電網通信工程單通道改造的分析與實踐

李 懿，崔芳芳，段振興，孫 杰,周琛皓

(國網舟山供電公司，浙江 舟山 316021)

為突破現代電網階段發展瓶頸，應對電力體制改革帶來的挑戰，把握5G技術商用機遇，國家電網有限公司適時提出營造能源互聯網的工作構想，推動新型電網建設，完成電力系統與互聯網、物聯網和移動終端的深度融合，實現堅強智能電網和泛在電力物聯網兩大領域的同步飛躍。

堅強智能電網和泛在電力物聯網目標的落地實施離不開電力通信網的支撐匹配。作為電力系統內僅次于輸電網的第二大實體網絡，電力通信網直接承擔著調度控制、繼電保護、安全設置、配網自動化、電能計量以及信息交互等多項核心功能業務，為電網整體安全穩定運行和電力企業高效管理運作提供了基礎保障[1]。

增容在運線路、更換老舊設備和改造在役變電站是目前升級電力通信網而適應新型電網建設要求的主要措施。其中，對站內單通道通信光纜安排整改是改造在役變電站的重點工作內容。

有序開展通信光纜單通道改造工作，不但可以盡早發現危險點，及時消除安全隱患，而且能夠通過對設備和布線情況的全面摸排，補充完善基礎臺賬，解決由于人員調離、機構撤并等歷史原因引發的資料缺失問題，在升級變電站的同時，真正實現電網通信工程建設項目的全過程管控。

1 改造工程情況

1.1 實施背景

電力通信工程的規劃設計應以確保電網系統整體通信質量為第一要務，與其發展水平相匹配，并保持適度超前，技術先進，業務優化，經濟合理，安全可靠，需要對現有設備條件和技術資源進行統籌考慮，分開布置，綜合利用。

在變電站內，組織通信光纜改造，將唯一的單通道路由調整為不同的雙通道路由，本質上是電網自動化水平發展到一定程度后的必然需求。目前，變電運維多采取無人值班制度，即將所有變電站劃成若干片區，由各區操作站分別管理，所轄操作班定期巡視。無人值班制度的最大優點在于節約了人工成本和費用支出，但也同時潛藏著現場監控嚴重依賴通信光纜的弊端。若將所有通信光纜全部集中在同一電纜溝道內，一旦遭遇火災或者小動物侵入時，光纜受到損壞，站間通信中斷，連鎖引發監控消失，最后會導致全站失聯事故的發生。

為預防此類情況出現，在已存單通道的變電站內增設不同的通信光纜路由，安排多條業務途徑，轉移分散風險，就顯得十分緊迫和必要。

1.2 工程定義

在字面上觀察，電網通信工程單通道改造只與通信專業相關，但在實際上卻涉及線路繼電保護和安全自動裝置等多個專業。

線路繼電保護和安全自動裝置的安全可靠運行高度依賴光纖通道。為提高線路保護和安全自動裝置通信通道可靠性，保障電網安全穩定運行，國家電網有限公司重新修訂通信通道配置原則，給出了新的指導意見：繼電保護和安全自動裝置通信通道按照3條光纖通道路由方式安排；220 kV雙通道線路保護所對應的4條通信通道應至少配置2條獨立的通信路由，通道條件具備時，宜配置3條獨立的通信路由；新建 220 kV及以上變電站應依據遠期規劃出線規模，按照“雙保護、三路由”配置原則，合理配置通信設備和光纜，確保線路保護通道配置滿足運行要求。

由此可知，做好通信光纜單通道基礎改造是實現新的通信通道配置原則落地的關鍵技術步驟。此舉對規范線路保護和安全自動裝置光纖通道路由安排方式，加快通道重載問題治理，降低通信故障或檢修對線路保護和安全自動裝置運行影響等將起到重要推動作用[2]。

從嚴格意義上分析，對電網通信工程單通道改造的理解可分為狹義和廣義2個層面。在狹義層面，改造對象僅位于變電站內，包括站內電纜溝道、電纜豎井、導引光纜及站端設備等。在廣義層面，改造對象除上述部分外，還擴展延伸到變電站門型架引下光纜、站外輸電鐵塔上的OPGW光纜等。

對于站外OPGW光纜的設置，相關通用設計修改補充文件上已有過明確說明：在220 kV及以上輸變電工程中，新建部分隨輸電線路架設2根OPGW光纜，光纜芯數加倍；利舊部分線路，保留一側原有OPGW光纜，另一側將架空地線改為OPGW光纜，光纜芯數加倍。變電站門型架引下光纜應安排3點可靠接地，接地點分別在門型架頂端、最下端固定點(余纜架前)和光纜末端，并配置專用接地線。

站內導引光纜多采用管道光纜，改造側重于對各個單元路由的重新調整。每個單元包含3條光纜，在變電站內形成三角形結構，自落地式余纜箱分纖，分別為指向通信機房通信光配屏的常規通信光纖、指向繼電器室保護光配屏的專用保護光纖以及通信光配屏與保護光配屏之間的聯絡光纖[3]。在調整路由的同時，所有光纜加套硅芯HDPE管或PVD管保護，并在重新敷設時盡量安排在電纜支架下層，進而保證其安全性。

