500 kV 昭關變電站通信電源系統(tǒng)不停電改造

汪筱巍，張華樂，蒯文科，戴 望

（國網(wǎng)安徽省電力有限公司信息通信分公司，安徽 合肥 230061）

0 引 言

電力通信網(wǎng)絡是電網(wǎng)不可缺少的重要的組成部分，是電網(wǎng)調(diào)度自動化、電網(wǎng)運營和管理信息化的基礎，是確保電網(wǎng)安全、穩(wěn)定、經(jīng)濟運行的重要手段，應具備較強的穩(wěn)定性，而通信電源系統(tǒng)是支撐電力通信網(wǎng)絡安全運行的重要環(huán)節(jié)之一，可靠的通信電源系統(tǒng)是電力通信網(wǎng)絡安全穩(wěn)定運行的重要保障[1-2]。

安徽境內(nèi)500 kV 昭關變電站（以下簡稱“500 kV昭關變”）是國家三峽建設基金投資建設的重點工程項目，是“皖電東送”500 kV 東通道的重要節(jié)點，也是皖中電網(wǎng)支撐點。目前，該站點主要采用電力光纖通信方式，承載著安徽電力調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)傳輸通道、7 條500 kV 輸電線路和若干220 kV 輸電線路的繼電保護、安控切機通道等重要電力生產(chǎn)業(yè)務，對確保安徽電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行有著重大意義。

本文以500 kV 昭關變通信電源系統(tǒng)為改造實施對象，分析了昭關變通信電源系統(tǒng)存在的安全隱患，鑒于目前現(xiàn)有機房通信電源系統(tǒng)運行狀況，考慮到通信系統(tǒng)后續(xù)新增設備供電容量的需要和機房內(nèi)通信電源系統(tǒng)不允許長時間單系統(tǒng)運行[3]，且不能停電割接負載[4]，按照《國家電網(wǎng)公司安全事故調(diào)查規(guī)程》，因通信電源運行故障而導致通信業(yè)務的中斷，最高可導致五級事件[5]。因此，結合現(xiàn)場改造實施的可行性和場地條件，按照有關規(guī)定要求，依托公司2018 年技改大修項目的開展，將500 kV 昭關變通信電源系統(tǒng)進行更換改造，為500 kV 昭關變在運通信設備提供更可靠的電源供電保障。本次電源改造工程通過梳理和分析電源系統(tǒng)連接結構以及設備負載供電特點，制定了詳細可行的不停電改造實施方案，在保證直流輸出母排不失電的基礎上，對機房內(nèi)通信-48 V 設備負載進行逐一割接，從而實現(xiàn)了通信電源系統(tǒng)改造的平滑過渡。

1 現(xiàn)狀及存在問題分析

500 kV 昭關變電站現(xiàn)配置了兩套通信高頻開關電源、一套直流分配屏和兩組蓄電池，投運于2007 年，其中直流分配屏Ⅰ、Ⅱ段直流母排分布在同一機柜上下端。通信機房設備總負載電流約為100 A，兩套高頻開關電源容量均為300 A，直流輸出電流分別為48.2 A和51.8 A，其中單套電源整流模塊為10 個，兩組蓄電池容量均為300 Ah。改造前，昭關變通信電源系統(tǒng)連接如圖1 所示，其中兩套交流配電柜因投運時間較早且供站內(nèi)其他設備接入需要，故僅有兩個容量為100 A的空開，分別為1 號交流配電柜第5 路和3 號交流配電柜第6 路，在開關電源側通過兩條線纜并接方式提供兩套通信電源系統(tǒng)的四路交流輸入，另外，其中3號交流配電柜還配有一個容量為63 A 的備用空開，但其容量及線徑大小不滿足帶載要求。

為滿足國網(wǎng)一級骨干網(wǎng)、華東二級網(wǎng)及省網(wǎng)三級網(wǎng)通信系統(tǒng)的電源運行要求，保證安徽電力通信網(wǎng)絡的安全穩(wěn)定運行，亟需進行升級改造，改造主要由于存在如下問題：

