三江水電站電力通信系統(tǒng)存在的問題及技術(shù)改造

向能

（綿陽三江美亞水電有限公司，四川綿陽621000）

三江水電站電力通信系統(tǒng)存在的問題及技術(shù)改造

向能

（綿陽三江美亞水電有限公司，四川綿陽621000）

針對三江水電站電力通信系統(tǒng)存在的問題，從通信設(shè)備布置、通信系統(tǒng)接地及過電壓保護(hù)，通信設(shè)備的通道及路由方式，48 V通信直流系統(tǒng)等多個方面進(jìn)行分析。根據(jù)規(guī)程和現(xiàn)場情況進(jìn)行技改，實現(xiàn)了水電站電力通信系統(tǒng)雙通道、雙路由、雙電源的工作方式，通信可靠性得以本質(zhì)提高。

電力通信系統(tǒng)；通信設(shè)備布置；通信系統(tǒng)接地；通信通道；48 V通信直流系統(tǒng)；技改

1 三江水電站電力通信系統(tǒng)簡介

三江水電站裝機(jī)容量3×17MW，通過一回110kV輸電線路接入四川電網(wǎng)。電站電力通信系統(tǒng)的傳輸介質(zhì)為110 kV輸電線路同塔架設(shè)的ADSS光纜，電站側(cè)采用東方通信QF155-05型光傳輸設(shè)備，光傳輸設(shè)備出2 M線路分別接調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)和AM240型接入設(shè)備，實現(xiàn)電站與電力調(diào)度機(jī)構(gòu)之間的調(diào)度電話通信和遠(yuǎn)動數(shù)據(jù)通信。電站電力通信系統(tǒng)由1套48 V通信直流系統(tǒng)供電，蓄電池組采用4只單體電壓12 V，容量100 Ah的鉛酸蓄電池。

電站電力通信設(shè)備和48 V通信直流系統(tǒng)的投運時間均為2003年12月，安裝位置同在電站副廠房二樓通訊室。

2 水電站電力通信系統(tǒng)存在的問題及技術(shù)改造

2.1 通訊室設(shè)備布局不合理和接地設(shè)置不符合規(guī)程要求

通訊室內(nèi)安裝有光傳輸設(shè)備、接入設(shè)備、行政電話交換機(jī)、計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備以及48 V通信直流系統(tǒng)和蓄電池組。夏季，通訊室內(nèi)溫度達(dá)到甚至超過35℃，需要關(guān)閉門窗通過空調(diào)機(jī)降溫，以滿足通信設(shè)備15℃～30℃的運行環(huán)境要求。蓄電池組放置在不通風(fēng)房間長期工作，將導(dǎo)致氫氣聚集，產(chǎn)生安全隱患。通訊室未設(shè)置環(huán)形閉合接地母線和均壓銅排，且只通過一處接地引下線與電站主接地網(wǎng)連接，通訊室的接地系統(tǒng)不符合反措要求。

技改時，將新采購的兩組48 V蓄電池安裝在副廠房一樓的專用蓄電池室，蓄電池室空間大、溫濕度適宜、通風(fēng)良好，采用防爆燈具，對蓄電池架可靠接地，保證蓄電池組的安全、穩(wěn)定、可靠運行。針對通訊室，在防靜電地板下增設(shè)匯流均壓銅排（50×5）和環(huán)形閉合接地母線（40×4鍍鋅扁鐵），環(huán)形閉合接地母線通過兩根不同的接地引下線與電站主接地網(wǎng)連接并標(biāo)注接地標(biāo)識，焊接前檢測接地引下線與電站主接地網(wǎng)的接地導(dǎo)通性，兩處測值均小于0.01 Ω，焊接后對焊接部位進(jìn)行防腐處理，檢測環(huán)形閉合接地母線與電站主接地網(wǎng)的接地導(dǎo)通性，測值小于0.01 Ω。電站主接地網(wǎng)的接地電阻委托綿陽市防雷中心在每年3月檢測，多年檢測值均小于0.5 Ω。匯流均壓銅排和環(huán)形閉合接地采用16 mm2多股銅芯接地線連接。依據(jù)DL548-2012《電力系統(tǒng)通信站過電壓防護(hù)規(guī)程》的要求，48 V通信直流系統(tǒng)正極和電力通信設(shè)備電源正極分別采用16 mm2多股銅芯接地線與匯流均壓銅排可靠連接、接地。

