探索直流通信电源在电力系统中的应用

摘要：电力系统通信直流电源是保证通信设备正常运行、通信畅通的基础和关键,做好对电力系统通信直流电源的维护具有重要的意义，直接影响着电力系统通信网的安全平稳运行。本文详细介绍了自动调压装置的设计方法，原理框图，原理电路，工作原理和工作的过程，并且对典型的现代电力系统通信直流电源的结构组成进行了详细的分析介绍。

关键词：合闸母线；控制母线；继电保护；信号回路；双向移位寄存器； 直流电源

中图分类号： TM588.5 文献标识码： A

引言

电力系统所需的直流电源，都是由直流电源系统提供的，而直流电源系统的输出为合闸母线和控制母线两部分。合闸母线的电压即为充电机输出电压值，合闸母线的电压高，其作用是为合闸机构提供操作电源。控制母线的电压要比合闸母线的电压低，而充电机在满足给蓄电池正常充电的情况下，其输出电压要高于控制母线电压，要满足控制母线能正常地给电力系统的继电保护装置及信号回路等供电。必须把合闸母线电压降至一定范围，形成控制母线。

1 方案选择

我们选择方案所遵守的原则为：成本低、性能高、具有高可靠性与稳定性、实用性。

1.1 选用单片机控制方案

选用8031或8051构成的单片机系统，虽然实现起来，十分简便，但是此系统所需辅助器件比较多，造成成本过高。另外一重要原因是此种方案对干扰特别灵敏。实际运用，可靠性较差，基于以上二种原因，此种方案没有采用

1.2 选用大规模可编程逻辑器件方案

我们选用了可编程逻辑器件GAL20V8B，进行编程实现。此种方案电路简单，造价不高，但是经实际试验后发现，此种方案的抗干扰能力较差。所以，也不是优选方案，没有被我们采用。

1.3 用大规模逻辑电路方案

采用此种方案后，我们发现实现自动调压功能的电路十分简单，整个成本明显降低，由于采用的逻辑芯片为双向移位寄存器40194B{74194}，此种芯片是一种成熟的芯片，其工作稳定性十分高，造价也十分低。是目前普遍采用的一种集成电路。

2 元器件选择

所设计的自动调压装置在直流电源系统中是一个独立执行部分，其自动控制电路部分所需的+12V工作电源。是利用电阻从+KM上降压之后。通过7812稳压块直接稳压后而获得，采样回路。利用精密电阻直接降压采样，这样足可以保证采样的精度要求，从而不用采用价格高的霍耳元件，成本大大降低，另外，工作的可靠性与稳定性都比霍耳元件高。比较判断回路，是LM224工业常采用的芯片，其价格低，性能可靠，触发电路采用的是NE555集成电路，移位执行电路采用的是40194B（74194）双向移位寄存器。其工作过程参见表1驱动电路采用的是BU406（BUX85）高压三极管，此种器件的造价十分低，同时它也是成熟的器件被广泛应用于工业。继电器采用的是JQX58F。这种继电器节点容量大，而且价格低，降压回路采用的是硅二极管组。

3 工作过程

合闸母线（+HM）经过硅降压回路降压后，形成正控制母线（+KM），+KM经自动调压回路采样后，采样值送到比较判断回路，在此处进行比较。如果+KM没有高于预先设好的范围，则触发电路不动作。移位执行电路也不动作，相应的继电器也不动，电路保持原状态，+KM值保持不变，如果+KM超出了预先设好的范围，则比较判断回路发出信号，告之触发电路，触发电路立即发出脉冲，触发移位寄存器，移位寄存器开始向左或向右执行移位，从而使电路驱动继电器动作。继电器相应的节点打开或闭和，来实现硅二极管是串入还是脱离+KM回路，于是实现+KM按电力标准规定的范围内变化，从而实现了自动调节+KM电压。

4 电力系统通信直流电源的组成

通信直流电源是一个比较复杂的系统，目前电力系统通信直流电源均采用48V的高频开关直流电源，电力系统通信直流电源由交流部分、整流器、直流分配部分、蓄电池组和监控模块按照要求组合而成。