（1）因兩套高頻開關電源運行時間較長，散熱性能差，整流模塊發(fā)熱較高，故障多發(fā)；

（2）目前整流模塊槽架為10 個，考慮到后期新增設備，無法實現(xiàn)擴容，即不能增加整流模塊；

（3）同時雙母線直流分配屏Ⅰ段直流母排可用空開僅剩一個，直流分配屏Ⅱ段直流母排無可用空開；

（4）兩組蓄電池運行時間亦較長，工作可靠性下降。

電源改造前，昭關變直流分配屏Ⅰ、Ⅱ段直流母排所接通信設備負載分配情況如表1 所示。

2 通信電源系統(tǒng)改造方案概括及配置計算

2.1 總體改造方案概括

圖1 改造前通信電源系統(tǒng)結構圖

表1 改造前分配屏Ⅰ、Ⅱ段直流母排所接通信負載

根據(jù)昭關變通信電源系統(tǒng)現(xiàn)狀及存在問題分析，昭關變通信電源系統(tǒng)改造應在退出兩套原高頻開關電源屏、一套原直流分配屏和兩組原蓄電池，新增兩套新高頻開關電源屏、兩套新直流分配屏和兩組新蓄電池的基礎上，保證直流輸出母排不失電，進而確保割接過程中機房內(nèi)通信設備負載供電不中斷，其中針對昭關變單電源供電設備，配置的電源分配單元（Power Distribution Unit，PDU）實現(xiàn)雙電源供電。為“二進一出”型，即具有兩路輸入單元，一路輸出單元，當新增高頻開關電源及直流分配屏時，可接至PDU 另一路輸入單元，即實現(xiàn)割接過程中，單電源設備供電不中斷，最終實現(xiàn)了昭關變原電源系統(tǒng)退出和新電源系統(tǒng)投運過程中的整體平滑過渡和負載割接。

2.2 通信電源系統(tǒng)配置計算

電源改造后，通信設備總負載電流仍為100 A，由兩套新增高頻開關電源負責供電。為滿足昭關變現(xiàn)網(wǎng)設備可靠工作，同時為遠期擴容提供一定的系統(tǒng)容量預留，設系統(tǒng)冗余系數(shù)γ為20%，則遠期負載電流I遠期負載=I實際負載電流/（1-γ）=100 A/（1-0.2）=125 A。

參照國家通信行業(yè)設計標準，可知鉛酸蓄電池組的容量計算方法如下[6]：

其中，C為蓄電池組總容量（Ah）；K為安全系數(shù)，通常取1.25；I為負載電流（A）；T為蓄電池放電小時數(shù)（h）；η為蓄電池放電容量系數(shù)，具體取值如表2 所示；α為蓄電池溫度系數(shù)（1/℃），當放電小時率≥10 時，取0.006，當1 ≤放電小時率≤10，取0.008，當放電小時率≤1，取0.01；t為實際蓄電池所在地最低溫度數(shù)值，所在地無采暖設備時，按5 ℃考慮，所在地有采暖設備時，按15 ℃考慮。

通信蓄電池后備時間（放電時間）要求為4 h，則η取0.79，α取0.006，t取15 ℃，則計算得蓄電池組總容量為841.6 Ah，根據(jù)蓄電池可選容量技術要求，選擇配置2 組500 Ah 的蓄電池組。

以10 小時率計算，通信蓄電池組正常充電電流I充電=蓄電池組容量×10%=0.1×2×500=100 A，根據(jù)設計規(guī)程，應滿足鉛酸蓄電池組均衡充電要求，高頻開關電源整流輸出電流IZ=I遠期負載+I充電=100+125=225 A， 新增開關電源單個整流模塊配置容量為50 A，計算整流模塊數(shù)量NZ=IZ/單個整流模塊容量=225 A/50 A=4.5個，向上取整[7]，同時需滿足電源系統(tǒng)整流模塊“N-1”原則[8]中冗余模塊要求，故整流模塊數(shù)量NZ最終配置為6 個。考慮后期擴容計劃，每套新增高頻開關電源可擴增4 個整流模塊，滿足系統(tǒng)容量要求。

3 通信電源系統(tǒng)不停電改造實施

3.1 電源改造實施前準備事項

（1）現(xiàn)場實施前應通過連接端子、連接電纜關系、電纜線徑、正負極標識等來確認原通信電源系統(tǒng)的電氣連接結構是否準確無誤，確保施工三措一案的電源連接圖與現(xiàn)場接線方式一致[9]。

