專利名稱：變電站用通信電源及與站用直流電源一體化的設計方案的制作方法
技術領域：
本發明涉及變電站用通信電源，具體是涉及變電站用通信電源及與站用直流電源一體化的設計方案。屬于變電站的設備配置技術領域。
背景技術：
通信是電網的神經，關系到整個電網的安全生產和有效管理。目前，變電站采用的通信直流電源與變電站站用直流電源單獨配置，通信直流電源配置的通信直流蓄電池、充電機、配電屏等與變電站站用直流電源的設備重復，且蓄電池房間需單獨設置，造成了一定的資源浪費。另外，由于通信專業相關人員匹配不足、巡檢運維缺乏嚴格的規范，維護水平參差不齊，導致部分電源性能下降、壽命縮短，存在安全隱患。為了提高通信設備供電電源的可靠性和減少設備投資、減小主控樓建筑面積，研究了變電站站用直流電源與通信直流電源一體化方案，但現有站用直流電源與通信直流電源一體化方案是從站用直流電源經2路DC/DC模塊輸出連接至-48V通信母線，給通信設備供電。經各種運行工況適應性測試發現，該方案存在以下問題I) DC/DC模塊輸出保護失效會導致輸出電壓過高而有可能損壞通信設備。2)饋線支路短路或過載可能會導致其它支路通信設備斷電。3)大容量通信設備接入可能會導致其它支路通信設備斷電。上述3個問題，其中I)是由于DC/DC裝置自身控制模塊的故障，導致DC/DC輸出電壓過高，從而可能損壞所有接至通信母線上的設備。2)和3)均是由于DC/DC裝置的大電流特性比蓄電池差，無法在短時提供大電流，使空開無法脫扣或通信母線電壓驟降引起的。因此采用該方案的通信設備供電電源的可靠性較差。而且在對于電源事故放電時間的處理上，根據與通信直流相關的國標和行標規定，通信直流電源要按12小時事故放電處理，站用直流電源按2小時事故放電處理，該方案則采用站用直流電源與通信直流電源事故放電時間折中值。地理位置偏遠地區變電站電氣負荷按2小時事故放電，通信負荷按4小時事故放電考慮，該取折中時間的方法不能滿足現行規范的要求。由于上述問題，影響了通信直流電源的可靠性，制約了變電站直流電源一體化技術的推廣應用。
發明內容
本發明的目的之一，是為了克服現有技術的不足，提供變電站用通信電源。本發明的目的之二，是為了提供一種變電站用通信電源與站用直流電源一體化的設計方案，該方案能夠提高通信電源的可靠性，縮小故障范圍，并能實時監控各項設備及早發現問題。同時既滿足通信電源與站用電源放電時間的相關規范要求，又不會使蓄電池容量大幅上升，提高一體化電源的可靠性與智能化水平。
本發明的目的之一可以通過采取以下技術方案實現變電站用通信電源，其特征在于包括通信配電屏和若干個通信設備屏，在各通信設備屏配置一個DC/DC模塊；所述通信配電屏的電源輸入端連通站用直流電源的輸出端，該通信配電屏的若干個電源輸出端各連接一個DC/DC模塊的電源輸入端；采用站用直流電源為輸入電源，所述DC/DC模塊內置隔離變壓器，通過該隔離變壓器實現變電站直流與通信直流對接的電路結構。通信配電屏的電源輸入端與站用直流電源相連，為通信設備屏提供了變電站用通信電源。本發明的進一步方案站用直流電源的直流蓄電池、直流充電機屏通過直流母線連接通信配電屏的電源輸入端，安裝在各通信設備屏內的DC/DC模塊的電源輸入端連接在直流母線上，構成站用直流蓄電池和站用直流充電機屏為輸入電源的電路結構。本發明的目的之二可以通過采取如下技術方案達到變電站用通信電源與站用直流電源一體化的設計方案，其特征在于采用分布式DC/DC模塊的設計理念，在每面通信設備屏內安裝DC/DC模塊，從直流配電屏將IlOV或220V直流電源接到通信設備屏上，通過通信設備屏上的DC/DC模塊變換成-48V電源輸出給通信設備供電，取消通信直流-48V母線，用直流蓄電池和站用直流充電機屏為輸入電源，構成站用直流蓄電池和站用直流充電機屏為輸入電源的電路結構。