 232 接口接收上位机的遥控信号；(14) 可实现电源系统的本地及远端集中监控管理，便于无人或少人值守。4技术分析不同供电电源之间的并联使用是一个关键问题。每路电源有单独的控制器、蓄电池等，需要各自独立运行。多电源的并联使用主要有以下几种连接方式:4.1 把各路电源的输出端直接在母排侧或负载侧相连接该连接方式的缺点是各电源之间存在相互干扰和影响，控制器无法独立工作，一旦直流母排侧出现过电压就会使所有电源保护性关断，出现断电事故；如果其中的一个电源出现问题，也有可能会波及到其他的正常电源。同时这种连接方式破坏了电源系统的平衡配置。每个整流电源要为不同的两组蓄电池组充电，有可能造成其出力不足而导致蓄电池组无法充满的现象。更严重的是，不同的电源之间存在的差异，导致了环电流的存在，使各电源内的蓄电池组互相充放电而大缩短其使用寿命，同时也曾加了整流器的故障率。该连接方式不能达到电源备份目的且增加了故障率。4.2 冷备份多电源系统解决方案该方案的原理如图3所示。图4 冷备份电源系统原理每个电源系统单独给一路负载供电，母排间有母联开关连接，母联开关状态正常为断开。当其中一路电源系统有故障时，将母联开关闭合，由另一路电源系统供电给两路负载。然后将第一路从系统中切出进行维修。这个方案也存在一些问题:一是每个电源单独给一组负载供电需要用户对负载进行分配，从而增加了运维的难度；二是当一个电源有故障时，需要人工操作母联开关，以及电源之间为冷备份，这也增加运维工作量以及反应速度。该连接方式在一定程度上解决了电源备份及干扰的问题，但增加了维护工作量及要求在电源故障时要有较快的反应速度。4.2.3 高可靠电源系统方案高可靠电源系统的特点是各个电源独立工作互不影响，不同的直流供电电源连接到不同的母排上，通过串接一个二极管后，与负载连接。由于二极管的单向阻断特性，各个电源能够独立工作互不影响，各供电系统之间没有环电流存在。每个负载均由二路完全独立的直流母排供电，任何一路电源系统发生故障时，均不会影响到负载的正常运行，也不会影响到其他路电源系统的正常工作。这种配电方式特别适合于电力系统继电保护所要求的多路电源供电的需要，是一种热备份方案。5管理与维护注意事项通信电源系统运行质量的好坏直接关系到通信网的运行质量和电网的安全，从事电力通信的工作人员应重视通信电源的管理与维护工作。高可靠电源虽然可靠性非常高，但是在管理和维护中也相应注意以下几条，以便延长寿命和降低故障率。(1) 高频开关电源设备在正常使用情况下，设备的维护工作量一般都不多，高频开关电源系统对环境温度要求不高，在- 540 都能正常工作，但要求通信电源室内清洁、少灰尘，一般每季度应彻底清洁1次，其次就是在除尘时，检查各连接件和插接件有无松动和接触不牢的情况。(2) 高频开关电源系统中，设置的参数在使用中不能随意改变，在使用中不允许任意增加大功率负载，禁止在满负载状态下长期运行。由于电源系统几乎是在不间断状态下运行的，增加大功率负载或在基本满载状态下工作，易造成整流模块的故障。(3) 蓄电池对温度要求较高，其使用环境温度在-15+45范围内，标准使用温度为25。若温度太低，会使蓄电池容量下降，温度每下降1，其容量下降1%，其放电容量会随温度升高而增加，但寿命降低。如果在高温下长期使用，温度每增高10 ，电池寿命约降低一半，此外超出此使用范围易造成蓄电池冻结、异常发热、破损及变形，促进电池劣化。(4) 蓄电池的检查项目:每组至少选2只标示电池，作为了解全组蓄电池工作情况的参考。检查蓄电池的端电压、连接处有）无松动、腐蚀现象、极柱和安全阀周围是否有酸雾逸出或酸液溢出。(5) 蓄电池的安全阀在排气栓下面，禁止通信维护人员拆下安全阀和排气栓，否则易造成蓄电池性能劣化、破损、缩短寿命的危险。不论电池在浮充工作状态还是在放电检修测试状态，都要保证电压、电流符合规定要求。电压或电流过高可能会造成电池的热失控或失水，电压或电流过小会造成电池亏电。(6) 在任何情况下，都应防止蓄电池正负极短路或深度放电，因为电池的循环寿命和放电深度有关，放电深度越深循环寿命越短。在核对性放电试验或容量试验时，通常放电达到标称容量的30%50%即可。(7) 按照有关维护规程要求，应对VRLA蓄电池实施如下保养:月度保养，保持蓄电池房清洁卫生，测量和记录蓄电池房内环境温度，逐个检查电池的清洁度、端子的损伤及发热痕迹、外壳及盖的损坏或过热痕迹，测量和记录电池系统的总电压、浮充电流；季度保养，重复各项月度检查，测量和记录各在线蓄电池的浮充电压，若经过温度校正有2只以上蓄电池电压低于各蓄电池本身所规定的最低电压时，蓄电池组需进行均衡充电，如问题仍然存在，继续进行蓄电池年检乃至3年维护中的项目检查；年度保养，重复季度所有保养、检查，每年检查蓄电池连接部分是否有松动，每年蓄电池组以实际负荷进行1次核对性放电试验，放出额定容量的30%50%； 3年保养，每3年进行1次容量试验，到使用6年后每年做1次，若该组蓄电池实放容量低于额定容量的80% ，则认为该蓄电池组寿命终止。这样有助于全面、及时、准确掌握电池组的工作状态和质量情况，及时发现问题和解决问题，确保电池组随时处于良好的工作状态，达到延长使用寿命的目的。(8) 蓄电池充电时，室内严禁产生明火，要保持通风，因为充电时，蓄电池内易产生氢气，若遇到蓄电池密封不好而泄露，很容易造成爆燃。安装时，不要在蓄电池附近安装易产生火花的装置(如开关、保险丝等)。清扫蓄电池时，应使用湿布，如用干布或掸子进行清扫，产生的静电有引火爆炸的危险。(9) 当单体蓄电池最高、最低浮充电压相差50mV时，则应进行1次放电均衡充电维护工作。投运第1年后，做全核对性放电容量检测，以后每隔23年进行1次，运行6年后每年进行1次。新的未灌注电解液的固定型防酸式铅酸蓄电池应贮存在540干燥通风的库房内，应轻搬轻放，不得倒置，不得使蓄电池直接受阳光照射，新蓄电池自出厂之日起，可贮存2年。图4 蓄电池组的强充电曲线6 结论高可靠电源系统具有直流双母排输出、交流两路输入互投、现场监控、远程集中监控等功能，特别是由开关电源与其他能源转换的混合电源组成的高可靠电源系统，能够给电力通信提供更可靠的直流电能，有力地保证了电力通信的高可靠性。7 参考文献1 王云其.电力通信电源的管理与维护.电力系统通信，2006，27(165):4-82 靳力， 刘春林， 尹希泉.电力通信电源的现状及其发展.东北电力技术，20063 朱发强.电力系统通信的不中断供电电源.电力系统通信，20024 潘耀杰，张磊，吴林.高可靠电源系统在电力通信中的应用，电力系统通信。20045 意科电源说明书作者简介:丁慧敏，女，1983年3月生，2006年7月参加工作，毕业中国人民解放军重庆通信学院计算机通信工程专业，大学本科学历，现在国网运行有限公司宜昌超高压管理处宜都换流站工作。9