电力系统通信电源及其应急预案

TelecommunicationsforElectricPowerSystem󰀁󰀁󰀁󰀁

Nov.10,2008

󰀁27󰀁

电力系统通信电源及其应急预案

梁芝贤,赵󰀁馨

(西安供电局,陕西西安710032)

摘要:结合电力系统通信电源实际应用,探讨了通信电源交直流配电系统、电源防雷保护措施、整

流模块、蓄电池组、通信电源应急事故预案等;介绍了老旧站通信电源防雷改造方案,提出了整流模块和蓄电池组的选择与配置的具体原则、维护测试与故障处理方法;详细分析了电力系统通信电源的应急事故预案以及电源整流小模块在电力系统中的应急应用,对电力系统通信电源的维护工作具有借鉴意义。

关键词:通信电源;维护;应急预案

中图分类号:TN86

文献标志码:B󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁文章编号:1005-71(2008)11-0027-05

0󰀁引言

电力系统调度与自动化信息传输通道的可靠性要求很高,而电源是保证通道畅通的基础,一旦电源系统瘫痪,通信将全部中断,因此,通信电源要求具有高可靠、高稳定性。一个完整的通信电源系统包括交直流配电单元、整流模块、监控单元和蓄电池组。

1󰀁交直流配电

交流配电单元将交流电送入整流模块,整流模块采用并联工作方式,其直流输出经汇流接入直流配电单元。一些变电站交流电压波动范围大,要求电源设备具有较宽的工作电压范围,否则应增加稳压装置。直流配电完成输出直流的负载分配和后备电池组的接入,应有防止外部短路造成电池损坏的熔断器、蓄电池下电保护功能,以避免蓄电池因过放电而损坏。

对配电系统的总体要求包括以下几点。

1)输入两路交流电源,并可进行人工或自动倒换,自动倒换必须有可靠的电气或机械连锁。

2)具有监测交、直流输出电压和电流的仪表,并能通过仪表和转换开关测量出各相的相电压、线电压、相电流和频率。

3)具有欠压、缺相和过压告警功能。为了便于集中监控,同时提供遥信、遥测等接口。

4)提供各种容量的负载分路,各负载分路主

收稿日期:

2008-06-01;修回日期:2008-07-25

熔断器或负载开关保护后,能发出声光告警信号。

5)当交流电源停电后,能提供直流电源作为事故照明。

6)交流配电屏的输入端、交流配电电源处,应提供可靠的防雷和浪涌保护装置。

若交流配电单元发生交流输入缺相故障,可先抢通,后维修。抢通时可临时切断交流电,将缺相的线取下并绝缘包扎,用短线将正常的相接入到故障相上,恢复供电。

2󰀁防雷保护措施

通信局站的电力系统由于雷击、操作、事故或运行参数配合不当等原因,使供电系统中某部分电压升高,超过电气设备的额定电压(称过电压),严重时会损坏通信设备,甚至引起供电系统瘫痪,必须采用现代防雷技术,如等电位连接、传导、分流、接地和屏蔽等措施进行全方位防护,综合治理,层层设防。通信电源应采用交流屏蔽铠装电缆,以降低入侵感应电压幅值,其屏蔽层和备用芯线应两端接地,电缆应尽可能直接埋地敷设,必要时在电缆上方埋设避雷线,在雷电活动强烈的地区,还必须在线路两端设备处装设过电压保护装置。

通信电源系统要求采取三级防雷保护措施。在机柜的外部(即交流线由室外进入机房的入口处)安装交流配电系统的第一级防雷;在交流配电电源处安装交流配电系统的第二级防雷;第三级防雷安装在整流模块的内部,主要吸收残压。

通信电源接地系统按用途可分为工作接地、保护接地和防雷接地系统,电力通信电源系统,要求󰀁28󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁电󰀁力󰀁系󰀁统󰀁通󰀁信󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁2008,29(193)

电流(A);I2为负载电流(A);C为单个整流模块容量(A)。

计算出来的N向上取整数,为最少需要的模块数量,在实际工作中,为了增加可靠性,便于维护检修,电源模块数量应按N+1考虑。如某变电站负载电流30A,蓄电池最大充电电流50A,若采用-48V/30A的整流模块,则需要配置4个模块。3.3󰀁整流模块常见故障处理