（2）現(xiàn)場梳理并統(tǒng)計通信機房內(nèi)所有直流-48 V設備負載的電源輸入端是否為雙電源供電，對于單電源供電設備所連接的PDU 是否為“二路或”，確保設備負載在失去一路直流電時仍保持正常運行[10]。

（3）對通信機房內(nèi)的設備負載進行分類，尤其對于在割接過程中可能掉電的單電源供電設備，應重點核實其上承載的重要光路及保護業(yè)務，提前填報通信檢修票，待相應保護通道停運后，方可開展改造工作。

表2 鉛酸蓄電池放電容量系數(shù)（η）

（4）對現(xiàn)場改造所需要敷設的線纜長度、路徑、線徑大小等做好整體規(guī)劃，確保改造后通信電源系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行。

3.2 通信電源系統(tǒng)改造實施步驟

基于目前昭關變通信電源系統(tǒng)結構，改造工作采取如下實施步驟：

步驟一，昭關變主控樓二樓自動化通信機房和一樓交直流室平面布局分別如圖2 和圖3 所示，施工前做好施工區(qū)域安全標示、標牌懸掛等準備工作；

步驟二，安裝固定兩臺新增高頻開關電源屏Ⅰ、Ⅱ，具體安裝位置如圖2 所示，安裝固定新增第1 組蓄電池組及蓄電池屏，固定新增蓄電池組支架并按序擺放好蓄電池，具體安裝位置如圖3 所示，經(jīng)萬用表測試無誤后做好蓄電池組節(jié)與節(jié)之間的電纜連接；

步驟三，敷設新增高頻開關電源屏Ⅰ、Ⅱ至交直流室交流配電屏連接線纜，打印粘貼線纜標簽、標識，敷設新增高頻開關電源屏Ⅰ至新增第1 組蓄電池組屏的連接線纜，打印粘貼線纜標簽、標識；

步驟四，按照原通信電源系統(tǒng)連接結構，對已安裝完畢的兩臺新增高頻開關電源屏Ⅰ、Ⅱ的交流輸入端利用兩根線纜進行并接，并接后利用備用63 A 空開（3 號交流配電柜）對新增開關電源屏Ⅰ及新增第1 組蓄電池組進行加電測試，測試無誤后完成新增第1 組蓄電池組充放電試驗工作，如圖4 所示；

步驟五，拆除新增第1 組蓄電池組連接線纜并安裝至屏柜中，對新增第2 組蓄電池組進行充放電試驗，如圖5 所示；

步驟六，重新連接新增高頻開關電源屏Ⅰ與新增第1組蓄電池組之間線纜，布放新增高頻開關電源屏Ⅰ、Ⅱ臨時線纜至原直流分配屏，將原直流分配屏Ⅱ段直流母排割接至新增高頻開關電源屏Ⅰ，如圖6 所示；

步驟七，斷開原高頻開關電源屏Ⅱ，將新增高頻開關電源屏Ⅰ的交流備用63 A 空開線纜接至原高頻開關電源屏Ⅱ交流100 A 空開（3 號交流配電柜第6 路）處，并拆除原高頻開關電源屏Ⅱ、原第2 組蓄電池組屏及線纜，如圖7 所示；

圖2 昭關變主控樓二樓自動化通信機房平面布局

圖3 昭關變主控樓一樓交直流室平面布局

圖4 通信電源系統(tǒng)改造實施步驟四

圖5 通信電源系統(tǒng)改造實施步驟五

圖6 通信電源系統(tǒng)改造實施步驟六

圖7 通信電源系統(tǒng)改造實施步驟七

步驟八，同上對原高頻開關電源屏Ⅰ和原直流配電屏進行操作，斷開原高頻開關電源屏Ⅰ交流100 A空開（1 號交流配電柜第5 路），將新增高頻開關電源屏Ⅰ接至此空開處，將原直流分配屏Ⅰ段直流母排割接至新增高頻開關電源屏Ⅱ，并拆除原高頻開關電源屏Ⅰ、原第1 組蓄電池組屏及線纜，如圖8 所示；

