劉元潑

摘 要：“十三五”計(jì)劃對智能電網(wǎng)提出了新的要求。隨著智能電網(wǎng)的發(fā)展，電力通信的發(fā)展進(jìn)入了全新階段。通信電源是通信系統(tǒng)的“心臟”，必須保障通信電源安全有序運(yùn)行，才能保證通信設(shè)備正常運(yùn)行，進(jìn)而保障電網(wǎng)的安全穩(wěn)定。目前，電力通信設(shè)備使用的基本是-48V的直流電源系統(tǒng)，蓄電池作為通信直流系統(tǒng)的第二道屏障，其放電過程對通信設(shè)備的影響必須得予重視。

關(guān)鍵詞：智能電網(wǎng);通信設(shè)備;通信直流電源系統(tǒng);蓄電池

中圖分類號：TN929.5;TM912 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1003-5168（2019）23-0127-03

Research on Reducing the Risk of Interruption of

Communication Equipment in Battery Discharge Process

LIU Yuanpo

（Guangdong Power Grid Co.， Ltd.， Maoming Power Supply Bureau，Maoming Guangdong 525000）

Abstract： The 13th five-year plan makes new requirements for smart grid. With the development of smart grid， the development of power communication has entered a new stage. Communication power supply is the "heart" of communication system. It is necessary to ensure the safe and orderly operation of communication power supply， so as to ensure the normal operation of communication equipment and the safety and stability of the power grid. At present， the basic power communication equipment is a -48v dc power supply system. As the second barrier of the communication dc system， the battery's discharge process must be taken seriously.

Keywords： smart grid;communication equipment;communication dc power supply system;battery

1 電力通信設(shè)備直流電源系統(tǒng)

電力通信設(shè)備直流電源系統(tǒng)主要由高頻開關(guān)電源、蓄電池組、直流配電和電源監(jiān)控等設(shè)備組成，為通信設(shè)備提供-48V直流電源。在正常情況下，高頻開關(guān)電源整流模塊將輸入的市電（交流電源）轉(zhuǎn)化為直流后供電給通信設(shè)備，同時給蓄電池充電。當(dāng)市電由于故障停電時，蓄電池組放電供給通信設(shè)備。南方電網(wǎng)通信電源技術(shù)規(guī)范規(guī)定：設(shè)于變電站、開關(guān)站的通信站蓄電池組放電時間不少于8h。

2 電力通信設(shè)備中斷對電力生產(chǎn)業(yè)務(wù)的影響

目前，電力通信設(shè)備基本由-48V直流電源系統(tǒng)供電，蓄電池放電過程中，若全程壓降使得通信設(shè)備輸入電壓低于設(shè)備保護(hù)電壓，將會導(dǎo)致變電站內(nèi)絕大部分通信設(shè)備發(fā)生中斷，導(dǎo)致通過傳輸設(shè)備傳輸?shù)睦^電保護(hù)和調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)等生產(chǎn)業(yè)務(wù)中斷，嚴(yán)重情況下可導(dǎo)致電力2級事件。

3 電力通信設(shè)備在蓄電池放電過程中斷的影響因素

當(dāng)市電由于故障停電時，蓄電池組放電供給通信設(shè)備，此時應(yīng)考慮從直流系統(tǒng)的蓄電池端子到負(fù)載設(shè)備端子的壓降。蓄電池放電回路全程壓降主要有蓄電池直流線纜壓降、配電系統(tǒng)壓降和放電瞬間蓄電池組壓降。

3.1 直流線纜壓降

電力通信設(shè)備的輸入電壓是-48V，在蓄電池供電期間，必須考慮直流系統(tǒng)全程的電源線纜壓降。因此，必須根據(jù)電纜上壓降公式計(jì)算線徑選擇合適的電源線纜，壓降公式為：

[ΔU=IR=Iρ2L/S=2IL/γS]? ? ? ? ? ? ? ? （1）

式中：[S]為線纜的截面面積，mm2;[I]為線纜的最大電流，A;[L]為線纜的單程長度;[ρ]為線纜的電阻率;[γ]為線纜的電導(dǎo)率，m/Ω·mm2，銅為57，鋁為34;[ΔU]為線纜的電壓降。