整流模块常见故障较多,如模块无输出、过热、不均流及均流不良、无显示、风扇损坏、输出过电压、功率控制板损坏、整流模块不工作等。当发生整流模块面板指示灯均不亮且无显示时,首先应检查交流电源是否输入,检查交流屏的输入开关位置及电压,确认交流输入消失后,尽快恢复送电,同时应密切监视蓄电池电压的变化,随时准备启动事故预案。例如某站有2组电源分别带有蓄电池组,但容量有明显差异,可通过倒负荷的方式(需要提前布放2个电源之间的事故备用电源电缆),把负荷从电压不足的蓄电池倒到电压较高的蓄电池。

如果整流器交流输入正常,检查模块的输入熔丝是否熔断,若模块发生故障,需要把故障模块更换。当风扇受阻或严重老化时,整流模块内部温度过高,模块由于过热而停止输出,表现为运行灯和故障灯灭,所有整流模块的显示器都显示󰀁1󰀁,此时应更换风扇。如果前面检查都正常,则打开模块,检查与显示器连接插座、对应端子,如果这两者均正常,则可能是显示器故障。

高频开关电源安装在通信站时都已经调整好各个模块的均流设置,但是在通信电源运行中,经常发生整流模块负载不均匀的现象。可用排除法检测是否有损坏元件,先关闭第1个整流模块,看剩余的模块能否均流。如果能均流,则说明第1个模块有问题;如果不能均流,再关闭第2个看能否均流,如果最后剩余2个模块仍不能均流,则再打开第1个模块,关闭倒数第2个模块。以此类推,最后找出可以均流与不能均流的,进一步检查维修。

三者共用地线。为了保证接地电阻值符合规范要求,施工后应对接地电阻进行检查和测试,投运后应定期对接地电阻进行测试,检查接地装置系统。

在通信站的运行维护中,应根据通信设备供电可靠性要求与电路现状、地区气象条件,每年对多雷电区的通信站电源防雷系统进行检查评估。如在某地区供电局,有部分边远老变电站处于多雷区,通信电源设备防雷能力差,站内接地点多处锈蚀,连年发生雷击损害电源设备造成通信电路中断的事故。

针对该地区的通信电源防雷改造,包括接地网与电源三级防雷2部分。该站通信机房内有网状接地网,但测试发现通信机房与变电站不共地,故采用2根40mm󰀁4mm的镀锌扁钢,将机房接地网焊接至变电站主接地点,再与机房外制作环状泄流接地网,接地极为4个,机房接地网通过主接地线(60mm镀锌扁铁)与户外泄流接地网焊接,所有焊接点进行防腐处理。该站通信电源第一、二级防雷不完善,故在通信电源设备进线侧、和交流配电屏输出支路加装相应规格的电涌保护器。通过改造,大大提升了通信设备和电源设备的防雷能力,两年来未发生雷击损害通信设备的现象。

3󰀁整流模块的配置与维护

3.1󰀁整流模块的选择

为方便维护,应选择󰀁热插拔󰀁整流模块。整流模块和系统需连接交流输入、直流输出和告警信号3个端口。简单的模块具有连接电源输入输出的螺栓和一个简单的多针信号连接器,成本低,但安装和更换复杂,而󰀁热插拔󰀁模块,可以滑进自身的支撑架里,自动实现电路连接,安装和拆卸更便捷。

3.2󰀁整流模块配置

电力系统通信站的电源设备配置一般是两路市电引入,主备自动切换,蓄电池按10h放电率配置(干线无人站按20h以上放电率配置),整流设备按一主一备配置。开关电源的配置一般按近期容量配置,每一个模块按额定容量的80%输出为宜。维护中心可集中配置部分备用模块,以便检修使用。

通常可根据负载电流与蓄电池容量的大小,确定整流模块数量。公式为

N󰀁(I1+I2)/C(1)

