張樂(lè)豐（國(guó)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(jìn)“特高壓”[1]等新型基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，未來(lái)特高壓必將迎來(lái)又一個(gè)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(yùn)，為保護(hù)、控制、故障測(cè)距，安全自動(dòng)裝置等信號(hào)傳輸提供穩(wěn)定可靠通道，為特高壓安全穩(wěn)定運(yùn)行提供堅(jiān)強(qiáng)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(hù)控制等重要業(yè)務(wù)通過(guò)“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(shí)，可以立刻切換到另一條通道上繼續(xù)運(yùn)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(zhǎng)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(jī)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(jī)房中設(shè)備的不斷增加和擴(kuò)容，越來(lái)越多的通信電源容量已無(wú)法滿足要求，需要通過(guò)新建通信電源并進(jìn)行不停電割接改造來(lái)增加電源容量。

國(guó)內(nèi)已有一些通信電源不停電改造方案的研究成果。文獻(xiàn)[3-4]主要研究了3個(gè)網(wǎng)絡(luò)機(jī)房通信電源優(yōu)化改造方案，通過(guò)增加直流分配屏或電源分配單元的方式來(lái)降低單電源供電設(shè)備斷電的風(fēng)險(xiǎn)。文獻(xiàn)[5]主要闡述了電力通信電源新技術(shù)的優(yōu)勢(shì)和運(yùn)用。文獻(xiàn)[6]主要介紹了太陽(yáng)能混合電源系統(tǒng)和通信電源監(jiān)控系統(tǒng)，對(duì)通信電源的運(yùn)行維護(hù)具有指導(dǎo)意義。一般情況下，變電站只有一個(gè)通信機(jī)房，中繼站通信電源改造的施工對(duì)象通常是該機(jī)房中的兩套高頻開(kāi)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(shí)上，特高壓中繼站通信電源往往承載著一、二、三級(jí)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(yùn)行的基礎(chǔ)[7-9]，對(duì)其可靠性要求更高。鑒于此，本文提出臨時(shí)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(shí)所帶負(fù)載不受影響，業(yè)務(wù)不中斷，并以實(shí)際特高壓配套通信工程電源改造實(shí)例驗(yàn)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(kāi)關(guān)電源屏，每套高頻開(kāi)關(guān)電源屏下掛一組或兩組蓄電池，同時(shí)配置兩套直流分配屏。高頻開(kāi)關(guān)電源系統(tǒng)的交流輸入應(yīng)來(lái)自站內(nèi)不同的交流母線。

根據(jù)通信機(jī)房?jī)?nèi)直流用電設(shè)備總負(fù)載，計(jì)算通信電源的整流模塊容量。-48 V高頻開(kāi)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(jí)骨干通信網(wǎng)業(yè)務(wù)或220 kV及以上繼電保護(hù)、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(kāi)關(guān)電源蓄電池組容量的20%與通信機(jī)房總負(fù)載之和[10]。

多塊整流模塊并列運(yùn)行時(shí)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(diǎn)的實(shí)際情況需滿足規(guī)定的后備時(shí)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(wèn)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(shí)有發(fā)生。

（2）運(yùn)行時(shí)間過(guò)長(zhǎng)、故障頻發(fā)或者電源廠家維保已終止，存在較大安全運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)。