通信設(shè)備各分段直流電源線徑可以根據(jù)式（1）得出：

[S=2IL/γΔU]? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?（2）

根據(jù)此段分配的電壓壓降數(shù)值和設(shè)備供電線路最大電流及線路的單程長度計(jì)算線纜線徑，線纜線徑取值時要在計(jì)算值基礎(chǔ)往上一級。

3.2 配電單元二極管壓降

單方向?qū)щ娦允嵌O管最重要的特性。在二極管電路中，電流只能從二極管的正極流入，負(fù)極流出。在電子電路中，將高電位端接在二極管正極，低電位端接在負(fù)極，此時二極管處于導(dǎo)通狀態(tài)。二極管兩端的正向電壓很小時，二極管處于非導(dǎo)通狀態(tài)，只有二極管正向電壓達(dá)到門檻電壓值，鍺管約為0.2V，硅管約為0.7V，此時才能處于導(dǎo)通狀態(tài)。二極管導(dǎo)通之后，兩端電壓基本上維持穩(wěn)定，此時產(chǎn)生的壓降稱為“正向壓降”。

通信直流電源系統(tǒng)中，在雙路輸入共用一套配電屏?xí)r（見圖1），往往采用二極管（硅管）來隔離兩路電源，防止反送電情況。硅管壓降約為0.7V，從而導(dǎo)致直流系統(tǒng)輸出壓降為0.7V，此時應(yīng)將該壓降納入影響通信設(shè)備直流輸入的電壓壓降中。

3.3 蓄電池放電瞬間電壓陡降

鉛酸蓄電池放電時，電池輸出電壓會出現(xiàn)瞬間陡降，接著電壓回升到一定階段后，電壓又開始緩慢（平穩(wěn)）下降。眾所周知，蓄電池的電動勢和電池溶液中酸的濃度具有密切關(guān)系。

依據(jù)電動勢公式，即式（3），可以推導(dǎo)出式（4）：

[E=E0RTnFlnagG×ahHaaA×abB]? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? （3）

[E=E0-1.19×10-5×RT×lga4H+]? ? ? ? ? （4）

從式（4）可得，蓄電池的電動勢與蓄電池溶液中H+濃度有著直接聯(lián)系，一定范圍內(nèi)，電解液H+濃度越高，電動勢就越高，反之越低[1]。因此，蓄電池在放電過程中，電解液濃度越來越低，最后接近水的密度。電池開始放電時，接近電解液的正極活性物質(zhì)表面部分的硫酸第一時間被消耗掉，導(dǎo)致該處硫酸濃度迅速降低，電池電壓出現(xiàn)陡降。依據(jù)溶液由濃度高向濃度低流動的原理，這時臨近的硫酸開始慢慢流向此處，電壓在一定范圍回升，但由于硫酸補(bǔ)充的速度比不上反應(yīng)的速度，從而導(dǎo)致硫酸濃度持續(xù)減少，蓄電池的電壓繼續(xù)下降。

從2018年對65套鉛酸蓄電池記錄的放電數(shù)據(jù)可以發(fā)現(xiàn)，在蓄電池放電瞬間，單節(jié)蓄電池電壓由2.2V下降至2V，單節(jié)電池電壓下降幅度約為0.2V，如圖2所示。電池組電壓由52V瞬間下降至47.5V，下降幅度約為4.5V，如圖3所示。以-48V直流電源計(jì)算，壓降為0.5V。

當(dāng)蓄電池出現(xiàn)電壓陡降復(fù)升時，特別是在陡降的最低點(diǎn)，如果數(shù)值越低，風(fēng)險就越大。最低點(diǎn)的值低于通信設(shè)備的保護(hù)電壓，就會導(dǎo)致通信設(shè)備停運(yùn)。

4 蓄電池供電時降低通信設(shè)備中斷風(fēng)險的措施

4.1 控制直流系統(tǒng)全程壓降

根據(jù)《南方電網(wǎng)通信電源技術(shù)規(guī)范》（Q/CSG1203011—2016）[2]的規(guī)定，在負(fù)載設(shè)備正常工作的任何時刻，不應(yīng)脫離規(guī)定的電壓范圍（43.2～57.6V）。這是由于單節(jié)電池放電的終止電壓為1.8V，-48V蓄電池組24節(jié)總壓降為-43.2V。電力通信設(shè)備的直流輸入電壓允許的變動范圍為-40～-57V，因此，得出從蓄電池端子到負(fù)載設(shè)備端子的壓降為3.2V，即可得[ΔU1+ΔU2][+ΔU3≤3.2V]。