式中󰀁N为模块数量(个);I1为蓄电池最大充电4󰀁蓄电池组的配置与维护

蓄电池是通信电源系统的重要组成部分,目前,电力系统通信电源配套的蓄电池大多数是阀控式密封铅酸蓄电池,单体电压一般有2V和12V,串联组成48V的蓄电池组,一般采用2组蓄电池并联运行、浮充供电的方式。除了定时均充外,蓄󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁网络建设󰀁󰀂梁芝贤等󰀁电力系统通信电源及其应急预案电池日常管理的内容包括低电压保护、二次下电、温度补偿、无级限流等。这些措施可以保证蓄电池处于良好的使用状态,延长其使用寿命。4.1󰀁蓄电池寿命

蓄电池的循环寿命与电池每次放电的深度有密切关系。在正常工作条件下,放电深度为30%时,充放电循环次数可达1200次;放电深度为100%时,循环寿命仅有200次。因此,使用中应当尽量避免电池深度放电。蓄电池浮充供电的时间,称为浮充寿命。根据加速寿命试验的结果,免维护阀控电池在室温下,浮充寿命可达10年以上,浮充电压过高或过低,会使蓄电池过充电或欠充电,因而将影响电池的寿命。

当电源运行环境温度变化时,应调节浮充电压来进行补偿,补偿系数为环境温度每上升1󰀁,每节电池单体(2V的单体)的浮充电压降低3~5mV。但是温度补偿功能只能在一定的范围内起作用,蓄电池最好是工作在20~25󰀁的环境下。如果蓄电池电压在放出其额定容量80%之前已低于1.8V/格,则应考虑更换。

4.2󰀁低电压保护与二次下电

蓄电池在输出能量时,其两端电压不断下降,当下降到一定值(一般称为终止电压)时,就必须断掉其能量输出回路,否则可能导致蓄电池过放电使其寿命缩短甚至报废。这种在终止电压时,使蓄电池断掉负载防止过放电的动作和措施,叫做低电压保护。

二次下电比低电压保护更进一步,分两级断开负载,其在保证蓄电池不过放电的同时,给重要设备提供更长的供电时间,如需实现二次下电功能,须在开局时将直流输出负载分成主要和次要负载,接到相应的分路上。4.3󰀁充放电维护

免维护阀控铅酸电池通常采用限流恒压充电法,环境温度为25󰀁时,单个电池的浮充电压为2.25V,充电电流在0.1~0.3C。电池的容量全部(100%)放完时,应先用0.1C恒定电流充电,充入80%电量后,再用2.23V恒定电压充电,24h内可以充入100%电量。对于深度放电再来电的情况,通过󰀁恒压限流󰀁方式给电池组充电较好。

各个厂家、各种型号、各个批次的蓄电池生产时的条件不尽相同,其内部参数有一定差异,同时当蓄电池组经过长时间运行后,其内部产生电子漂移现象,会使其中一节或几节单体的内电阻增大,󰀁29󰀁

变成落后电池。常用的预防和解决这个问题的方法是均充法,即定期采用较高的电压对电池组进行充电,使内部重新活化。某些情况下,会出现反复均充后,某节单体仍不能得到有效活化,那么这节单体就不能再继续使用,需要更换。4.4󰀁蓄电池的配置

蓄电池对保证通信质量和通信畅通起着重要作用。首先,枢纽站点应采用2组并联的方式供电,保证安全可靠。其次,根据󰀁电力通信技术标准󰀁规定,蓄电池的容量应按实际用电量的3~5h放电率配置为宜。而实际上,由于电力系统一般站点偏远,无人值守,且没有配置通信专用发电设备,实际配置多是按通信设备实际用电量的10h放电率配置,光缆、微波中继站(无人站)一般按15~20h放电率配置。

蓄电池规定在标准温度(25󰀁)环境下,以10h率电流放电至终了电压所能达到的容量叫额定容量。电池放电电流过大,则达不到额定容量,因此,应根据设备负载、电压大小、后备时间和电流的大小等因素来选择合适容量的电池及满足应用要求的电池。蓄电池容量的计算公式为

Q󰀁KIT/n[1+a(t-25)](2)

式中󰀁Q为蓄电池容量(Ah);K为安全系数,取1.25左右;I为负荷电流(A);T为放电小时数(h);n为放电容量系数,t=3,4,8,6,10时对应的n为0.75,0.79,0.88,0.94,1;t为放电时的环境温度(󰀁);a为电池温度系数(1/󰀁)。

在选择蓄电池同时,要考虑同时配置蓄电池与电源的连接线缆,应根据蓄电池离用电设备的距离,通过计算确定蓄电池线缆的型号与线径,计算公式为

S=QaL/RU(3)