4. 1 交流部分

交流部分的市电输入一般为2路380V三相四线交流输入，在电源容量较小时有时也使用2路220V单相交流输入，以保证电源可靠供电。为防止雷击和过电压的破坏，在市电输入端应加装避雷器，常用的有普通氧化锌避雷器和OBO防雷模块等；由于此处的防雷主要是对非直击感应雷击的浪涌电压的防护，因此避雷器的通流量一般选择在15kA~20kA，残压在1.5kV左右，就可以有效地保护电源设备。

4. 2 整流器部分

整流器是通信直流电源最重要的组成部分，通信直流电源的供电质量主要取决于整流器的电气指标，它完成AC-DC变换并以并联均流方式为通信设备供电，同时对蓄电池组进行恒流限压充电和监控模块的供电。现在所有的通信直流电源均采用模块化高频开关整流器，电力系统通信直流电源所使用的高频开关整流器模块一般为单相220V交流输入；在实际使用中，如果输入的是380V三相四线交流电源，则应注意将所有整流模块平均分配到每一相；同时为了提高整流器工作的可靠性，在设计时应考虑多余备用容量，模块配置采用N+1冗余。

4. 3 直流分配部分

直流分配部分将整流器输出的直流电压进行分配，一路给蓄电池组充电，其它分配给通信设备和直流用户供电。直流分配部分决定了设备的最终分配容量，因此要求在设计时应重点考虑直流分路输出的用户数和容量，满足以后通信设备接入的需要。在给蓄电池组充电的分路开关之前应加装欠压保护继电器，当蓄电池组放电达到欠压告警值时发出告警，放电到欠压关断值时控制自动断开蓄电池组，保护蓄电池组不会因为过放电而导致损坏。

4. 4 蓄电池组

蓄电池组是通信直流电源不可缺少的组成部分，蓄电池组一旦发生故障，在市电输入停电时，

将造成所有使用该蓄电池组做后备电源的通信设备全部停止工作，造成通信中断。现在使用的蓄电池组都是阀控式密封铅酸蓄电池，它完全取代了过去使用的普通开口铅酸蓄电池，采用密封结构，基本无酸气泄漏，可与设备同室安装，无需加电解液维护；可采用立式、卧式、单层、多层等各种组合安装方式，安装灵活；适用浮充工作制，使得供电系统电压更稳定；寿命、容量等受温度影响较大。蓄电池组的容量决定了市电停电后通信设备的运行时间，一般可根据负载大小和放电时间来选择蓄电池组的容量，计算方法为：负载容量（A）×放电时间（h）÷放电时间小时率放电容量系数。

4. 5 监控模块

监控模块对于通信直流电源来说具有智能控制中心的作用，主要有监测功能，包括监测交流输入电压、电流，整流器模块并联输出电压值和每个整流器模块的输出电流、负载电流、蓄电池组充放电电流和电压等；控制功能，包括电源系统的开关机，各整流器模块的开关机，直流输出电压、输出电流极限值的设定，蓄电池组浮充、均衡充电电压和充电电流的极限值设定，电池温度系数的补偿和蓄电池组欠压保护设定等；告警功能，当电源运行过程中某些参数达到或者超过告警的设定值，监控模式将发出声光告警，并显示故障部位和原因。此

外，监控模块还可以通过RS232/RS485接口与上级监控中心联系，以实现集中监控。

5 结论

只有不断地总结和提高电力通信直流电源的运行维护经验和水平，电力通信电源才能为电力通信的快速发展提供更优质可靠的电源保障。

参考文献：

[1]阮新波主编，《脉宽调制DC/DC全桥变换器的软开关技术》，科学出版社，1999.9.

[2]李大友、严化南、顾喜隆，《数字电路逻辑设计》，清华大学出版社，2002.7.

[3] 中华人民共和国通信行业标准YD/T1058-2000，通信用高频开关组合电源[S]．

[4]中华人民共和国通信行业标准YD/T799－96，通信用阀控式密封铅酸蓄电池技术要求和检验方法[S]．

[5]林福兴．浅谈电力通信直流电源及其维护[J]．企业技术开发，2009(10)：116-117．