實現了變電站內的直流電源與通信直流電源的統一，取消了通信直流蓄電池、取消通信直流充電機，每個通信設備屏內安裝DC/DC模塊，當某通信設備屏內的DC/DC模塊輸出支路發生短路或過載等故障時，僅影響本屏設備，不會對其他通信設備產生影響，大大縮小的故障范圍。所述DC/DC模塊能實現IlOV直流或220V直流向-48V直流的轉換。本發明的進一步方案在設計方案中設置一體化電源智能監控系統，所述一體化電源智能監控系統對變電站的直流蓄電池、直流充電機屏、直流母線絕緣狀態、饋線分合狀態及DC/DC模塊狀態進行實時在線監控。本發明的進一步方案所述一體化電源智能監控系統采用分層分布式結構，包括高級應用層和間隔層，所述高級應用層是一體化電源智能監控單元，所述間隔層包括直流蓄電池在線監測模塊、直流充電機在線監測模塊、DC/DC在線監測模塊、直流母線絕緣在線監測模塊和饋線狀態在線監測模塊；所述間隔層的直流蓄電池在線監測模塊、直流充電機屏在線監測模塊、DC/DC在線監測模塊、直流母線絕緣在線監測模塊和饋線狀態在線監測模塊都基于IEC61850規約、采用光纖或以太網線通過以太網交換機接入一體化電源智能監控單元，通過直流蓄電池在線監測模塊、直流充電機屏在線監測模塊、DC/DC在線監測模塊、直流母線絕緣在線監測模塊和饋線狀態在線監測模塊實時監控采集直流電源設備的信息，并把信息實時的傳遞到一體化電源智能監控單元，通過一體化電源智能監控單元實現集中監控、集中分析、設備告警以及設備狀態的顯示、參數的設置。直流蓄電池在線監測模塊——實時監測蓄電池組中每只蓄電池的電壓、電流、電阻等信息，并將信息上送到智能監控單元。直流充電機屏在線監測模塊一實時監測充電機屏(即開關電源模塊)的交流輸入電壓、交流輸入電流、直流輸出電壓、直流輸出電流、每個充電模塊的負荷狀態、功率因數等信息，并將信息上送到智能監控單元。直流母線絕緣監測模塊一實時監測直流母線的絕緣水平，發生絕緣降低時，馬上發出告警信號，并將信息上送到智能監控單元。饋線狀態監測模塊一一實時監測每一路饋線空開的合、分狀態，并將信息上送到智能監控單元。DC/DC模塊監測模塊——實時監測每一個DC/DC模塊的輸入電壓、輸入電流、輸出電壓、輸出電流、負荷狀態、功率因數等各項信息，并將信息上送到智能監控單元。直流蓄電池在線監測模塊、直流充電機在線監測模塊、DC/DC模塊監測模塊、直流母線絕緣狀態監測模塊、饋線狀態監測模塊等均采用總線通訊或以太網通訊的方式連接到一體化電源智能監控單元，所有在線監測的數據集中到一體化電源智能監控單元中進行集中處理和分析。本發明的進一步方案所述間隔層的直流蓄電池在線監測模塊、直流充電機屏在線監測模塊、DC/DC在線監測模塊、直流母線絕緣在線監測模塊和饋線狀態在線監測模塊也可基于MODBUS規約通過電纜總線接入一體化電源智能監控單元。本發明的進一步方案所述DC/DC在線監測模塊通過總線將所有分布在各通信設備屏上的DC/DC模塊連接起來，實現對所有DC/DC模塊的實時監控。本發明的進一步方案所述直流配電屏分為通信配電屏和變電站直流配電屏，所述變電站直流配電屏專為變電站直流負荷供電，通信配電屏專為通信直流負荷供電，通信配電屏和變電站直流配電屏上均設有自動切除開關，所述自動切除開關由一體化電源智能監控單元控制，一體化電源智能監控單元實時監測直流充電機屏的交流進線電壓，當所有交流失電后，通過自動切除開關將直流蓄電池的事故放電時間分為2個階段，第一階段:O 120min，該階段內直流蓄電池同時給變電站直流電源的設備和通信設備供電；第二階段121min 720min,該階段直流蓄電池僅給通信設備供電。本發明的進一步方案所述直流蓄電池的容量滿足第一階段和第二階段的放電負荷，第一階段0 120min，該階段內事故放電負荷為變電站直流電源設備的負荷與通信設備負荷的總和，第二階段121min 720min，該階段僅為通信設備負荷。本發明的有益效果I)、采用站用直流電源為通信配電屏的輸入電源，提供了一種變電站用通信電源。