2

式中󰀁S为电缆线径(mm);Q为蓄电池容量(Ah);a为电池充电系数;L为蓄电池与负载电源设备之间的距离;R为线缆电导率(S);U为导线压降(V)。4.5󰀁蓄电池的测试

电力系统通信规程中规定了蓄电池的核对性放电周期,新安装或大修后的阀控蓄电池组,应进行全核对性放电试验,以后每隔2~3年进行一次核对性试验,运行了6年的阀控蓄电池,应每年作一次核对性放电试验。

在现场测试时,首先需要将蓄电池组脱离系统,通信站电源由2组蓄电池构成后备电源系统,󰀁30󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁电󰀁力󰀁系󰀁统󰀁通󰀁信󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁2008,29(193)

结合每个变电站通信电源设备状况、运行环境及负载情况,逐站制定,准备好备品与电缆,现场应具备快速组织实施事故预案的条件,必要时应对预案进行演练。同时,通信电源事故预案应结合变电站设备变化情况及时修订,确保与现场实际情况相符,具备实用性,一般每年应结合春、秋安全检查进行1至2次修订。

当怀疑系统电源故障时,通信调度应在电源监控中及时确认,并向通信主管领导进行汇报。有条件的应及时到达现场进行处理,同时联系变电站,确认交流供电线路是否停电或出现其他问题,通信调度应随时监视直流电压值的变化并与现场维护人员取得联系,以便采取相应措施。

如西安地区某无人站事故预案,当通信调度或各集中控制中心站从监控中发现某无人站电源电压从原来的-54V(考虑2V蓄电池单体的浮充电压为2.23~2.27V,25󰀁,若取2.25V,则整组电压为-54V)明显下降时,值班员应立即确认是否交流失压,尽快通知相关通信负责人,了解交流失压原因,观察直流电压下降情况,在短时间内不能恢复供电时,迅速采取以下措施。

1)指挥维护人员尽快到达现场,检查并尽快恢复交流供电,否则应关掉站内的一些辅助设施。在确认2个方向两波道微波信道机均正常的情况下,可以将2个方向信道机各关掉一个波道,减小负荷,延长供电时间。

2)按本站蓄电池容量和本站设备的耗电量初步计算出蓄电池组可以放电的最长时间,进一步采取必要的技术措施。该无人通信站所用电池为2组200Ah,运行设备是2台微波设备与2台PCM设备,耗电量为6A󰀁2,一组电池可以放电约10h(考虑该站电池安装于2003年,电池效率按0.6计算),那么2组200Ah电池可以放电约20h。

3)在有条件的地方,要迅速准备柴油发电机运达现场,随时准备发电。应提前准备足够的柴油,人员应熟练掌握发电机的操作,必要时还应准备相应容量的稳压电源装置。

4)如果交流部分故障是由交流配电部分的交流接触器损坏而引起的,可临时将交流接触器短接,先抢通,再维修。如有2组接触器,也可将负载倒到另一组接触器上,先恢复供电,然后再处理故障的接触器。

5)如交流供电正常,整流器也有输出,但电压过低,可人为将自动电压调整到手动位置,调整输在对其中一组进行测试时,可采用以下几种方法。

1)新型的供电整流模块,一般可单独控制后备电源的每一组蓄电池的工作,可用其软件(或硬件)开关关闭准备测试的蓄电池组的充电电流,再进行测试。

2)有些整流电源虽没有软硬开关控制充电电流,但每组蓄电池都有的保险,可通过去除保险的方法将其脱离系统。

对于最老式的多组蓄电池直接并联的系统,只有拆除电池组中的一根电流线才能将其脱离系统进行放电测试。完成放电测试后,蓄电池组电压较低,在接入另一组未测试的电池组时,因压差较大常常在接入时发生打火现象,可采用以下几种方法避免或减轻此现象。