2 改造方案分析

2.1 站內情況分析評估

整個電網的通信單通道改造，以各個變電站內的改造工程最為關鍵。大部分變電站的站內改造工程劃分為若干個標段：一是站區段，即從余纜箱(接續盒)至主控樓負一層電纜夾層；二是主控樓段，即從主控樓負一層電纜夾層至二層通信機房。

站區段，220 kV側(10 Gbit/s傳輸系統)光纜和110 kV側(2.5 Gbit/s傳輸系統)光纜分別從不同方向，經不同GIS間隔進入變電站，溝道路徑相互無交叉重疊，最后匯聚于主控樓下。雖然不同傳輸系統光纜未出現“同溝”現象，但是同一傳輸系統不同光纜“同溝”敷設情形普遍存在。

主控樓段，單通道情況多發生在一層繼電器室和二層主控室(通信機房)之間的橋式電纜豎井內。所有通信光纜(包含各個方向、各個傳輸系統)均集中于同一電纜豎井，且與眾多電力電纜相鄰，容易受到其發熱、電腐、擠壓或爆炸等因素影響，存在較大安全隱患。特殊情況，個別變電站的主控室和繼電器室均位于一樓平面，不存在豎井隱患，通信光纜在地下電纜夾層沿不同方向的電纜支架分別進入各自對應屏柜。

2.2 改造方案設計對比

2.2.1 A變電站工程

A變電站為舟山本島某220 kV變電站，于2007年底建成投產。A變電站曾作為舟山地調至浙江省調的業務匯聚接入點，并經歷多次技改大修，具有設備組成繁雜、承載業務數量眾多以及站區內可供施工空間較小等特點。A變電站站區設施分布如圖1所示。

圖1 A變電站站區設施分布情況

由圖1可知，主控樓位于變電站西南側，分2層。上下層之間存在唯一電纜豎井A。220 kV方向光纜(藍色標記，下同)，自變電站南側門型架進站，沿220 kV一次電纜通道至主控樓一層繼電器室，通過電纜豎井A進入二層通信機房。110 kV方向光纜(紅色標記，下同)自變電站西側電纜排管進站，沿110 kV一次電纜通道至主控樓一層繼電器室，通過電纜豎井A進入二層通信機房。保護光配架與通信光配架之間的聯絡光纜(綠色標記，下同)自主控樓一層繼電器室，經電纜豎井A進入二層通信機房。

主控樓外(即站區段)，相同方向的不同光纜處于同一電纜溝內；主控樓內(即主控樓段)，在上樓過程中，3個不同方向的光纜線路均處于同一電纜豎井內(電纜豎井A)。2個標段光纜均存在單通道安全隱患，需安排改造處理。

站區段的改造原計劃在一次電纜溝旁側埋設新的管道供通信光纜單獨使用。雖然獨立光纜管道方案施工操作經濟方便，但是其審批流程相對繁瑣，且可能導致站內道路開挖、綠化破壞以及在運設備停電移位等情況，故而遭到運行管理單位和安全監察部門的反對，無法落地實施。現階段的處理方法是在一次電纜溝內安裝若干防火隔板，將原來合并一起的各根光纜彼此物理隔開。

主控樓段的改造安排是在其附近設置電纜豎井B，開辟第二條上樓路徑，轉移切割部分光纜線路至電纜豎井B，進而滿足通信單改雙建設要求。在此基礎上，在保護光配架與通信光配架之間增設聯絡光纜1根，同樣自一層繼電器室始，通過電纜豎井B入二層通信機房。

電纜豎井B建設應遵循“安全性高、路徑短、施工便捷、維護方便”的基本原則，共有戶內和戶外2個方案可供選擇，具體設想如圖2所示。

圖2 A變電站電纜豎井B設置

在戶內方案中，電纜豎井B選址主控樓繼電器室內。其優點是安全性好，自然解決漏水和小動物侵入等問題；電纜豎井A與之平行設置，施工可供對比參照。缺點是在主控樓一層頂部需安排鉆孔作業，存在施工時損壞天花板內已有管線風險。

在戶外方案中，電纜豎井B沿主控樓外墻設置。其優點為規避已有管線損壞風險，改天花板垂直鉆孔為外墻側向打孔。缺點為在一層至二層爬升階段需途徑陽臺和排水溝, 光纜彎曲程度較大，容易造成內部纖芯折斷。

從技術層面觀察，2個方案均可行；從改造周期預估，2個方案所需時間基本相同，但在施工作業量方面，戶外方案會略大；從成本投資測算，戶內方案略低于戶外方案；從設備使用壽命分析，戶內方案優于戶外方案。