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(yùn)行年限的增加和新建通信工程建設(shè)，必然會(huì)出現(xiàn)越來(lái)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(hù)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(guò)程中斷電的風(fēng)險(xiǎn)。需注意，應(yīng)急通信電源包含一套高頻開(kāi)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(yùn)行人員確認(rèn)割接時(shí)間無(wú)檢修和停電計(jì)劃，同時(shí)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(duì)其蓄電池組進(jìn)行核容試驗(yàn)。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(kāi)關(guān)電源屏1整流模塊開(kāi)關(guān)和交流輸入開(kāi)關(guān)，此時(shí)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(kāi)和直流輸出空開(kāi)，此時(shí)直流分配屏1由應(yīng)急電源和原蓄電池組1供電；斷開(kāi)原高頻開(kāi)關(guān)電源屏1的輸出熔絲，此時(shí)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(kāi)相關(guān)開(kāi)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(kāi)關(guān)，對(duì)新建通信電源進(jìn)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(kāi)關(guān)和新建通信電源交流輸入開(kāi)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(kāi)關(guān)，此時(shí)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(kāi)關(guān)和整流模塊開(kāi)關(guān)，此時(shí)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(kāi)相關(guān)開(kāi)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(yàn) 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(yùn)行參數(shù)是否一致。根據(jù)電源線纜長(zhǎng)度、機(jī)房?jī)?nèi)溫度等現(xiàn)場(chǎng)實(shí)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(jìn)行第二套通信電源的割接。

2.2 要 點(diǎn)

（1）設(shè)計(jì)圖紙和方案編制階段，在完成通信機(jī)房現(xiàn)場(chǎng)踏勘的基礎(chǔ)上，組織相關(guān)設(shè)計(jì)、施工、監(jiān)理單位（如有條件可邀請(qǐng)業(yè)內(nèi)專(zhuān)家）召開(kāi)施工圖審查及交底、施工方案評(píng)審會(huì)，對(duì)施工圖紙、施工方案進(jìn)行審查交底及評(píng)審。

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

（3）施工前再次核對(duì)圖紙、施工方案、現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況三者的一致性，如有變化，及時(shí)進(jìn)行修改；再次核對(duì)兩套通信電源所有負(fù)載，重點(diǎn)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(bào)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(shí)牌、圍欄等防護(hù)措施，由運(yùn)行單位確認(rèn)具備開(kāi)工條件并獲得開(kāi)工許可。

（5）施工中，閉合和斷開(kāi)各類(lèi)開(kāi)關(guān)等重要操作步驟前要做核對(duì)性測(cè)試（驗(yàn)電），必要時(shí)與通信調(diào)度[13]核實(shí)通信設(shè)備運(yùn)行狀況，避免虛接或誤斷。

（6）直流電纜接線前應(yīng)校驗(yàn)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(shí)，禁止與原有高頻開(kāi)關(guān)電源屏并聯(lián)同時(shí)接入直流分配屏。

（8）拆除原有設(shè)備和電纜時(shí)應(yīng)有安全管控要點(diǎn)，防止誤斷其他運(yùn)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(kāi)是否匹配合適，極性是否有接錯(cuò)和短路情況；設(shè)備加電時(shí)必須沿電流方向逐級(jí)加電，逐級(jí)測(cè)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(chǎng)與相關(guān)廠家進(jìn)行動(dòng)環(huán)監(jiān)控聯(lián)調(diào)。

2.3 優(yōu) 勢(shì)

（1）采用應(yīng)急電源接入的方案，可以確保在電源割接過(guò)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(huì)在割接期間斷電。

（2）通信機(jī)房的整體布局設(shè)計(jì)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(jī)房整體屏位布局保持不變，美觀且不改變?cè)性O(shè)計(jì)。

3 特高壓配套通信工程實(shí)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(yùn)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(tái)新建通信電源（300 A，500 Ah）。

經(jīng)過(guò)前期現(xiàn)場(chǎng)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(jī)等4臺(tái)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(yùn)行正常，業(yè)務(wù)不受影響。

改造前后機(jī)房通信電源屏位示意圖如圖4所示。

通過(guò)圖4可以看出，改造前后通信電源屏位沒(méi)有發(fā)生任何變化，通信機(jī)房屏位布置保持原有設(shè)計(jì)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(shí)際特高壓配套通信工程進(jìn)行了驗(yàn)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(xiǎn)；另一方面，通過(guò)“原屏位替換”的方式保持機(jī)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(qiáng)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