2)、通過每個通信設備屏內獨立的DC/DC模塊，從直流配電屏將IlOV或220V直流電源接到通信設備屏上，用直流蓄電池和站用直流充電機屏為輸入電源，構成站用直流蓄電池和站用直流充電機屏為輸入電源的電路結構。當某通信設備屏內的DC/DC模塊輸出支路發生短路或過載等故障時，僅影響本屏設備，不會對其他通信設備產生影響，大大縮小的故障范圍，而且取消了原有的48V通信母線，簡化了電氣接線，提高了通信電源的可靠性；3)、通過一體化電源智能監控單元和自動切除開關實現了分階段放電，將直流蓄電池事故放電時間分為O 120min和121min 720min兩個時間段,解決了通信電源與變電站的直流電源一體化后，在事故放電時間的選擇上同時滿足通信電源與變電站直流電源相關規范的要求，而且又不會大幅增加蓄電池的容量。4)、本方案設計了完善的電源自身智能監控功能，通過一體化電源智能監控系統實時監測各項參數，及早發現問題，提高了一體化電源的可靠性與智能化水平。推進了變電站交直流電源一體化技術的發展。
圖1是現有直流電源一體化技術的結構示意圖。圖2是本發明的結構示意圖。圖3是本發明一體化電源智能監控系統的框圖。
具體實施例下面結合附圖對本發明作進一步的說明。具體實施例1 :如圖2和圖3所示的變電站用通信電源，包括通信配電屏3-1和若干個通信設備屏4，在各通信設備屏4配置一個DC/DC模塊5 ;所述通信配電屏3-1的電源輸入端連通站用直流電源的輸出端，該通信配電屏3-1的若干個電源輸出端各連接一個DC/DC模塊5的電源輸入端；采用站用直流電源為輸入電源，所述DC/DC模塊5內置隔離變壓器，通過該隔離變壓器實現變電站直流與通信直流對接的電路結構。 所述站用直流電源的直流蓄電池1、直流充電機屏2通過直流母線7連接通信配電屏3-1的電源輸入端，安裝在各通信設備屏4內的DC/DC模塊5的電源輸入端連接在直流母線7上，構成站用直流蓄電池I和站用直流充電機屏2為輸入電源的電路結構。變電站用通信電源與站用直流電源一體化的設計方案，采用分布式DC/DC模塊5的設計理念，在每面通信設備屏4內安裝DC/DC模塊5，從直流配電屏將IlOV或220V直流電源接到通信設備屏4上，通過通信設備屏4上的DC/DC模塊5變換成-48V電源輸出給通信設備6供電，取消通信直流-48V母線，用直流蓄電池I和站用直流充電機屏2為輸入電源，構成站用直流蓄電池I和站用直流充電機屏2為輸入電源的電路結構。在設計方案中設置一體化電源智能監控系統，所述一體化電源智能監控系統對變電站的直流蓄電池1、直流充電機屏2、直流母線絕緣狀態、饋線分合狀態及DC/DC模塊狀態進行實時在線監控。所述一體化電源智能監控系統采用分層分布式結構，包括高級應用層和間隔層，所述高級應用層是一體化電源智能監控單元9，所述間隔層包括直流蓄電池在線監測模塊
10、直流充電機在線監測模塊11、DC/DC在線監測模塊12、直流母線絕緣在線監測模塊13和饋線狀態在線監測模塊14 ;所述間隔層的直流蓄電池在線監測模塊10、直流充電機屏在線監測模塊1UDC/DC在線監測模塊12、直流母線絕緣在線監測模塊13和饋線狀態在線監測模塊14都基于IEC61850規約、采用光纖或以太網線通過以太網交換機接入一體化電源智能監控單元9，通過直流蓄電池在線監測模塊11、直流充電機屏在線監測模塊11、DC/DC在線監測模塊12、直流母線絕緣在線監測模塊13和饋線狀態在線監測模塊14實時監控采集直流電源設備的信息，并把信息實時的傳遞到一體化電源智能監控單元9，通過一體化電源智能監控單元9實現集中監控、集中分析、設備告警以及設備狀態的顯示、參數的設置。所述DC/DC在線監測模塊13通過總線將所有分布在各通信設備屏4上的DC/DC模塊5連接起來，實現對所有DC/DC模塊5的實時監控。