特高壓配套通信工程中繼站通信電源不停電改造方案研究

張樂豐（國家電網(wǎng)有限公司信息通信分公司，北京 100761）

0 引 言

2020年3月，中央明確提出加快推進“特高壓”[1]等新型基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，未來特高壓必將迎來又一個建設(shè)高峰期。特高壓配套通信工程與特高壓輸電工程同步建設(shè)同步投運，為保護、控制、故障測距，安全自動裝置等信號傳輸提供穩(wěn)定可靠通道，為特高壓安全穩(wěn)定運行提供堅強保障。

特高壓配套通信工程一般建設(shè)3條光纖傳輸通信通道。保護控制等重要業(yè)務(wù)通過“2M 1+1”切換裝置與其中兩條通道相連。當(dāng)一條通道出現(xiàn)故障退出時，可以立刻切換到另一條通道上繼續(xù)運行，保證重要業(yè)務(wù)不中斷。其中，主用通道利用隨輸電線路架設(shè)的光纜，沿途采用超長站距光傳輸技術(shù)[2]，綜合各種因素選擇變電站作為光通信中繼站，在中繼站通信機房中建設(shè)傳輸設(shè)備和光路子系統(tǒng)等設(shè)備。隨著通信機房中設(shè)備的不斷增加和擴容，越來越多的通信電源容量已無法滿足要求，需要通過新建通信電源并進行不停電割接改造來增加電源容量。

國內(nèi)已有一些通信電源不停電改造方案的研究成果。文獻[3-4]主要研究了3個網(wǎng)絡(luò)機房通信電源優(yōu)化改造方案，通過增加直流分配屏或電源分配單元的方式來降低單電源供電設(shè)備斷電的風(fēng)險。文獻[5]主要闡述了電力通信電源新技術(shù)的優(yōu)勢和運用。文獻[6]主要介紹了太陽能混合電源系統(tǒng)和通信電源監(jiān)控系統(tǒng)，對通信電源的運行維護具有指導(dǎo)意義。一般情況下，變電站只有一個通信機房，中繼站通信電源改造的施工對象通常是該機房中的兩套高頻開關(guān)電源屏，因此需要研究一種更具有普遍性的變電站通信電源改造方案。事實上，特高壓中繼站通信電源往往承載著一、二、三級骨干通信網(wǎng)傳輸設(shè)備等負(fù)荷，是電力通信系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行的基礎(chǔ)[7-9]，對其可靠性要求更高。鑒于此，本文提出臨時接入一套應(yīng)急通信電源的割接改造方案，最大程度保障電源割接時所帶負(fù)載不受影響，業(yè)務(wù)不中斷，并以實際特高壓配套通信工程電源改造實例驗證了方案的有效性。

1 特高壓中繼站通信電源現(xiàn)狀

1.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及要求

特高壓中繼站采用-48 V直流通信電源，并嚴(yán)格要求“雙電源”配置，宜采用兩套高頻開關(guān)電源屏，每套高頻開關(guān)電源屏下掛一組或兩組蓄電池，同時配置兩套直流分配屏。高頻開關(guān)電源系統(tǒng)的交流輸入應(yīng)來自站內(nèi)不同的交流母線。

根據(jù)通信機房內(nèi)直流用電設(shè)備總負(fù)載，計算通信電源的整流模塊容量。-48 V高頻開關(guān)電源整流模塊配置數(shù)量應(yīng)不少于3塊且符合N+1原則，承載一、二級骨干通信網(wǎng)業(yè)務(wù)或220 kV及以上繼電保護、安控業(yè)務(wù)的通信站，容量應(yīng)在模塊數(shù)量為N的情況下大于本套高頻開關(guān)電源蓄電池組容量的20%與通信機房總負(fù)載之和[10]。

多塊整流模塊并列運行時應(yīng)具有良好的均流性能，均流不平衡度小于額定電流值的5%。

蓄電池組一般采用2 V左右閥控式密封鉛酸蓄電池[11]，蓄電池容量根據(jù)站點的實際情況需滿足規(guī)定的后備時間要求。

中繼站通信電源系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

1.2 存在問題

（1）容量不滿足相關(guān)規(guī)范要求。隨著省內(nèi)二平面?zhèn)鬏斁W(wǎng)、大容量OTN設(shè)備等通信工程的建設(shè)，通信電源容量不足的情況時有發(fā)生。

