变电站IT类设备直流供电应用研究

变电站IT类设备直流供电应用研究

刘兴李坤坤梁欣

国网铜陵供电公司安徽省铜陵市244000

摘要：在变电站中采用稳定的直流系统能为信号、继电保护等装置提供可靠的直流电源，保证系统运行平稳。因此，直流系统在变电站的运行管理中引起了高度的重视，随着投入不断加大，设备情况得到了有效的改善和提高。笔者通过理论、试验及实践情况，得出变电站内的IT类设备可以采用直流供电的结论，从而提出了取消UPS（及逆变电源），以简化变电站内供电网络，精简设备，提升变电站运行可靠性。

关键词：变电站直流系统；额定电压；继电保护装置

目前，变电站内二次设备中的继电保护装置、安全自动装置、测控装置均为直流供电，但还有一部分IT类设备，因其电源输入标注为交流220V，变电站自动化系统（或称为变电站计算机监控系统）的当地监控后台机（计算机及显示器）、部分站内网络交换机，仍旧采用交流220V供电，为确保实时信息的采集，必须不间断供电，故该交流220V采用的是UPS输出。变电站内的调度数据网接入层路由器、二次安全防护设备（接入交换机、Ⅱ区防火墙、部分Ⅰ区加密认证装置），也是如此。

变电站内的直流电源系统是非常可靠的，因为它本身有多个充电模块并联运行，且有蓄电池组作为充电模块交流输入失电时的后备，另外，220kV变电站直流电源系统采用了两组蓄电池两套充电装置的二段单母线接线方式，就更加可靠了，上文提及的这些IT类设备，若能采用直流供电，则二次设备就统一是直流供电，这样一来可简化变电站内的供电网络，即可取消UPS供电这个层次，精简变电站内设备，提升变电站运行可靠性。因为电源网络越简单越可靠，设备越少越可靠。

1开关电源的发展过程分析

在开关电源出现之前，线性稳压电源（以下简称线性电源）已经应用了很长一段时间。而后，开关电源是作为线性电源的一种替代物出现的，开关电源这一称谓也是相对于线性电源而产生的。

开关电源就是为了克服线性电源的缺点而出现的，首先，该电路中起调节输出的逆变电路中的电力电子器件都工作在开关状态，损耗很小，使得电源的效率可达到90%甚至95%以上。其次，电路中起隔离和电压变换作用的变压器T是高频变压器，其工作频率多为20kHz以上，因为高频变压器体积可以做得很小，从而使整个电源的体积大为缩小，重量也大大减轻。同时由于工作频率高，滤波器的体积也大为减小。按目前的习惯，开关电源专指电力电子器件工作在高频开关状态下的直流电源，因此，开关电源也常被称为高频开关电源，也可以说开关电源是高频开关电源的简称。

作为电子装置的供电电源，在20世纪80年代以前，作为线性电源的更新换代产品，开关电源主要用于小功率范围。那时，中大功率直流电源仍以晶闸管相控电源为主。但是，80年代起，绝缘双极型晶体管（IGBT）的出现使得开关电源的容量不断增大，在许多中等容量范围内迅速取代了相控电源。在通信领域，早期的48V基础电源几乎都是采用的晶闸管相控电源，现在已逐步被开关电源所取代。电力系统的操作用直流电源以前也是采用晶闸管相控电源，目前开关电源已经成为其主流。

2IT类设备内部电源模块分析及直流输入试验、实践

这些IT类设备，在其电源输入处标的是交流220V，那么改用直流220V输入时设备能正常运行?下文将从其内部电源模块的原理及实验情况来进行阐述。

2.1内部电源模块的原理及直流输入可行性分析

从上文开关电源的发展过程分析中，已知晓：现代的这些IT类设备，其内部电源模块均采用了开关电源。打开这些IT设备的机箱，“开关电源”四个字，有的已明显地将其印在了内部电源模块上。如，思科路由器Cisco2811、3725，台式计算机DellGX620其内部电源模块的外壳上有“开关电源”四个字印在上面。

