500 kV 昭关变电站通信电源系统不停电改造

汪筱巍，张华乐，蒯文科，戴 望

（国网安徽省电力有限公司信息通信分公司，安徽 合肥 230061）

0 引 言

电力通信网络是电网不可缺少的重要的组成部分，是电网调度自动化、电网运营和管理信息化的基础，是确保电网安全、稳定、经济运行的重要手段，应具备较强的稳定性，而通信电源系统是支撑电力通信网络安全运行的重要环节之一，可靠的通信电源系统是电力通信网络安全稳定运行的重要保障[1-2]。

安徽境内500 kV 昭关变电站（以下简称“500 kV昭关变”）是国家三峡建设基金投资建设的重点工程项目，是“皖电东送”500 kV 东通道的重要节点，也是皖中电网支撑点。目前，该站点主要采用电力光纤通信方式，承载着安徽电力调度数据网传输通道、7 条500 kV 输电线路和若干220 kV 输电线路的继电保护、安控切机通道等重要电力生产业务，对确保安徽电网安全稳定运行有着重大意义。

本文以500 kV 昭关变通信电源系统为改造实施对象，分析了昭关变通信电源系统存在的安全隐患，鉴于目前现有机房通信电源系统运行状况，考虑到通信系统后续新增设备供电容量的需要和机房内通信电源系统不允许长时间单系统运行[3]，且不能停电割接负载[4]，按照《国家电网公司安全事故调查规程》，因通信电源运行故障而导致通信业务的中断，最高可导致五级事件[5]。因此，结合现场改造实施的可行性和场地条件，按照有关规定要求，依托公司2018 年技改大修项目的开展，将500 kV 昭关变通信电源系统进行更换改造，为500 kV 昭关变在运通信设备提供更可靠的电源供电保障。本次电源改造工程通过梳理和分析电源系统连接结构以及设备负载供电特点，制定了详细可行的不停电改造实施方案，在保证直流输出母排不失电的基础上，对机房内通信-48 V 设备负载进行逐一割接，从而实现了通信电源系统改造的平滑过渡。

1 现状及存在问题分析

500 kV 昭关变电站现配置了两套通信高频开关电源、一套直流分配屏和两组蓄电池，投运于2007 年，其中直流分配屏Ⅰ、Ⅱ段直流母排分布在同一机柜上下端。通信机房设备总负载电流约为100 A，两套高频开关电源容量均为300 A，直流输出电流分别为48.2 A和51.8 A，其中单套电源整流模块为10 个，两组蓄电池容量均为300 Ah。改造前，昭关变通信电源系统连接如图1 所示，其中两套交流配电柜因投运时间较早且供站内其他设备接入需要，故仅有两个容量为100 A的空开，分别为1 号交流配电柜第5 路和3 号交流配电柜第6 路，在开关电源侧通过两条线缆并接方式提供两套通信电源系统的四路交流输入，另外，其中3号交流配电柜还配有一个容量为63 A 的备用空开，但其容量及线径大小不满足带载要求。

为满足国网一级骨干网、华东二级网及省网三级网通信系统的电源运行要求，保证安徽电力通信网络的安全稳定运行，亟需进行升级改造，改造主要由于存在如下问题：

（1）因两套高频开关电源运行时间较长，散热性能差，整流模块发热较高，故障多发；

（2）目前整流模块槽架为10 个，考虑到后期新增设备，无法实现扩容，即不能增加整流模块；

（3）同时双母线直流分配屏Ⅰ段直流母排可用空开仅剩一个，直流分配屏Ⅱ段直流母排无可用空开；

（4）两组蓄电池运行时间亦较长，工作可靠性下降。

电源改造前，昭关变直流分配屏Ⅰ、Ⅱ段直流母排所接通信设备负载分配情况如表1 所示。

2 通信电源系统改造方案概括及配置计算

2.1 总体改造方案概括

图1 改造前通信电源系统结构图

表1 改造前分配屏Ⅰ、Ⅱ段直流母排所接通信负载

根据昭关变通信电源系统现状及存在问题分析，昭关变通信电源系统改造应在退出两套原高频开关电源屏、一套原直流分配屏和两组原蓄电池，新增两套新高频开关电源屏、两套新直流分配屏和两组新蓄电池的基础上，保证直流输出母排不失电，进而确保割接过程中机房内通信设备负载供电不中断，其中针对昭关变单电源供电设备，配置的电源分配单元（Power Distribution Unit，PDU）实现双电源供电。为“二进一出”型，即具有两路输入单元，一路输出单元，当新增高频开关电源及直流分配屏时，可接至PDU 另一路输入单元，即实现割接过程中，单电源设备供电不中断，最终实现了昭关变原电源系统退出和新电源系统投运过程中的整体平滑过渡和负载割接。