（2）運行時間過長、故障頻發(fā)或者電源廠家維保已終止，存在較大安全運行風(fēng)險。

目前，特高壓中繼站體量龐大，尤其是西部地區(qū)，昌吉-古泉、酒泉-湖南、青海-河南等特高壓配套通信工程設(shè)置了大量中繼站。隨著運行年限的增加和新建通信工程建設(shè)，必然會出現(xiàn)越來越多的通信電源改造需求，需要在施工前制定完善的不停電改造方案。

2 不停電改造方案

中繼站中，通信設(shè)備并不一定都已接入雙套電源，有些通信設(shè)備只有單電源接口，部分保護接口裝置為單電源設(shè)備。因此，為了確保將原有通信電源所有負(fù)載不停電割接至新建通信電源，在具備條件的情況下，推薦使用應(yīng)急通信電源接入的割接改造方案，可以最大限度降低單電源設(shè)備在割接過程中斷電的風(fēng)險。需注意，應(yīng)急通信電源包含一套高頻開關(guān)電源屏和一組蓄電池，電源容量應(yīng)滿足要求。

2.1 施工方案主要步驟

2.1.1 施工前準(zhǔn)備工作

施工前，施工班組需再次熟悉施工圖紙和施工方案，熟悉新舊電源系統(tǒng)配置，與站內(nèi)運行人員確認(rèn)割接時間無檢修和停電計劃，同時做好材料準(zhǔn)備、人員組織以及工器具準(zhǔn)備等。

圖1 中繼站通信電源系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

2.1.2 割接準(zhǔn)備

組裝應(yīng)急通信電源，敷設(shè)低壓配電室至應(yīng)急電源間的交流電纜，敷設(shè)應(yīng)急電源至直流分配屏間的直流電纜，并對其蓄電池組進行核容試驗。如發(fā)現(xiàn)蓄電池容量不足，應(yīng)更換蓄電池組。

2.1.3 應(yīng)急電源接入

關(guān)閉原高頻開關(guān)電源屏1整流模塊開關(guān)和交流輸入開關(guān)，此時直流分配屏1由原蓄電池組1供電；閉合應(yīng)急電源交流輸入空開和直流輸出空開，此時直流分配屏1由應(yīng)急電源和原蓄電池組1供電；斷開原高頻開關(guān)電源屏1的輸出熔絲，此時直流分配屏1完全由應(yīng)急電源供電。應(yīng)急電源接入示意圖如圖2所示。

2.1.4 原有設(shè)備關(guān)停及拆除

依次斷開相關(guān)開關(guān)和線纜，確認(rèn)電源完全與系統(tǒng)脫離，拆除相關(guān)線纜，做好絕緣措施，拆除原通信電源1。

2.1.5 新建設(shè)備安裝與調(diào)試

敷設(shè)并連接相關(guān)交流、直流電纜，然后按電流流入方向閉合相關(guān)開關(guān)，對新建通信電源進行加電調(diào)試。調(diào)試正常后，關(guān)閉新建通信電源整流模塊開關(guān)和新建通信電源交流輸入開關(guān)，閉合新建通信電源輸出熔絲；關(guān)閉應(yīng)急電源的直流輸出熔絲和交流輸入開關(guān)，此時直流分配屏1由新建通信電源下掛的蓄電池組供電；閉合新建通信電源交流輸入開關(guān)和整流模塊開關(guān)，此時直流分配屏1完全由新建通信電源供電。

2.1.6 應(yīng)急電源關(guān)停及拆除

依次斷開相關(guān)開關(guān)和線纜，確認(rèn)電源完全與系統(tǒng)脫離，拆除相關(guān)線纜，做好絕緣措施，拆除應(yīng)急電源。

2.1.7 驗 收

檢查新建電源施工工藝[12]，檢查與記錄備案的原有電源各運行參數(shù)是否一致。根據(jù)電源線纜長度、機房內(nèi)溫度等現(xiàn)場實際情況，合理設(shè)置蓄電池浮充和均充電壓。