从开关电源的原理中可以得出，开关电源内部最前级，即与工频交流输入直接连接的就是桥式整流电路，并不存在像线性电源一样的隔直通交的工频变压器，故改输入的直流220V也能顺利通过整流电路，向后级电路提供直流电。就算是个别变电站的直流电源系统为直流110V，因开关电源输入电压范围很宽，故也不存在任何问题。

部分厂家为节约成本或出于其它原因，其设备内部电源模块的输入电路采用了半波整流，故此时直流220V输入就有方向的要求了。如，终端服务器MoxaNPort6650-16，使用手册上就作了这样的说明。后续应用实验到的网络交换机CiscoWS-C2960也是如此。

2.2实验情况

2.2.1测量各类设备的输入阻抗

测量方法，在不打开其机箱查看电路的情况下，用万用表（Fluke111）的“电阻档”测试，主要通过测得的电阻值来简单快速判断内部是开关电源还是老式的工频变压器整流电源。

从记录实测数据可以看出，电阻值均较大，不属于工频变压器类型，而应属于开关电源类型。

序号设备类别设备型号L、N之间的电阻值L、地之间的电阻值N、地之间电阻值

1网络交换机CiscoWS-C29500.612兆欧∞∞

2网络交换机CiscoWS-C29601.217兆欧∞∞

3数据网路由器内的电源模块Cisco3725电源模块1.056兆欧（开关OFF）∞∞

4数据网路由器内的电源模块Cisco3725电源模块0.380兆欧（开关ON）∞∞

5防火墙NetEye0.836兆欧∞∞

6当地监控后台机（台式计算机）DellGX2600.760兆欧∞∞

7液晶显示器Dell1703Fpt1.0兆欧∞∞

2.3现场实践情况

2.3.1IT类设备正向应用的一些情况。即标注为交流供电的设备，实际采用直流供电

2010年的220kV变电站二次安防工程，其二次安全防护设备（防火墙FW5120、网络交换机CiscoWS-C2960）；2011年的220kV变电站第二平面工程，其路由器ZXR10-3800、网络交换机ZXR10-2928；2011年的青阳变增容改造工程、球庄变新建工程，其路由器QuidwayAR2240。这些，IT类设备均采用了直流220V供电，运行稳定正常。

2.3.2其它设备的一些情况

2.3.2.1监控系统设备屏、测控装置反向应用的一些情况。即标注为直流供电的设备，实际采用交流供电

1999、2000、2001年的35kV变电站计算机监控系统BJ-3设备屏，采用了交流220V供电，这说明其内部的开关电源模块对交直流来讲是互通的，即原先定义直流220V供电的设备，用交流220V也能正常运行。

2009年的UPS机房RCS-9603测控装置，采用了交流220V供电，这也说明是互通的。

2.3.2.2早期的电气量变送器不能直流供电的一些情况

只有90年代至21世纪初的电气量变送器（交流有功功率变送器、交流电流变送器、交流电压变送器等等），其内部采用的是线性电源模块。花园电厂还出现了多次变送器故障的情况（实际为内部电源模块烧坏），后查明该变送器屏接在了应急电源上，应急电源是每隔几个月要切换一次，即由交流短时间地切到直流上，即直流向变送器供电，因变送器内部电源输入为工频变压器，故造成小电阻短路烧毁线圈。

3结语

变电站有一般办公场所所不可能具备的直流电源系统，且该供电系统是非常可靠的，而变电站的这些IT类设备在技术层面又完全可以支持直流供电，那么变电站UPS已经没有存在的必要性了。故本文最终提出取消UPS（及逆变电源），以简化变电站内供电网络，精简设备，提升变电站运行可靠性。

参考文献:

[1]裴云庆，杨旭，王兆安.开关稳压电源的设计和应用.北京：机械工业出版社，2010.

[2]沙占友，于国庆，王晓君，许云峰等.线性及开关稳压器设计320例.北京：电子工业出版社，2009.

[3]潘纪良.变电站直流系统的运行及维护检查研究[J].低碳世界，2016，（24）：70-71.

[4]卢海云.浅谈变电站直流系统的运行维护[J].中国新技术新产品，2016，（11）：139-140.