2.2 電力通信設(shè)備配置不滿足規(guī)程要求

電站電力通信系統(tǒng)于2003年12月投入運行，電力通信設(shè)備包括光傳輸設(shè)備、接入設(shè)備、調(diào)度交換機(jī)、載波通訊機(jī)和電話錄音系統(tǒng)等。其中:主設(shè)備采用杭州東信通訊股份有限公司制造的QF155-05型光傳輸設(shè)備和AM240型接入設(shè)備。近年來電網(wǎng)通信系統(tǒng)改造，電網(wǎng)公司原有東信設(shè)備退出運行，造成電站與電力調(diào)度機(jī)構(gòu)之間為單鏈路通信，電力通信可靠性大幅降低，多次因光纜故障或設(shè)備故障導(dǎo)致電站與電力調(diào)度機(jī)構(gòu)之間通信中斷，調(diào)度機(jī)構(gòu)無法監(jiān)視電站的實時遠(yuǎn)動數(shù)據(jù)，電站無法接收調(diào)度命令，嚴(yán)重影響電站的正常生產(chǎn)經(jīng)營。

根據(jù)規(guī)程要求，電力通信系統(tǒng)必須采用雙通道、雙電源。雙通道是指兩路路由完全不同的光纖通道進(jìn)入通信機(jī)房，雙電源是指兩套完全獨立的48 V通信直流電源分別為電力通信設(shè)備供電。關(guān)于光纖通道，電站原來只有一路ADSS光纜連接到電網(wǎng)公司的某110 kV變電站，此次技改將該光纜從110 kV變電站跳纖連接到電網(wǎng)公司的某220 kV變電站，電站的光纖通道直接上聯(lián)到電力調(diào)度機(jī)構(gòu)的雙鏈路光纖環(huán)網(wǎng)上以提高通道的通信可靠性，該通道為電站電力通信的主用通道，路由為電站至省調(diào)通信系統(tǒng)。考慮到電站距離電網(wǎng)公司的其他變電站距離較遠(yuǎn)，無法敷設(shè)另外一路路由完全不同的光纜。因此，電站租用中國電信的一路光纖作為電站電力通信的備用通道，光纖接PDH設(shè)備，路由為電站至地調(diào)通信系統(tǒng)。通過省調(diào)通信系統(tǒng)與地調(diào)通信系統(tǒng)的互聯(lián)互通，實現(xiàn)了電站與省調(diào)、地調(diào)之間的通信環(huán)網(wǎng)，電站通信的可靠性得到了本質(zhì)性的提高。

為了保證電站電力通信設(shè)備的可靠性，技改后主設(shè)備采用中興通訊的S330光傳輸設(shè)備和深圳華為的FA16接入設(shè)備，S330光傳輸設(shè)備的電源板、光路接口板采用2路獨立配置，主控板和交叉時鐘板均采用1+1冗余配置；FA16接入設(shè)備的電源板采用2路獨立配置，主控板和業(yè)務(wù)板1+1冗余配置。電站光傳輸設(shè)備采用速率為155 Mb/s的STM-1同步傳輸方式，通信網(wǎng)絡(luò)由電力調(diào)度機(jī)構(gòu)統(tǒng)一管理。

電站電力通信系統(tǒng)承載的具體業(yè)務(wù)主要包括：調(diào)度數(shù)據(jù)專網(wǎng)、101規(guī)約遠(yuǎn)動通信和調(diào)度電話等。其中：調(diào)度數(shù)據(jù)專網(wǎng)采用以太網(wǎng)通訊方式，由光傳輸設(shè)備出2 M線路通過同軸電纜接調(diào)度數(shù)據(jù)專網(wǎng)路由器；101規(guī)約遠(yuǎn)動通信和調(diào)度電話通過FA16接入設(shè)備實現(xiàn)業(yè)務(wù)功能，電站FA16接入S330光傳輸設(shè)備和PDH設(shè)備輸出的2 M線路，通過網(wǎng)管實現(xiàn)自動切換，F(xiàn)A16設(shè)備的業(yè)務(wù)輸出接101規(guī)約遠(yuǎn)動通信設(shè)備和調(diào)度電話。電站技改后的電力通信結(jié)構(gòu)見圖1。

