電力通信系統(tǒng)傳輸設(shè)備雙電源供電測試方案及應(yīng)用

趙 洋 ，趙曉紅 ，任天成 ，孟 建 ，呂國棟

（1.國網(wǎng)山東省電力公司電力科學(xué)研究院，山東 濟南 250003；2.國網(wǎng)山東省電力公司青島供電公司，山東 青島 266000；3.山東中實易通集團有限公司，山東 濟南 250003）

0 引言

通信電源系統(tǒng)是通信系統(tǒng)的動力來源，其安全可靠是通信系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行的基礎(chǔ)。電力通信設(shè)備要求通信電源應(yīng)具備可靠性，在直流供電系統(tǒng)中，通常采用整流電源模塊與蓄電池組并聯(lián)浮充供電方式；具備穩(wěn)定性，各種通信設(shè)備均要求電源電壓穩(wěn)定，不能超過允許的變化范圍；隨著集成電路的迅速發(fā)展，通信電源逐漸向著小型化的方向發(fā)展；為了節(jié)約電能，提高電源裝置的工作效率，通常采用高頻率的通信電源［1-3］。

通信傳輸設(shè)備均支持雙路供電，若通信傳輸設(shè)備的2路供電接線端子接入同一套通信電源，當(dāng)該套電源出現(xiàn)故障時，將導(dǎo)致此設(shè)備2路電源同時失電，從而停運，影響本站通信業(yè)務(wù)，甚至可造成變電站大面積通信中斷。為增強通信設(shè)備可靠性，目前220 kV變電站通信設(shè)備一般配置2套直流-48 V通信電源，避免一套通信電源失效問題。220 kV變電站傳輸設(shè)備電源的2路供電接線端子分別接入變電站2套直流-48 V通信電源。

然而，在通信電源正常運行狀態(tài)下，無法直接判斷傳輸設(shè)備是否滿足雙電源供電；另外，各單位電源、傳輸設(shè)備改造頻繁，可能出現(xiàn)設(shè)備由同一電源取電問題。因此，為防止通信設(shè)備失電，提升通信網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定，應(yīng)對通信傳輸設(shè)備雙電源供電進行測試。

目前，對于如何進行通信設(shè)備雙電源測試并無明文規(guī)定，而在變電站通信運維中，工作人員通常根據(jù)電源接線圖、核對電源線標(biāo)簽等方式進行檢查，準(zhǔn)確性差且效率較低。如何實現(xiàn)對通信傳輸設(shè)備雙電源供電標(biāo)準(zhǔn)化、條理化測試是本文的研究重點。

1 通信電源系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

典型的220 kV變電站通信傳輸設(shè)備供電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示，變電站2套通信電源，各有2路站用交流電輸入，2路交流電源先接入電氣自動切換裝置，電氣自動切換裝置選擇其中一路輸入整流模塊及交流分配單元，供其他交流負(fù)載使用；整流模塊完成交直流轉(zhuǎn)換，將直流電輸入直流配電單元，直流配電單元完成直流負(fù)載的分配及蓄電池組的接入，其中蓄電池通過熔斷器接入直流配電單元。應(yīng)注意，電氣自動切換的實現(xiàn)為機械動作，不能實現(xiàn)2路交流電源的無縫切換。

圖1中，SDH設(shè)備2路電源輸入分別接入2套通信電源的第1路直流分路，如圖2所示，SDH設(shè)備由單板選擇供電電源。如果2路輸入電源的電壓相差不大，SDH設(shè)備可由2套通信電源同時供電。

對于另一種傳輸設(shè)備PTN，其2路電源同時接入電源分配單元（Power Distribution Unit，PDU），PDU分別接入2套獨立通信電源的第2路直流分路，如圖1所示。不同廠家型號的PDU設(shè)備支持雙路供電功能不同，主要分為支持雙路切換功能和不支持雙路切換功能。不支持雙路切換功能的PDU，只起到電源分配作用；支持雙路電源切換功能的PDU在一路輸入電源失電的情況下可將負(fù)載無縫切換至另一路輸入電源，此類PDU又可分為2種，一種為指定一路輸入電源為主用、另一路為備用，負(fù)載全部集中于主用輸入；另一種為2路電源輸入均有負(fù)載電流，2路負(fù)載電流和輸入電壓成正比，該功能主要通過二極管實現(xiàn)，結(jié)構(gòu)簡單成本較低，較為常見。