2.2 通信电源系统配置计算

电源改造后，通信设备总负载电流仍为100 A，由两套新增高频开关电源负责供电。为满足昭关变现网设备可靠工作，同时为远期扩容提供一定的系统容量预留，设系统冗余系数γ为20%，则远期负载电流I远期负载=I实际负载电流/（1-γ）=100 A/（1-0.2）=125 A。

参照国家通信行业设计标准，可知铅酸蓄电池组的容量计算方法如下[6]：

其中，C为蓄电池组总容量（Ah）；K为安全系数，通常取1.25；I为负载电流（A）；T为蓄电池放电小时数（h）；η为蓄电池放电容量系数，具体取值如表2 所示；α为蓄电池温度系数（1/℃），当放电小时率≥10 时，取0.006，当1 ≤放电小时率≤10，取0.008，当放电小时率≤1，取0.01；t为实际蓄电池所在地最低温度数值，所在地无采暖设备时，按5 ℃考虑，所在地有采暖设备时，按15 ℃考虑。

通信蓄电池后备时间（放电时间）要求为4 h，则η取0.79，α取0.006，t取15 ℃，则计算得蓄电池组总容量为841.6 Ah，根据蓄电池可选容量技术要求，选择配置2 组500 Ah 的蓄电池组。

以10 小时率计算，通信蓄电池组正常充电电流I充电=蓄电池组容量×10%=0.1×2×500=100 A，根据设计规程，应满足铅酸蓄电池组均衡充电要求，高频开关电源整流输出电流IZ=I远期负载+I充电=100+125=225 A， 新增开关电源单个整流模块配置容量为50 A，计算整流模块数量NZ=IZ/单个整流模块容量=225 A/50 A=4.5个，向上取整[7]，同时需满足电源系统整流模块“N-1”原则[8]中冗余模块要求，故整流模块数量NZ最终配置为6 个。考虑后期扩容计划，每套新增高频开关电源可扩增4 个整流模块，满足系统容量要求。

3 通信电源系统不停电改造实施

3.1 电源改造实施前准备事项

（1）现场实施前应通过连接端子、连接电缆关系、电缆线径、正负极标识等来确认原通信电源系统的电气连接结构是否准确无误，确保施工三措一案的电源连接图与现场接线方式一致[9]。

（2）现场梳理并统计通信机房内所有直流-48 V设备负载的电源输入端是否为双电源供电，对于单电源供电设备所连接的PDU 是否为“二路或”，确保设备负载在失去一路直流电时仍保持正常运行[10]。

（3）对通信机房内的设备负载进行分类，尤其对于在割接过程中可能掉电的单电源供电设备，应重点核实其上承载的重要光路及保护业务，提前填报通信检修票，待相应保护通道停运后，方可开展改造工作。

表2 铅酸蓄电池放电容量系数（η）

（4）对现场改造所需要敷设的线缆长度、路径、线径大小等做好整体规划，确保改造后通信电源系统安全稳定运行。

3.2 通信电源系统改造实施步骤

基于目前昭关变通信电源系统结构，改造工作采取如下实施步骤：

步骤一，昭关变主控楼二楼自动化通信机房和一楼交直流室平面布局分别如图2 和图3 所示，施工前做好施工区域安全标示、标牌悬挂等准备工作；

步骤二，安装固定两台新增高频开关电源屏Ⅰ、Ⅱ，具体安装位置如图2 所示，安装固定新增第1 组蓄电池组及蓄电池屏，固定新增蓄电池组支架并按序摆放好蓄电池，具体安装位置如图3 所示，经万用表测试无误后做好蓄电池组节与节之间的电缆连接；

步骤三，敷设新增高频开关电源屏Ⅰ、Ⅱ至交直流室交流配电屏连接线缆，打印粘贴线缆标签、标识，敷设新增高频开关电源屏Ⅰ至新增第1 组蓄电池组屏的连接线缆，打印粘贴线缆标签、标识；

步骤四，按照原通信电源系统连接结构，对已安装完毕的两台新增高频开关电源屏Ⅰ、Ⅱ的交流输入端利用两根线缆进行并接，并接后利用备用63 A 空开（3 号交流配电柜）对新增开关电源屏Ⅰ及新增第1 组蓄电池组进行加电测试，测试无误后完成新增第1 组蓄电池组充放电试验工作，如图4 所示；

步骤五，拆除新增第1 组蓄电池组连接线缆并安装至屏柜中，对新增第2 组蓄电池组进行充放电试验，如图5 所示；

步骤六，重新连接新增高频开关电源屏Ⅰ与新增第1组蓄电池组之间线缆，布放新增高频开关电源屏Ⅰ、Ⅱ临时线缆至原直流分配屏，将原直流分配屏Ⅱ段直流母排割接至新增高频开关电源屏Ⅰ，如图6 所示；