1)放电测试后的蓄电池组不要马上接入系统,而是先进行一段时间的静置(如15~30min),其电压会慢慢上升。

2)将未放电的电池组对系统进行短时放电,使其电压下降(可对系统放电5~6min)。

3)在2个电压较为接近时,将电池组接入(此时2组电压差有1~2V,接入时打火很小)。

对于只有一组电池的通信站,由于不能退出运行,不能作全核对性放电,只能用I10电流恒流放出额定容量的50%,把充电机输出电压调低到保护电压或蓄电池组半容量的电压点(2V蓄电池10h率放电半容量点约在1.95~2.00V,可查蓄电池厂家放电曲线获得),利用实际负荷负载和外加负载对电池组进行半容量(50%)放电测试,在放电过程中如有失效蓄电池导致电池组电压急剧跌落,或放电至电池组电压到达充电机输出电压的设定值,充电机自动恢复输出,保证负载供电。放电后应立即用I10电流进行恒流限压充电󰀁恒流充电󰀁浮充电,反复放充(2~3)次,蓄电池组容量可得到恢复,也能找出和处理蓄电池存在的缺陷。若有备用蓄电池组作临时代用,应对该组蓄电池作全核对性放电。

5󰀁通信电源应急预案

为了减少因各种通信电源故障而引发的通信电路中断事故的发生,除了做好电源的日常维护工作外,还应结合具体情况,做好通信电源应急预案。在出现紧急故障时,启动应急预案,使电源不中断或尽量缩短电源中断的时间。

通信电源应急预案应具有实用性与针对性,应󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁网络建设󰀁󰀂梁芝贤等󰀁电力系统通信电源及其应急预案出电压,或暂时放自动位置维持运行,并尽快组织维修。

6)如全站直流失压,却无电压降低先兆,应检查直流输出保险,更换保险,恢复直流供电。

通常电力系统多数变电站交流供电较为可靠,对一些通信电源设备薄弱的站,可购置小型开关电源整流模块,以备电源故障无法快速恢复时应急。如西安地区采用通信电源整流小模块,在电源故障紧急处理中发挥了重要的作用。该模块有一路交/直流220V输入,直流-48V输出,容量为8.3/21A。在通信电源瘫痪时可作应急使用,同时也为不停电更换蓄电池组、电池组充放电等维护工作提供方便。该局多次利用这种小模块电源,在最短的时间内恢复了通信设备用-48V电源供电,大大缩短了通信设备因电源故障而停运的时间,为维护工作提供了极大便利。由于该模块可以将直流220V转变为-48V,故可在变电站交流失压时,通过站用直流220V为部分重要的通信设备提供直流供电。

󰀁31󰀁

6󰀁结束语

在通信网的构成中,电源是它的󰀁血脉󰀁,是确保通信畅通的必要条件。只有从主观上足够重视,加强集中监控,创造良好的运行环境,做到管理专业化、制度化,设备、技术先进化,操作、维护现代化,才能保证通信电源系统和通信系统的安全可靠运行。(L)

参考文献:

[1]󰀁朱世雄.新型电信电源系统与设备[M].北京:人民邮电出版社,2002.

[2]󰀁张雷霆.通信电源[M].北京:人民邮电出版社,

2005.

梁芝贤(1970󰀁),女,陕西西安人,高级工程师,从事电力系统通信管理。

赵󰀁馨(1971󰀁),女,陕西西安人,工程师,从事电力系统负荷监控管理。

Powersupplyanditsemergencyplaninpowercommunicationsystem

LIANGZhi-xian,ZHAOXin

(Xi󰀁anPowerSupplyBureau,Xi󰀁an710032,China)

Abstract:ThispaperintroducestheapplicationsofpowercommunicationpowersupplyinACandDCdistributionsystem.Itdiscus-sesthelightingprotectionmeasures,rectifiermodules,batteriesaswellastheemergencyplanofcommunicationpowersupply.Itputforwardtheguidelineontheconfigurationandupgradingofbothrectifiermodulesandbatteriesandmakessomesuggestionsonmain-tenanceandfaulthandling.Ithasguidingsignificanceforthemaintenanceofpowercommunicationpowersuppleequipment.Keywords:communicationpowersupply;maintenance;emergencyplan

通光OPGW销售再创季度新高

江苏通光光缆有限公司2008年第三季度捷报频传,国外连续中标几内亚输变电工程和刚果工程两个国际大项目;同时国内接连中标国家电网公司第五/第六批、内蒙电力、辽宁电力、福建电力、江西电力等国内工程,中标光缆总长度约

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