2 通信傳輸設(shè)備雙電源測試方案

提出2種通信傳輸設(shè)備雙電源供電測試方案，針對2套電源實際所帶不同負(fù)載的情況，可采用不同的測試方案。

圖1 220 kV變電站傳輸設(shè)備供電結(jié)構(gòu)

圖2 SDH設(shè)備供電原理

2.1 電源停運測試方案

電源停運測試方案負(fù)載接線如圖3所示，保護裝置I由第1套通信電源單路供電，且第2套通信電源只連接SDH及PTN負(fù)載，無保護接口裝置等負(fù)載。在此情況下，可采用一套電源全部停運的測試方案，具體步驟如下。

1）記錄電流。通過2套電源監(jiān)控單元，分別記錄兩電源原始輸出電流I10和I20。

2）斷開負(fù)載。在需停運的電源屏，逐個斷開交直流負(fù)載開關(guān)，同時注意查看設(shè)備的運行狀態(tài)，當(dāng)發(fā)現(xiàn)有設(shè)備停運時，應(yīng)立即閉合相應(yīng)負(fù)載開關(guān)，檢查接線等情況。

圖3 電源停運測試方案負(fù)載接線

3）斷開蓄電池。確認(rèn)蓄電池處于浮充狀態(tài)，斷開蓄電池熔斷器，使蓄電池與直流母線開路。

4）斷開整流模塊及交流輸入。斷開整流模塊開關(guān)及兩路交流輸入開關(guān)，至此該套通信電源全部停運。

5）確認(rèn)設(shè)備運行狀態(tài)。采用直聯(lián)方式或無切換功能PDU接線方式的傳輸設(shè)備，一路電源接口板應(yīng)有告警，同時后臺告警顯示對應(yīng)失電告警。運行電源輸出電流應(yīng)為I10及I20之和。另外，記錄接入PDU但未出現(xiàn)告警的設(shè)備，待進一步驗證。

6）啟動電源。按照與停運相反的順序啟動電源。若無未告警的設(shè)備，則依次閉合全部負(fù)載開關(guān)，注意每合一路開關(guān)需確認(rèn)相應(yīng)告警消失和設(shè)備運行情況；若有未告警的設(shè)備，則直接進行步驟7）。

7）驗證。先對步驟5）中記錄的未告警設(shè)備送電，若兩電源監(jiān)控單元同時有相應(yīng)電流改變，則說明設(shè)備為雙電源供電，此時可將負(fù)載全部送電；若無電流變化則須進一步驗證。

8）進一步驗證。確認(rèn)記錄設(shè)備電源側(cè)開關(guān)全部送電，關(guān)閉未停電電源相應(yīng)的電源分路開關(guān)，若2個電源監(jiān)控單元同時有對應(yīng)電流改變則為雙路供電；若設(shè)備停運則說明其接線方式不符合雙路電源供電或PDU失去切換功能。

9）試驗結(jié)束。將2套通信電源屏整流模塊、交流輸入、蓄電池輸入及直流分路開關(guān)恢復(fù)至試驗前狀態(tài)，并檢查確認(rèn)設(shè)備運行狀態(tài)。

2.2 電源分路測試方案

圖1中，保護接口裝置1接入第2套通信電源的第4路，保護接口裝置2接入第2套通信電源的第3路。對于這種雙通信電源均連接重要負(fù)載的情況，若對其中一套電源完全停運，將造成較大影響。此時若驗證通信傳輸設(shè)備是否為雙路電源供電，可采用通信電源分路測試方案，具體步驟如下。

