500 kV 昭關(guān)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(luò)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(chǔ)，是確保電網(wǎng)安全、穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)運行的重要手段，應(yīng)具備較強(qiáng)的穩(wěn)定性，而通信電源系統(tǒng)是支撐電力通信網(wǎng)絡(luò)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(luò)安全穩(wěn)定運行的重要保障[1-2]。

安徽境內(nèi)500 kV 昭關(guān)變電站（以下簡稱“500 kV昭關(guān)變”）是國家三峽建設(shè)基金投資建設(shè)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(hù)、安控切機(jī)通道等重要電力生產(chǎn)業(yè)務(wù)，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(guān)變通信電源系統(tǒng)為改造實施對象，分析了昭關(guān)變通信電源系統(tǒng)存在的安全隱患，鑒于目前現(xiàn)有機(jī)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(shè)備供電容量的需要和機(jī)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(fù)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(dǎo)致通信業(yè)務(wù)的中斷，最高可導(dǎo)致五級事件[5]。因此，結(jié)合現(xiàn)場改造實施的可行性和場地條件，按照有關(guān)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(guān)變通信電源系統(tǒng)進(jìn)行更換改造，為500 kV 昭關(guān)變在運通信設(shè)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(jié)構(gòu)以及設(shè)備負(fù)載供電特點，制定了詳細(xì)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(chǔ)上，對機(jī)房內(nèi)通信-48 V 設(shè)備負(fù)載進(jìn)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(guān)變電站現(xiàn)配置了兩套通信高頻開關(guān)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(jī)柜上下端。通信機(jī)房設(shè)備總負(fù)載電流約為100 A，兩套高頻開關(guān)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(guān)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(shè)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(guān)電源側(cè)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(luò)的安全穩(wěn)定運行，亟需進(jìn)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(guān)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(shè)備，無法實現(xiàn)擴(kuò)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(guān)變直流分配屏Ⅰ、Ⅱ段直流母排所接通信設(shè)備負(fù)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(jié)構(gòu)圖

表1 改造前分配屏Ⅰ、Ⅱ段直流母排所接通信負(fù)載

根據(jù)昭關(guān)變通信電源系統(tǒng)現(xiàn)狀及存在問題分析，昭關(guān)變通信電源系統(tǒng)改造應(yīng)在退出兩套原高頻開關(guān)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(guān)電源屏、兩套新直流分配屏和兩組新蓄電池的基礎(chǔ)上，保證直流輸出母排不失電，進(jìn)而確保割接過程中機(jī)房內(nèi)通信設(shè)備負(fù)載供電不中斷，其中針對昭關(guān)變單電源供電設(shè)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(jìn)一出”型，即具有兩路輸入單元，一路輸出單元，當(dāng)新增高頻開關(guān)電源及直流分配屏?xí)r，可接至PDU 另一路輸入單元，即實現(xiàn)割接過程中，單電源設(shè)備供電不中斷，最終實現(xiàn)了昭關(guān)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(fù)載割接。

2.2 通信電源系統(tǒng)配置計算

電源改造后，通信設(shè)備總負(fù)載電流仍為100 A，由兩套新增高頻開關(guān)電源負(fù)責(zé)供電。為滿足昭關(guān)變現(xiàn)網(wǎng)設(shè)備可靠工作，同時為遠(yuǎn)期擴(kuò)容提供一定的系統(tǒng)容量預(yù)留，設(shè)系統(tǒng)冗余系數(shù)γ為20%，則遠(yuǎn)期負(fù)載電流I遠(yuǎn)期負(fù)載=I實際負(fù)載電流/（1-γ）=100 A/（1-0.2）=125 A。

參照國家通信行業(yè)設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，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?cè)萘浚ˋh）；K為安全系數(shù)，通常取1.25；I為負(fù)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(dāng)放電小時率≥10 時，取0.006，當(dāng)1 ≤放電小時率≤10，取0.008，當(dāng)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?zé)o采暖設(shè)備時，按5 ℃考慮，所在地有采暖設(shè)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?cè)萘繛?41.6 Ah，根據(jù)蓄電池可選容量技術(shù)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(shè)計規(guī)程，應(yīng)滿足鉛酸蓄電池組均衡充電要求，高頻開關(guān)電源整流輸出電流IZ=I遠(yuǎn)期負(fù)載+I充電=100+125=225 A， 新增開關(guān)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?？紤]后期擴(kuò)容計劃，每套新增高頻開關(guān)電源可擴(kuò)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(zhǔn)備事項

（1）現(xiàn)場實施前應(yīng)通過連接端子、連接電纜關(guān)系、電纜線徑、正負(fù)極標(biāo)識等來確認(rèn)原通信電源系統(tǒng)的電氣連接結(jié)構(gòu)是否準(zhǔn)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(jī)房內(nèi)所有直流-48 V設(shè)備負(fù)載的電源輸入端是否為雙電源供電，對于單電源供電設(shè)備所連接的PDU 是否為“二路或”，確保設(shè)備負(fù)載在失去一路直流電時仍保持正常運行[10]。