步骤七，断开原高频开关电源屏Ⅱ，将新增高频开关电源屏Ⅰ的交流备用63 A 空开线缆接至原高频开关电源屏Ⅱ交流100 A 空开（3 号交流配电柜第6 路）处，并拆除原高频开关电源屏Ⅱ、原第2 组蓄电池组屏及线缆，如图7 所示；

图2 昭关变主控楼二楼自动化通信机房平面布局

图3 昭关变主控楼一楼交直流室平面布局

图4 通信电源系统改造实施步骤四

图5 通信电源系统改造实施步骤五

图6 通信电源系统改造实施步骤六

图7 通信电源系统改造实施步骤七

步骤八，同上对原高频开关电源屏Ⅰ和原直流配电屏进行操作，断开原高频开关电源屏Ⅰ交流100 A空开（1 号交流配电柜第5 路），将新增高频开关电源屏Ⅰ接至此空开处，将原直流分配屏Ⅰ段直流母排割接至新增高频开关电源屏Ⅱ，并拆除原高频开关电源屏Ⅰ、原第1 组蓄电池组屏及线缆，如图8 所示；

步骤九，在原高频开关电源屏位置安装固定2 台直流分配屏Ⅰ、Ⅱ，完成新增直流分配屏至新增高频开关电源屏的加电调试及线缆布放，同时完成新增直流分配屏至通信机房-48 V 设备负载屏的线缆布放工作，如图9 所示。

图8 通信电源系统改造实施步骤八

图9 通信电源系统改造实施步骤九

3.3 通信-48 V 负载不停电割接

昭关变通信机房涉及国网、华东网、省网的通信设备负载数量众多，开展负载不停电割接工作风险较大，因此，割接前需充分准备，制定周密可行的实施方案，有效提高施工安全性。负载割接前，先用钳型电流表测量新直流分配屏Ⅰ、Ⅱ各分路电流，确认新开关电源正常给设备负载供电后。

（1）针对国网华为Optix OSN6800 大容量光传输设备（Optical Transport Network，OTN），先将第一路电源割接至新直流分配屏Ⅰ相应空开处，经进一步检查确认该路电源电缆正确连接之后，投入运行，检测电源电压正常，设备电源告警消除，确认设备恢复正常运行后，将第二路电源割接至新直流分配屏Ⅱ相应空开处，检查同上，确保设备恢复正常运行。

（2）针对华东网爱立信10G OMS3240 光传输设备（Synchronous Digital Hierarchy，SDH）、华东网爱立信2.5G OMS1684 SDH 光传输设备，在申请 OMS1684设备上运行的10 条保护通道对应的保护2M 设备（Pulse Code Modulation，PCM）及保护接口装置（Multiplexing，MUX）停用后，对OMS3240、OMS1684 设备双路电源逐路割接至新直流配电屏Ⅰ、Ⅱ对应空开处，经进一步检查确认该路电源电缆正确连接之后，投入运行，检测电源电压正常，设备电源告警消除后，依次将每条500 kV 输电线路每一套保护MUX 接口装置的电源电缆或者每一套保护PCM 设备至MUX 接口装置的电源电缆割接至新直流配电屏Ⅰ、Ⅱ对应空开处，检查同上，无误后再申请各保护通道投用，确认设备及保护通道运行无告警。

（3）针对省网S390 光端机、调度交换机、综合数据网等双电源供电设备，依次割接各设备负载的第一路电源至新直流分配屏Ⅰ对应空开处，经进一步检查确认该路电源电缆正确连接之后，投入运行，检查该负载设备是否正常运行，在确认负载正常运行无误之后，再依次割接各设备负载的第二路电源至新直流分配屏Ⅱ对应空开处，检查同上，确认负载正常运行。针对省网中兴S320 单电源供电设备[11]，应严格在申请省网保护停用的时间范围内进行负载割接。

通信设备负载割接后，至此昭关变通信电源系统改造完毕。改造后通信电源系统结构如图10 所示，新直流分配屏Ⅰ、Ⅱ所接通信设备负载分配情况如表3 所示。

图10 改造后通信电源系统结构图

表3 改造后新分配屏Ⅰ、Ⅱ所接通信负载

4 结 论

本文以500 kV 昭关变通信电源系统实际改造工程为案例，分析了通信电源系统目前现状及存在的问题，结合通信电源系统结构和实际运行工况，并通过对拟改造后的电源系统容量配置计算及校核，提出了电源系统总体改造方案及通信-48 V 设备负载不停电割接实施方案。通过改造工程实施，实现了电源系统的平滑过渡及负载的不停电割接，验证了实施方案的可行性，满足后期通信电源系统的扩容需求，保证了安徽电力通信网安全稳定运行，同时亦为其他变电站开展类似的通信电源系统改造工程提供了一定的参考。