4.1.1 減少直流放電系統(tǒng)線纜帶來的壓降（[ΔU1]）。選擇直流線纜時，應(yīng)正確選擇線徑。利用式（5），根據(jù)此段分配的電壓壓降數(shù)值和設(shè)備供電線路最大電流及線路的單程長度計(jì)算出線纜線徑，取值時，線纜線徑要在計(jì)算值基礎(chǔ)往上一級[3]。

[S=2IL/γΔU1]? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? （5）

4.1.2 減少直流配電單元帶來的壓降（[ΔU2]）。根據(jù)《南方電網(wǎng)通信電源技術(shù)規(guī)范》（Q/CSG 1203011—2016）[2]規(guī)定，直流配電部分壓降不超過0.5V（環(huán)境溫度20℃）。對于具備雙路直流電源輸入功能的通信設(shè)備，應(yīng)由兩套通信直流供電系統(tǒng)分別供電，減少二極管在直流配電單元的使用。如果由通信設(shè)備柜內(nèi)的直流分配開關(guān)（PDU）供電，需要配置兩組獨(dú)立的直流分配開關(guān)，分別與兩套通信直流供電系統(tǒng)獨(dú)立連接，禁止形成并聯(lián)，且禁止使用二極管隔離。

4.1.3 減少蓄電池組壓降（[ΔU3]）。關(guān)注蓄電池組放電瞬間的壓降，并將其納入計(jì)算直流系統(tǒng)全程壓降。對蓄電池組定期進(jìn)行80%核容檢查，關(guān)注蓄電池單體電壓變化及內(nèi)阻變化。新安裝或大修后的鉛酸閥控蓄電池組，應(yīng)進(jìn)行全核對性放電試驗(yàn)，以后每隔2～3年進(jìn)行一次核對性試驗(yàn);運(yùn)行了6年以后的閥控蓄電池，應(yīng)每年進(jìn)行一次核對性放電試驗(yàn);備用擱置的閥控蓄電池，每3個月應(yīng)進(jìn)行一次補(bǔ)充充電[4]。保證蓄電池組壓降在允許范圍內(nèi)，使得[ΔU1+ΔU2+ΔU3≤3.2V]，注意蓄電池放電瞬間電壓的陡降現(xiàn)象。

4.2 控制通信設(shè)備輸入電壓范圍

通信設(shè)備入網(wǎng)測試時，關(guān)注通信設(shè)備耐壓測試，電力通信設(shè)備的直流輸入電壓允許的變動范圍為-40～-57V。嚴(yán)格控制電力通信設(shè)備的變動范圍，防止將電力通信設(shè)備耐壓范圍設(shè)置為小于-57V;對于不符合電源范圍的通信設(shè)備，禁止進(jìn)行并網(wǎng)。通信設(shè)備日常維護(hù)中，關(guān)注設(shè)備輸入電壓范圍是否在允許范圍內(nèi)，對不符合要求的設(shè)備進(jìn)行備案，盡快通過技改項(xiàng)目進(jìn)行升級改造。

5 結(jié)語

新時代對電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定提出了新的要求，電力通信系統(tǒng)的穩(wěn)定是電網(wǎng)安全穩(wěn)定的基石。通信電源系統(tǒng)是通信設(shè)備的“心臟”，在日常運(yùn)維中關(guān)注通信電源系統(tǒng)的穩(wěn)定，保障通信設(shè)備正常運(yùn)行。在通信電源系統(tǒng)建設(shè)中，嚴(yán)格把握通信設(shè)備耐壓范圍、直流供電系統(tǒng)全程線纜壓降、配線單元壓降及蓄電池組壓降問題，降低通信設(shè)備在蓄電池放電時中斷的風(fēng)險，保障電網(wǎng)的安全與穩(wěn)定。

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