圖1 技改后電站電力通信結(jié)構(gòu)圖

2.3 48 V通信直流系統(tǒng)不滿足使用要求

電站48 V通信直流系統(tǒng)于2003年12月投入運行，采用DMA34-48/10高頻穩(wěn)壓整流器，充電模塊為2+1配置，額定輸入電壓AC 380 V，額定輸出電壓-DC 48 V。蓄電池組額定電壓48 V，單體電池電壓12 V，蓄電池組額定容量100 Ah。48 V通信直流系統(tǒng)主要存在以下問題：

（1）48 V通信直流系統(tǒng)技術(shù)落后，其中央控制器只有數(shù)據(jù)采集和顯示功能，無控制功能，不能根據(jù)工況自動控制充電模塊處于均充模式或浮充模式。充電模塊為自主控制，手動切換充電模式，不利于蓄電池組的長期穩(wěn)定、可靠運行。

（2）48 V直流系統(tǒng)制造廠家不再為電站提供技術(shù)服務(wù)，設(shè)備故障后，存在無法修復(fù)的風(fēng)險。

（3）48 V通信直流系統(tǒng)為單系統(tǒng)運行，不符合并網(wǎng)安評的要求。通信直流系統(tǒng)應(yīng)為兩套48 V電源獨立運行，兩套48 V直流系統(tǒng)各配蓄電池一組。

（4）年度計劃性檢修時，發(fā)現(xiàn)48 V直流系統(tǒng)蓄電池組的放電容量下降到正常容量的70%，蓄電池的單體電壓為12 V，1只蓄電池故障將導(dǎo)致蓄電池組無法正常使用。蓄電池組安裝在通訊室，無法對蓄電池組有效通風(fēng)，不利于蓄電池的長期、穩(wěn)定運行。根據(jù)國家電網(wǎng)生[2012]352號《國家電網(wǎng)公司十八項電網(wǎng)重大反事故措施》、DLT724-2000《電力系統(tǒng)用蓄電池直流電源裝置運行與維護(hù)技術(shù)規(guī)程》、DLT856-2004《電力用直流電源監(jiān)控裝置》等的要求，電站新建兩套48 V通信直流系統(tǒng)，兩套直流系統(tǒng)完全獨立設(shè)置，具體為每套直流系統(tǒng)含交流配電單元，監(jiān)控單元，整流裝置，交直流檢測單元，直流饋電單元和蓄電池組、蓄電池巡檢儀。每套直流系統(tǒng)各組屏一面，安裝在通訊室原48 V通訊直流系統(tǒng)屏和蓄電池屏位置上；兩套蓄電池組安裝在副廠房一樓的蓄電池室。

兩套直流系統(tǒng)的交流配電單元獨立，交流電源的來源共用，一路來自副廠房廠用電配電屏的17D-3交流回路，另一路來自副廠房廠用電配電屏的17D-5交流回路。副廠房廠用電配電屏通過3D-1和17D-7開關(guān)與廠用電400 VⅠ段母線相連，通過6D-2和17D-8開關(guān)與廠用電400 VⅡ段母線相連。交流配電單元具備自動投切、互為備用、以及故障消除后的自復(fù)功能。

兩套直流系統(tǒng)各設(shè)一段48 V饋電母線，兩段饋電母線之間設(shè)母聯(lián)開關(guān)ZK，正常運行時母聯(lián)開關(guān)ZK斷開，兩段母線分段運行；設(shè)備故障處理或年度計劃檢修時，斷開故障或檢修設(shè)備的進(jìn)線開關(guān)ZK1或ZK3，合上母聯(lián)開關(guān)ZK，實現(xiàn)由一段母線向另一段母線供電；饋電母線設(shè)出線開關(guān)，出線開關(guān)接-48V用電設(shè)備。48 V通信直流系統(tǒng)技改原理圖見圖2。