步驟九，在原高頻開關電源屏位置安裝固定2 臺直流分配屏Ⅰ、Ⅱ，完成新增直流分配屏至新增高頻開關電源屏的加電調(diào)試及線纜布放，同時完成新增直流分配屏至通信機房-48 V 設備負載屏的線纜布放工作，如圖9 所示。

圖8 通信電源系統(tǒng)改造實施步驟八

圖9 通信電源系統(tǒng)改造實施步驟九

3.3 通信-48 V 負載不停電割接

昭關變通信機房涉及國網(wǎng)、華東網(wǎng)、省網(wǎng)的通信設備負載數(shù)量眾多，開展負載不停電割接工作風險較大，因此，割接前需充分準備，制定周密可行的實施方案，有效提高施工安全性。負載割接前，先用鉗型電流表測量新直流分配屏Ⅰ、Ⅱ各分路電流，確認新開關電源正常給設備負載供電后。

（1）針對國網(wǎng)華為Optix OSN6800 大容量光傳輸設備（Optical Transport Network，OTN），先將第一路電源割接至新直流分配屏Ⅰ相應空開處，經(jīng)進一步檢查確認該路電源電纜正確連接之后，投入運行，檢測電源電壓正常，設備電源告警消除，確認設備恢復正常運行后，將第二路電源割接至新直流分配屏Ⅱ相應空開處，檢查同上，確保設備恢復正常運行。

（2）針對華東網(wǎng)愛立信10G OMS3240 光傳輸設備（Synchronous Digital Hierarchy，SDH）、華東網(wǎng)愛立信2.5G OMS1684 SDH 光傳輸設備，在申請 OMS1684設備上運行的10 條保護通道對應的保護2M 設備（Pulse Code Modulation，PCM）及保護接口裝置（Multiplexing，MUX）停用后，對OMS3240、OMS1684 設備雙路電源逐路割接至新直流配電屏Ⅰ、Ⅱ?qū)臻_處，經(jīng)進一步檢查確認該路電源電纜正確連接之后，投入運行，檢測電源電壓正常，設備電源告警消除后，依次將每條500 kV 輸電線路每一套保護MUX 接口裝置的電源電纜或者每一套保護PCM 設備至MUX 接口裝置的電源電纜割接至新直流配電屏Ⅰ、Ⅱ?qū)臻_處，檢查同上，無誤后再申請各保護通道投用，確認設備及保護通道運行無告警。

（3）針對省網(wǎng)S390 光端機、調(diào)度交換機、綜合數(shù)據(jù)網(wǎng)等雙電源供電設備，依次割接各設備負載的第一路電源至新直流分配屏Ⅰ對應空開處，經(jīng)進一步檢查確認該路電源電纜正確連接之后，投入運行，檢查該負載設備是否正常運行，在確認負載正常運行無誤之后，再依次割接各設備負載的第二路電源至新直流分配屏Ⅱ?qū)臻_處，檢查同上，確認負載正常運行。針對省網(wǎng)中興S320 單電源供電設備[11]，應嚴格在申請省網(wǎng)保護停用的時間范圍內(nèi)進行負載割接。

通信設備負載割接后，至此昭關變通信電源系統(tǒng)改造完畢。改造后通信電源系統(tǒng)結構如圖10 所示，新直流分配屏Ⅰ、Ⅱ所接通信設備負載分配情況如表3 所示。

圖10 改造后通信電源系統(tǒng)結構圖

表3 改造后新分配屏Ⅰ、Ⅱ所接通信負載

4 結 論

本文以500 kV 昭關變通信電源系統(tǒng)實際改造工程為案例，分析了通信電源系統(tǒng)目前現(xiàn)狀及存在的問題，結合通信電源系統(tǒng)結構和實際運行工況，并通過對擬改造后的電源系統(tǒng)容量配置計算及校核，提出了電源系統(tǒng)總體改造方案及通信-48 V 設備負載不停電割接實施方案。通過改造工程實施，實現(xiàn)了電源系統(tǒng)的平滑過渡及負載的不停電割接，驗證了實施方案的可行性，滿足后期通信電源系統(tǒng)的擴容需求，保證了安徽電力通信網(wǎng)安全穩(wěn)定運行，同時亦為其他變電站開展類似的通信電源系統(tǒng)改造工程提供了一定的參考。