1）記錄電流。通過2套電源監(jiān)控單元，分別記錄兩電源輸出電流I10和I20。

2）分路測試。針對一套傳輸設(shè)備，在第1套通信電源直流分路側(cè)，斷開設(shè)備對應(yīng)的直流開關(guān)，并觀察通信設(shè)備運行狀態(tài)，記錄2套電源輸出電流I11和I21，若I11=I10且I21=I20，則恢復(fù)該開關(guān)并進行下一步；若電流有變化，且I10-I11與I21-I20數(shù)值近似，則說明該設(shè)備為雙路供電。

3）若2套通信電源電流同時無變化，應(yīng)核實設(shè)備接線及開關(guān)，若無問題，則在第2套通信電源直流分路側(cè)，斷開設(shè)備對應(yīng)的直流開關(guān)，并觀察通信設(shè)備運行狀態(tài)，記錄2套電源輸出電流I12和I22，若2套電源輸出電流均有變化，且I10-I12與I22-I20數(shù)值近似，則設(shè)備為雙路輸入，若電流及設(shè)備均無變化則該設(shè)備為單套電源供電，應(yīng)檢查設(shè)備接線方式。

4）試驗結(jié)束。將2套通信電源屏直流分路開關(guān)恢復(fù)至試驗前狀態(tài)，并檢查確認(rèn)設(shè)備運行狀態(tài)。

2.3 方案對比及分析

電源停運測試方案可模擬極端故障情況，如一套電源全部停運、蓄電池?fù)p壞等，但此方案操作復(fù)雜，風(fēng)險系數(shù)高，其展示作用大于實際意義。

電源分路測試方案在電源保持運行狀態(tài)下，通過斷開電源屏設(shè)備直流分路開關(guān)，觀察2套電源電流變化情況及設(shè)備運行狀態(tài)，進而確認(rèn)通信設(shè)備是否為雙路供電。此方案操作簡單，風(fēng)險較小，適合日常測試工作。另外，若變電站采用一體化電源系統(tǒng)，也可利用電源分路測試方案確認(rèn)通信設(shè)備是否為雙路供電。

圖4 線路保護接口裝置經(jīng)PDU取電

通過分析圖1及圖3中設(shè)備電源接線方式可知，對于線路保護接口裝置等由單套通信電源供電的設(shè)備，若通信電源發(fā)生故障，則必然導(dǎo)致保護裝置失電，造成不良影響。經(jīng)分析，此類線路保護接口裝置可通過所在機柜加裝具有電源切換功能的PDU，實現(xiàn)雙電源供電［4-5］，如圖4所示。當(dāng)一套通信電源發(fā)生故障停運時，雙電源供電以可保證線路保護接口裝置正常運行，從而將電源故障影響降至最低。

3 實例驗證

220 kV前灣變電站位于青島黃島地區(qū)，為國網(wǎng)山東省電力公司青島供電公司所轄，是其通信樞紐站點之一。其通信電源接線如圖5所示，站內(nèi)2套通信電源Ⅰ和Ⅱ，電源Ⅰ第17直流分路，接有保護通信接口裝置。SDH及PTN設(shè)備電源全部由其所在機柜的PDU接出，其中SDH為2路電源，PTN為4路電源，PDU兩路電源進線分別來自2套電源。另外，PTN設(shè)備柜PDU具有電源切換功能，SDH設(shè)備柜PDU不具備此功能。

圖5 前灣變電站通信電源接線

經(jīng)驗證，前灣變電站現(xiàn)場電源接線及電源交直流分路單元均與圖5一致，可按照測試方案進行試驗。在保證通信網(wǎng)安全的前提下首先進行SDH及PTN設(shè)備的電源分路測試，然后停運未帶有保護接口裝置負(fù)載的康威特電源Ⅱ，進行停運測試。

3.1 電源分路測試試驗

1）SDH設(shè)備測試。

記錄原始輸出電流。通過2套電源監(jiān)控單元，記錄原始輸出電流值分別為：I10＝19.2 A，I20=11.2 A。

斷開SDH設(shè)備對應(yīng)的直流分路。在電源Ⅱ屏，斷開直流分路第2路，此時SDH設(shè)備正常運行，后臺出現(xiàn)POWER_ABNORMAL告警。記錄2套電源監(jiān)控單元電流值分別為：I11=22.3 A，I21=8.1 A。經(jīng)對比，2套電源輸出電流均有變化且差值相同，說明本站SDH設(shè)備為雙路電源輸入。