所述直流配電屏分為通信配電屏3-1和變電站直流配電屏3-2，所述變電站直流配電屏3-2專為變電站直流負荷供電，通信配電屏3-1專為通信直流負荷供電，通信配電屏3-1和變電站直流配電屏3-2上均設有自動切除開關15，所述自動切除開關15由一體化電源智能監控單元9控制，一體化電源智能監控單元9實時監測直流充電機屏2的交流進線電壓，當所有交流失電后，通過自動切除開關15將直流蓄電池I的事故放電時間分為2個階段，第一階段0 120min，該階段內直流蓄電池I同時給變電站直流電源的設備和通信設備6供電；第二階段121min 720min,該階段直流蓄電池I僅給通信設備6供電。所述直流蓄電池I的容量滿足第一階段和第二階段的放電負荷，第一階段0 120min,該階段內事故放電負荷為變電站直流電源設備的負荷與通信設備負荷的總和，第二階段121min 720min，該階段僅為通信設備負荷。直流蓄電池I的事故放電時間采用如下方法實現在通信配電屏3-1和變電站直流配電屏3-2上設置自動切除開關15，一體化電源智能監控單元9實時監測直流充電機屏2的所有交流進線電源，當所有交流進線電源都失電時，開始計時，通過自動切除開關15開啟變電站直流電源的通信配電屏3-1和變電站直流配電屏3-2，當失電時間滿足120min后，一體化電源智能監控單元9控制自動切除開關切斷變電站直流配電屏3-2，在接下來的121min 720min內僅保留通信配電屏3-1,從而既滿足通信直流電源12小時事故放電要求，又不致于使蓄電池容量大幅增加。例如，經過計算，一個500kV變電站，實施本發明的一體化電源方案，采用該分階段切除策略后，站用直流蓄電池容量由原來的110V800Ah變成110V1200Ah即可滿足要求。具體實施例2 本實施例的特點是所述間隔層的直流蓄電池在線監測模塊10、直流充電機屏在線監測模塊1UDC/DC在線監測模塊12、直流母線絕緣在線監測模塊13和饋線狀態在線監測模塊14也可基于MODBUS規約通過電纜總線接入一體化電源智能監控單元9，其他特點與具體實施例1相同。其的保護范圍并不局限于實施例所述的內容，任何熟悉本技術領域的技術人員在本發明揭露的范圍內，根據本發明的技術方案及其發明構思加以等同替換或改變，都屬于本發明的保護范圍。
權利要求
1.變電站用通信電源，其特征在于包括通信配電屏(3-1)和若干個通信設備屏(4)，在各通信設備屏(4 )配置一個DC/DC模塊(5 );所述通信配電屏(3-1)的電源輸入端連通站用直流電源的輸出端，該通信配電屏(3-1)的若干個電源輸出端各連接一個DC/DC模塊(5)的電源輸入端；采用站用直流電源為輸入電源，所述DC/DC模塊(5)內置隔離變壓器，通過該隔離變壓器實現變電站直流與通信直流對接的電路結構。
2.根據權利要求1所述的變電站用通信電源，其特征在于站用直流電源的直流蓄電池(I)、直流充電機屏(2 )通過直流母線(7 )連接通信配電屏(3-1)的電源輸入端，安裝在各通信設備屏(4 )內的DC/DC模塊(5 )的電源輸入端連接在直流母線(7 )上，構成站用直流蓄電池(I)和站用直流充電機屏(2)為輸入電源的電路結構。
3.如權利要求1所述的變電站用通信電源與站用直流電源一體化的設計方案，其特征在于采用分布式DC/DC模塊(5)的設計理念，在每面通信設備屏(4)內安裝DC/DC模塊(5),從直流配電屏將IIOV或220V直流電源接到通信設備屏(4)上，通過通信設備屏(4)上的DC/DC模塊(5)變換成-48V電源輸出給通信設備(6)供電，取消通信直流-48V母線，用直流蓄電池(I)和站用直流充電機屏(2 )為輸入電源，構成站用直流蓄電池(I)和站用直流充電機屏(2)為輸入電源的電路結構。
4.據權利要求3所述的變電站用通信電源與站用直流電源一體化的設計方案，其特征在于在設計方案中設置一體化電源智能監控系統，所述一體化電源智能監控系統對變電站的直流蓄電池(I)、直流充電機屏(2)、直流母線絕緣狀態、饋線分合狀態及DC/DC模塊狀態進行實時在線監控。