（3）對通信機(jī)房內(nèi)的設(shè)備負(fù)載進(jìn)行分類，尤其對于在割接過程中可能掉電的單電源供電設(shè)備，應(yīng)重點核實其上承載的重要光路及保護(hù)業(yè)務(wù)，提前填報通信檢修票，待相應(yīng)保護(hù)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(shè)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(guān)變通信電源系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，改造工作采取如下實施步驟：

步驟一，昭關(guān)變主控樓二樓自動化通信機(jī)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(biāo)示、標(biāo)牌懸掛等準(zhǔn)備工作；

步驟二，安裝固定兩臺新增高頻開關(guān)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(shè)新增高頻開關(guān)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(biāo)簽、標(biāo)識，敷設(shè)新增高頻開關(guān)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(biāo)簽、標(biāo)識；

步驟四，按照原通信電源系統(tǒng)連接結(jié)構(gòu)，對已安裝完畢的兩臺新增高頻開關(guān)電源屏Ⅰ、Ⅱ的交流輸入端利用兩根線纜進(jìn)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(guān)電源屏Ⅰ及新增第1 組蓄電池組進(jìn)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(jìn)行充放電試驗，如圖5 所示；

步驟六，重新連接新增高頻開關(guān)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(guān)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(guān)電源屏Ⅰ，如圖6 所示；

步驟七，斷開原高頻開關(guān)電源屏Ⅱ，將新增高頻開關(guān)電源屏Ⅰ的交流備用63 A 空開線纜接至原高頻開關(guān)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(guān)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(guān)變主控樓二樓自動化通信機(jī)房平面布局

圖3 昭關(guān)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(guān)電源屏Ⅰ和原直流配電屏進(jìn)行操作，斷開原高頻開關(guān)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(guān)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(guān)電源屏Ⅱ，并拆除原高頻開關(guān)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(guān)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(guān)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(jī)房-48 V 設(shè)備負(fù)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(fù)載不停電割接

昭關(guān)變通信機(jī)房涉及國網(wǎng)、華東網(wǎng)、省網(wǎng)的通信設(shè)備負(fù)載數(shù)量眾多，開展負(fù)載不停電割接工作風(fēng)險較大，因此，割接前需充分準(zhǔn)備，制定周密可行的實施方案，有效提高施工安全性。負(fù)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(rèn)新開關(guān)電源正常給設(shè)備負(fù)載供電后。

（1）針對國網(wǎng)華為Optix OSN6800 大容量光傳輸設(shè)備（Optical Transport Network，OTN），先將第一路電源割接至新直流分配屏Ⅰ相應(yīng)空開處，經(jīng)進(jìn)一步檢查確認(rèn)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(shè)備電源告警消除，確認(rèn)設(shè)備恢復(fù)正常運行后，將第二路電源割接至新直流分配屏Ⅱ相應(yīng)空開處，檢查同上，確保設(shè)備恢復(fù)正常運行。

（2）針對華東網(wǎng)愛立信10G OMS3240 光傳輸設(shè)備（Synchronous Digital Hierarchy，SDH）、華東網(wǎng)愛立信2.5G OMS1684 SDH 光傳輸設(shè)備，在申請 OMS1684設(shè)備上運行的10 條保護(hù)通道對應(yīng)的保護(hù)2M 設(shè)備（Pulse Code Modulation，PCM）及保護(hù)接口裝置（Multiplexing，MUX）停用后，對OMS3240、OMS1684 設(shè)備雙路電源逐路割接至新直流配電屏Ⅰ、Ⅱ?qū)?yīng)空開處，經(jīng)進(jìn)一步檢查確認(rèn)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(shè)備電源告警消除后，依次將每條500 kV 輸電線路每一套保護(hù)MUX 接口裝置的電源電纜或者每一套保護(hù)PCM 設(shè)備至MUX 接口裝置的電源電纜割接至新直流配電屏Ⅰ、Ⅱ?qū)?yīng)空開處，檢查同上，無誤后再申請各保護(hù)通道投用，確認(rèn)設(shè)備及保護(hù)通道運行無告警。

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

通信設(shè)備負(fù)載割接后，至此昭關(guān)變通信電源系統(tǒng)改造完畢。改造后通信電源系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖10 所示，新直流分配屏Ⅰ、Ⅱ所接通信設(shè)備負(fù)載分配情況如表3 所示。

圖10 改造后通信電源系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

表3 改造后新分配屏Ⅰ、Ⅱ所接通信負(fù)載

4 結(jié) 論

本文以500 kV 昭關(guān)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(jié)合通信電源系統(tǒng)結(jié)構(gòu)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(shè)備負(fù)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(fù)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(kuò)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。