閉合電源Ⅱ屏直流分路第2路，SDH設(shè)備雙路電源輸入測試結(jié)束。

2）PTN設(shè)備測試。

記錄原始輸出電流。通過2套電源監(jiān)控單元，記錄原始輸出電流分別為：I10=19.0 A，I20=11.3 A。

斷開SDH設(shè)備對應(yīng)的直流分路。在電源II屏，斷開直流分路第4路，此時PTN設(shè)備正常運行，由于PTN設(shè)備所連PDU有自動切換功能，后臺未出現(xiàn)告警。記錄兩電源監(jiān)控單元電流值分別為：I12=26.2 A，I22=5.3 A。經(jīng)對比，2套電源輸出電流均有變化且差值相近，說明本站PTN設(shè)備為雙路電源輸入。

閉合電源Ⅱ屏直流分路第4路，PTN設(shè)備雙路電源輸入測試結(jié)束。

3.2 電源停運測試試驗

記錄原始輸出電流。通過2套電源監(jiān)控單元，記錄原始輸出電流分別為：I10=21.8 A，I20=8.8 A。

斷開負(fù)載。在電源Ⅱ屏，逐個斷開直流負(fù)載開關(guān)第2～6路，以及交流負(fù)載開關(guān)第1，4，9路，此時電源Ⅱ屏輸出電流為0。同時設(shè)備運行正常，未發(fā)生非計劃設(shè)備停運。

斷開蓄電池。確認(rèn)處于蓄電池浮充狀態(tài)，斷開蓄電池熔斷器，使蓄電池與直流母線開路。

關(guān)閉整流模塊及交流輸入。斷開整流模塊及兩路交流輸入開關(guān)，至此電源II屏全部停運。

記錄電源Ⅰ輸出電流，I13=32.4 A。此時SDH，PTN等傳輸設(shè)備運行正常，且均由電源I供電。后臺出現(xiàn)SDH設(shè)備POWER_ABNORMAL告警，無PTN設(shè)備告警。

啟動電源。按照停運相反的方式啟動電源。按照直流分配屏第4路、第2路、第5路、第3路、第6路的順序閉合直流分路開關(guān)，交流分路開關(guān)閉合順序不做要求。當(dāng)閉合直流第4路時，2套電源輸出電流值均發(fā)生變化且差值相近；當(dāng)閉合直流第2路時，后臺SDH設(shè)備告警消失。全部負(fù)載開關(guān)閉合后，所有設(shè)備恢復(fù)正常運行。

3.3 雙電源測試結(jié)論

分析電源分路測試及電源停運測試中2套電源輸出電流的變化情況可知，220 kV前灣變電站SDH設(shè)備及PTN設(shè)備均滿足雙電源供電要求。另外，根據(jù)A站通信電源接線的實際情況以及現(xiàn)場測試效果，所提通信電源雙電源供電測試方案具有可操作性，試驗過程中并未發(fā)生設(shè)備非計劃停運事件。

4 結(jié)語

分析電力通信系統(tǒng)傳輸設(shè)備雙電源供電結(jié)構(gòu)，結(jié)合通信電源所帶負(fù)載情況的差異，提出了電源停運測試及電源分路測試2種測試方案?，F(xiàn)場實際驗證說明所提方案具有實際操作價值，可通過此方案判斷通信設(shè)備是否滿足雙電源接入，實現(xiàn)對通信傳輸設(shè)備雙電源供電標(biāo)準(zhǔn)化、條理化測試。采用電力通信系統(tǒng)傳輸設(shè)備雙電源供電時，建議對保護接口裝置等設(shè)備加裝具有電源切換功能的PDU，實現(xiàn)雙電源供電，以提升設(shè)備供電可靠性，減少通信電源維護、檢修等工作的限制。