5.根據權利要求4所述的變電站用通信電源與站用直流電源一體化的設計方案，其特征在于所述一體化電源智能監控系統采用分層分布式結構，包括高級應用層和間隔層，所述高級應用層是一體化電源智能監控單元(9)，所述間隔層包括直流蓄電池在線監測模塊(10)、直流充電機在線監測模塊(11)、DC/DC在線監測模塊(12)、直流母線絕緣在線監測模塊(13)和饋線狀態在線監測模塊(14);所述間隔層的直流蓄電池在線監測模塊(10)、直流充電機屏在線監測模塊(11)、DC/DC在線監測模塊(12)、直流母線絕緣在線監測模塊(13)和饋線狀態在線監測模塊(14)都基于IEC61850規約、采用光纖或以太網線通過以太網交換機接入一體化電源智能監控單元(9)，通過直流蓄電池在線監測模塊(11)、直流充電機屏在線監測模塊(11)、DC/DC在線監測模塊(12)、直流母線絕緣在線監測模塊(13)和饋線狀態在線監測模塊(14)實時監控采集直流電源設備的信息，并把信息實時的傳遞到一體化電源智能監控單元(9)，通過一體化電源智能監控單元(9)實現集中監控、集中分析、設備告警以及設備狀態的顯示、參數的設置。
6.根據權利要求5所述的變電站用通信電源與站用直流電源一體化的設計方案，其特征在于所述間隔層的直流蓄電池在線監測模塊(10)、直流充電機屏在線監測模塊(11)、DC/DC在線監測模塊(12)、直流母線絕緣在線監測模塊(13)和饋線狀態在線監測模塊(14)也可基于MODBUS規約通過電纜總線接入一體化電源智能監控單元(9 )。
7.根據權利要求5或6所述的變電站用通信電源與站用直流電源一體化的設計方案，其特征在于所述DC/DC在線監測模塊(13)通過總線將所有分布在各通信設備屏(4)上的DC/DC模塊(5 )連接起來，實現對所有DC/DC模塊(5 )的實時監控。
8.根據權利要求3或4所述的變電站用通信電源與站用直流電源一體化的設計方案，其特征在于所述直流配電屏分為通信配電屏(3-1)和變電站直流配電屏(3-2)，所述變電站直流配電屏(3-2)專為變電站直流負荷供電，通信配電屏(3-1)專為通信直流負荷供電，通信配電屏(3-1)和變電站直流配電屏(3-2)上均設有自動切除開關(15)，所述自動切除開關(15)由一體化電源智能監控單元(9)控制，一體化電源智能監控單元(9)實時監測直流充電機屏(2)的交流進線電壓，當所有交流失電后，通過自動切除開關(15)將直流蓄電池(I)的事故放電時間分為2個階段，第一階段0 120min，該階段內直流蓄電池(I)同時給變電站直流電源的設備和通信設備(6)供電；第二階段121min 720min，該階段直流蓄電池(I)僅給通信設備(6 )供電。
9.根據權利要求8所述的變電站用通信電源與站用直流電源一體化的設計方案，其特征在于所述直流蓄電池(I)的容量滿足第一階段和第二階段的放電負荷，第一階段0 120min,該階段內事故放電負荷為變電站直流電源設備的負荷與通信設備負荷的總和，第二階段121min 720min，該階段僅為通信設備負荷。
全文摘要
本發明公開變電站用通信電源及與站用直流電源一體化的設計方案，包括通信配電屏和若干個通信設備屏，在各通信設備屏配置一個DC/DC模塊；所述通信配電屏的電源輸入端連通站用直流電源的輸出端，該通信配電屏的若干個電源輸出端各連接一個DC/DC模塊的電源輸入端；采用站用直流電源為輸入電源，從直流配電屏將110V或220V直流電源接到通信設備屏上，通過通信設備屏上的DC/DC模塊變換成-48V電源輸出給通信設備供電。本發明提供了變電站用通信電源，并且當某通信設備屏內的DC/DC模塊輸出支路發生短路或過載等故障時，僅影響本屏設備，大大縮小的故障范圍，取消了原有的48V通信母線，簡化了電氣接線，提高了通信電源的可靠性。
文檔編號H02J11/00GK103066692SQ20131001384
公開日2013年4月24日 申請日期2013年1月14日 優先權日2013年1月14日
發明者施世鴻, 譚茂強, 劉平, 谷新梅, 張勁松, 賀艷芝, 許斌斌 申請人:中國能源建設集團廣東省電力設計研究院