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]等新型基礎設施建設，未來特高壓必將迎來又一個建設高峰期。特高壓配套通信工程與特高壓輸電工程同步建設同步投運，為保護、控制、故障測距，安全自動裝置等信號傳輸提供穩定可靠通道，為特高壓安全穩定運行提供堅強保障。

特高壓配套通信工程一般建設3條光纖傳輸通信通道。保護控制等重要業務通過“2M 1+1”切換裝置與其中兩條通道相連。當一條通道出現故障退出時，可以立刻切換到另一條通道上繼續運行，保證重要業務不中斷。其中，主用通道利用隨輸電線路架設的光纜，沿途采用超長站距光傳輸技術[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傳輸設備和光路子系統等設備。隨著通信機房中設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個網絡機房通信電源優化改造方案，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備斷電的風險。文獻[5]主要闡述了電力通信電源新技術的優勢和運用。文獻[6]主要介紹了太陽能混合電源系統和通信電源監控系統，對通信電源的運行維護具有指導意義。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、三級骨干通信網傳輸設備等負荷，是電力通信系統安全穩定運行的基礎[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載不受影響，業務不中斷，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狀

1.1 系統結構及要求

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

根據通信機房內直流用電設備總負載，計算通信電源的整流模塊容量。-48 V高頻開關電源整流模塊配置數量應不少于3塊且符合N+1原則，承載一、二級骨干通信網業務或220 kV及以上繼電保護、安控業務的通信站，容量應在模塊數量為N的情況下大于本套高頻開關電源蓄電池組容量的20%與通信機房總負載之和[10]。

多塊整流模塊并列運行時應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]，蓄電池容量根據站點的實際情況需滿足規定的后備時間要求。

中繼站通信電源系統結構如圖1所示。

1.2 存在問題

（1）容量不滿足相關規范要求。隨著省內二平面傳輸網、大容量OTN設備等通信工程的建設，通信電源容量不足的情況時有發生。

（2）運行時間過長、故障頻發或者電源廠家維保已終止，存在較大安全運行風險。

目前，特高壓中繼站體量龐大，尤其是西部地區，昌吉-古泉、酒泉-湖南、青海-河南等特高壓配套通信工程設置了大量中繼站。隨著運行年限的增加和新建通信工程建設，必然會出現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，通信設備并不一定都已接入雙套電源，有些通信設備只有單電源接口，部分保護接口裝置為單電源設備。因此，為了確保將原有通信電源所有負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備在割接過程中斷電的風險。需注意，應急通信電源包含一套高頻開關電源屏和一組蓄電池，電源容量應滿足要求。

2.1 施工方案主要步驟

2.1.1 施工前準備工作

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

圖1 中繼站通信電源系統結構示意圖

2.1.2 割接準備

組裝應急通信電源，敷設低壓配電室至應急電源間的交流電纜，敷設應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。如發現蓄電池容量不足，應更換蓄電池組。

2.1.3 應急電源接入

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

2.1.4 原有設備關停及拆除

依次斷開相關開關和線纜，確認電源完全與系統脫離，拆除相關線纜，做好絕緣措施，拆除原通信電源1。

2.1.5 新建設備安裝與調試

敷設并連接相關交流、直流電纜，然后按電流流入方向閉合相關開關，對新建通信電源進行加電調試。調試正常后，關閉新建通信電源整流模塊開關和新建通信電源交流輸入開關，閉合新建通信電源輸出熔絲；關閉應急電源的直流輸出熔絲和交流輸入開關，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和整流模塊開關，此時直流分配屏1完全由新建通信電源供電。

2.1.6 應急電源關停及拆除

依次斷開相關開關和線纜，確認電源完全與系統脫離，拆除相關線纜，做好絕緣措施，拆除應急電源。

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是否一致。根據電源線纜長度、機房內溫度等現場實際情況，合理設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，依據上述步驟可進行第二套通信電源的割接。

2.2 要 點

（1）設計圖紙和方案編制階段，在完成通信機房現場踏勘的基礎上，組織相關設計、施工、監理單位（如有條件可邀請業內專家）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、設備短路防護措施和應急預案。

（3）施工前再次核對圖紙、施工方案、現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載，重點標注單電源供電設備；確認施工方案、工作票等相關材料已經報審并批準。

圖2 應急電源接入示意圖

圖3 通信電源改造施工流程圖

（4）在站內工作區域設置好紅布幔、“在此工作”標識牌、圍欄等防護措施，由運行單位確認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等重要操作步驟前要做核對性測試（驗電），必要時與通信調度[13]核實通信設備運行狀況，避免虛接或誤斷。

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

（7）應急電源接入時，禁止與原有高頻開關電源屏并聯同時接入直流分配屏。

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

（9）設備加電前，應檢查設備內不得有金屬碎屑，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備要求，接地電阻應符合電氣要求。

（10）每套新建通信電源加電調試環節，需現場與相關廠家進行動環監控聯調。

2.3 優 勢

（1）采用應急電源接入的方案，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。因此，即使直流分配屏上接有單電源供電設備，也不會在割接期間斷電。

（2）通信機房的整體布局設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，將負載割接至兩臺新建通信電源（300 A，500 Ah）。

經過前期現場踏勘，該中繼站通信電源所帶總負載約35 A左右，共梳理出PCM、載波機等4臺單電源設備。為了確保電源改造期間所有負載不受影響，采用本文提出的應急電源接入改造方案，全部施工工作在10天內順利完成，期間所有設備運行正常，業務不受影響。

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生任何變化，通信機房屏位布置保持原有設計不變。

4 結 論

本文提出一種應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，最大限度降低設備斷電的風險；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