通信電源改造施工流程圖如圖3所示，依據(jù)上述步驟可進行第二套通信電源的割接。

2.2 要 點

（1）設(shè)計圖紙和方案編制階段，在完成通信機房現(xiàn)場踏勘的基礎(chǔ)上，組織相關(guān)設(shè)計、施工、監(jiān)理單位（如有條件可邀請業(yè)內(nèi)專家）召開施工圖審查及交底、施工方案評審會，對施工圖紙、施工方案進行審查交底及評審。

（2）做好人身觸電、設(shè)備短路防護措施和應(yīng)急預(yù)案。

（3）施工前再次核對圖紙、施工方案、現(xiàn)場實際情況三者的一致性，如有變化，及時進行修改；再次核對兩套通信電源所有負(fù)載，重點標(biāo)注單電源供電設(shè)備；確認(rèn)施工方案、工作票等相關(guān)材料已經(jīng)報審并批準(zhǔn)。

圖2 應(yīng)急電源接入示意圖

圖3 通信電源改造施工流程圖

（4）在站內(nèi)工作區(qū)域設(shè)置好紅布幔、“在此工作”標(biāo)識牌、圍欄等防護措施，由運行單位確認(rèn)具備開工條件并獲得開工許可。

（5）施工中，閉合和斷開各類開關(guān)等重要操作步驟前要做核對性測試（驗電），必要時與通信調(diào)度[13]核實通信設(shè)備運行狀況，避免虛接或誤斷。

（6）直流電纜接線前應(yīng)校驗線纜兩端極性，裸露電纜接頭應(yīng)做絕緣處理[14]，直流分配屏負(fù)極母排應(yīng)有絕緣措施。

（7）應(yīng)急電源接入時，禁止與原有高頻開關(guān)電源屏并聯(lián)同時接入直流分配屏。

（8）拆除原有設(shè)備和電纜時應(yīng)有安全管控要點，防止誤斷其他運行中的設(shè)備和線纜。

（9）設(shè)備加電前，應(yīng)檢查設(shè)備內(nèi)不得有金屬碎屑，熔絲、空開是否匹配合適，極性是否有接錯和短路情況；設(shè)備加電時必須沿電流方向逐級加電，逐級測量電壓并符合設(shè)備要求，接地電阻應(yīng)符合電氣要求。

（10）每套新建通信電源加電調(diào)試環(huán)節(jié)，需現(xiàn)場與相關(guān)廠家進行動環(huán)監(jiān)控聯(lián)調(diào)。

2.3 優(yōu) 勢

（1）采用應(yīng)急電源接入的方案，可以確保在電源割接過程中兩面直流分配屏始終處于帶電狀態(tài)。因此，即使直流分配屏上接有單電源供電設(shè)備，也不會在割接期間斷電。

（2）通信機房的整體布局設(shè)計一般是綜合考慮多種因素得出。本方案中新建電源采用“原屏位替換”的方式，改造完成后通信機房整體屏位布局保持不變，美觀且不改變原有設(shè)計。

3 特高壓配套通信工程實踐

以某特高壓配套通信工程甘肅某330 kV中繼站為例，由于原有兩套通信電源（200 A，500 Ah）已運行近10年，因此需要制定不停電改造方案，將負(fù)載割接至兩臺新建通信電源（300 A，500 Ah）。

經(jīng)過前期現(xiàn)場踏勘，該中繼站通信電源所帶總負(fù)載約35 A左右，共梳理出PCM、載波機等4臺單電源設(shè)備。為了確保電源改造期間所有負(fù)載不受影響，采用本文提出的應(yīng)急電源接入改造方案，全部施工工作在10天內(nèi)順利完成，期間所有設(shè)備運行正常，業(yè)務(wù)不受影響。

改造前后機房通信電源屏位示意圖如圖4所示。

通過圖4可以看出，改造前后通信電源屏位沒有發(fā)生任何變化，通信機房屏位布置保持原有設(shè)計不變。

4 結(jié) 論

本文提出一種應(yīng)急電源接入的特高壓中繼站通信電源不停電改造方案，并以實際特高壓配套通信工程進行了驗證。結(jié)果顯示，該方案一方面可以確保兩面直流分配屏始終處于帶電狀態(tài)，最大限度降低設(shè)備斷電的風(fēng)險；另一方面，通過“原屏位替換”的方式保持機房原有屏位布局不變。本方案可以推廣至其他具有雙套通信電源的變電站，具有較強的適用性和推廣性。

圖4 通信電源改造前后屏位布置示意圖