蓄電池和充電模塊的選擇。技改時選擇單體電壓為2 V的蓄電池，原因是單個蓄電池故障，可以將故障蓄電池退出運行，蓄電池組可繼續(xù)運行。在48 V額定電壓下，電站通信設(shè)備的總負(fù)荷電流為5 A，根據(jù)國家電網(wǎng)公司反措要求，通信站在交流電源輸入中斷的情況下，蓄電池組對用電負(fù)荷的連續(xù)供電容量不小于8 h。按此計算，蓄電池的容量不低于40 Ah即可。考慮到蓄電池容量的冗余性以及制造廠家所生產(chǎn)蓄電池的主流容量，最終選擇兩組容量100 Ah的固定型閥控式密封鉛酸電池。根據(jù)蓄電池容量，充電裝置采用高頻開關(guān)整流原理，每塊充電模塊的額定輸出電壓48 V，額定輸出電流為10 A，充電模塊2+1配置。充電裝置與中央控制器通信，使充電模塊按中央控制器預(yù)置的充電曲線對電池組進(jìn)行均充和浮充，并隨環(huán)境溫度自動改變浮充電流。充電模塊可以脫離中央控制器獨立運行，手動設(shè)置均充或浮充工作方式。

2.4 完善過電壓保護(hù)

為了防止雷電以及浪涌電壓對48 V直流系統(tǒng)以及電力通信設(shè)備造成過電壓損壞，應(yīng)完善通信系統(tǒng)的三級過電壓保護(hù)功能：

（1）48 V直流系統(tǒng)交流輸入單元分相設(shè)置模塊式電涌保護(hù)器和三相輸入狀態(tài)監(jiān)視回路。保護(hù)器最大持續(xù)工作電壓Uc=AC 385 V，電壓保護(hù)水平Up=1.75 kV，標(biāo)稱放電電流20kA，最大放電電流40kA。

圖2 48 V通信直流系統(tǒng)技改原理圖

（2）48 V直流系統(tǒng)饋電母線負(fù)極設(shè)置電涌保護(hù)器，保護(hù)器最大持續(xù)工作電壓Uc=DC 85 V，電壓保護(hù)水平Up=500 V，標(biāo)稱放電電流15 kA，最大放電電流40 kA。

（3）光傳輸設(shè)備、接入設(shè)備的電源組件負(fù)極設(shè)置電涌保護(hù)器，保護(hù)器最大持續(xù)工作電壓Uc=DC75 V，電壓保護(hù)水平Up=500 V，標(biāo)稱放電電流15 kA，最大放電電流40 kA。

通過以上三級過電壓保護(hù)，有效防止過電壓對充電模塊、蓄電池組以及通信設(shè)備造成損壞。

2.5 技改的實施

電站本次電力通信系統(tǒng)技改分3步實施，于2013年11月完成全部技改工作。第1步完成了電站通訊室設(shè)備的重新布局，對通訊室的接地系統(tǒng)進(jìn)行改造以滿足規(guī)程要求；第2步完成光傳輸設(shè)備、接入設(shè)備的改造，實現(xiàn)了電站電力通信設(shè)備的光纖雙通道配置；第3步將48 V通信直流系統(tǒng)由原來的一套裝置技改為完全獨立的兩套裝置，對接線方式和控制方式進(jìn)行優(yōu)化。根據(jù)工作需要以及調(diào)度機(jī)構(gòu)的要求，整個技改過程，包括自動化業(yè)務(wù)的切割過程，電站與調(diào)度機(jī)構(gòu)之間未發(fā)生通信中斷現(xiàn)象。

3 總結(jié)

從實施的效果看，技改完全達(dá)到了預(yù)期效果。技改前發(fā)生電力通信光纜中斷或設(shè)備故障，就會導(dǎo)致電站與調(diào)度機(jī)構(gòu)之間通信完全中斷，技改后，當(dāng)主用通道光纜中斷或光傳輸設(shè)備故障，F(xiàn)A16接入設(shè)備自動接入到備用光纖通道PDH設(shè)備提供的2 M線路，保證了電站與調(diào)度機(jī)構(gòu)之間101規(guī)約遠(yuǎn)動通信及調(diào)度電話通信的順暢。通信設(shè)備自身重要插件以及48 V通信電源的雙重化配置，也為電力通信系統(tǒng)的可靠運行提供了堅實的基礎(chǔ)。

TM73

B

1672-5387（2017）02-0007-4

10.13599/j.cnki.11-5130.2017.02.002

2015-07-24

向能（1968-），男，工程師，從事水電站電氣技術(shù)管理和電氣設(shè)備檢修工作。