綜合所有因素，通盤考慮，本期改造工程決定選用戶內方案，即將電纜豎井B設置在室內。要特別注意的是，在繼電器室頂層樓板鉆孔過程中會產生大量粉塵，應同步安排墻體清水噴淋作業，故而必須提前做好打孔點下方及其附近區域設備屏柜的防水和防塵工作。

確定電纜豎井B方案后，需重新對主控樓各層靜電地板下方光纜進行整理布置，并做好相應臺賬更新和設備名稱標記。若有條件，可考慮設置線纜槽盒。槽盒可選擇阻燃型PVC槽盒或金屬槽盒，規格尺寸按整理結果確定，其在轉彎和上下豎井處宜圓角處理，曲率半徑應大于光纜彎曲半徑[4-5]。A變電站主控樓內導引光纜布置方案如圖3和圖4所示。

圖3 A變電站主控樓一層導引光纜布置

圖4 A變電站主控樓二層導引光纜布置

2.2.2 B變電站工程

B變電站為舟山岱山島某220 kV變電站，于2008年底建成投產，目前為岱山縣調至舟山地調的業務匯聚接入點，其站區設施分布如圖5所示。

圖5 B變電站站區設施分布

B變電站風格與A變電站相似：主控樓同樣為2層結構，一層繼電器室和二層通信機房之間存在電纜豎井A相連；3個不同方向的光纜(即通信光纜、保護光纜和聯絡光纜)通過電纜豎井A相連；站區段電纜溝施工條件相同。不同的是，電纜豎井A尺寸較大，相當于2個普通橋式電纜豎井規模。

主控樓外，站區段施工基本沿襲A變電站，即在電纜溝內設置若干防火隔板，進行物理隔離。主控樓內，根據電纜豎井A尺寸大的特點，放棄在A變電站改造中新建電纜豎井方案，轉而采取通過設置防火隔板將其拆分為等規格小豎井的方案。

在電纜豎井A中央縱向安裝防火隔板，并將其拼裝、固定到承托支架上，承托支架和防火隔板的密度確保整體有足夠的強度，承載能力符合要求；采用有機堵料嚴密封堵防火隔板與承托支架之間的間隙，要求防火隔板安裝牢固，無缺口、縫隙外觀平整，封堵表面嚴密牢固，無漏光、漏風裂縫和脫漏現象，表面光潔平整[6]。

電纜豎井A分為電纜豎井A1和電纜豎井A2，將光纜平均分配其中并做好標簽，其他操作與A變電站類似，不再累述。由于防火隔板切割和有機堵料加熱2項步驟均在繼電器室內進行，故而要提前做好現場消防準備，并在作業結束后將施工遺留物等清理完畢，保證室內干凈整潔[7]。B變電站主控樓內導引光纜布置方案如圖6和圖7所示。

圖6 B變電站主控樓一層導引光纜布置

圖7 B變電站主控樓二層導引光纜布置

3 設計要點總結

電網通信單通道改造看似只在處理技術問題，實際上還涉及到管理協作，具體反映在調控和通信2個專業新工作要求與基建專業現有通用設計之間的進展不同步，需要3個專業的銜接配合。首先，對于光纖通信單改雙的工程定義和實施細則，調度和運檢方面至今尚沒有明確發文，只給出了一個大致概念，并僅在電網十八項反措施中有過略微提及。其次，從基建專業角度，變電站設計藍本為電網通用設計方案，查閱其最新版材料，其間也未發現有關通信雙通道建設安排的描述，通信光纜依舊被安排與電氣一次動力電纜同溝(豎井)敷設。綜上因素，改造方案編制無模板或成例可循，更無標準和限制約束，全憑設計人員自身理解，難免夾雜個人偏好，決策存在隨意性。

因此做好這項工作，最為緊要的是統一認識，明確單通道認定標準和改造設計深度，即在變電站中應安排2條及以上完全獨立的物理路由：在主控樓設置不同電纜豎井(大于1座)；在站區埋設多路不同走向且無交叉的電纜管道；不同傳輸系統通信光纜要相互獨立。

在上文中，A和B 2座變電站較好地解決了單通道問題，但是其在站區段電纜溝中安裝防火隔板的方法，只是針對作業區狹小、現場條件無法達到施工要求時做出的特殊處理，改造效果并不徹底。較理想的方案是，在原電纜溝道旁側平行挖掘電纜溝或埋設鍍鋅鋼管的方法，開辟第2通道。

在C變電站中，場地條件滿足要求，通道改造設計可按設想進行，具體布置按照圖8所示。在主控樓段設置不同的橋式電纜豎井2座；在站區段內， 220 kV方向光纜通道A采用埋設鍍鋅鋼管形式；220 kV方向光纜通道B采取埋設鍍鋅鋼管+MPP排管+電纜溝三者相結合形式；110 kV方向光纜通道A和光纜通道B采用埋設鍍鋅鋼管形式。4條通信光纜路由路線清晰，全程無交叉且材質不同，隔離徹底，完全達到雙通道目標要求。

圖8 C變電站站區設施分布情況

4 工程實施設計方案及管理

變電站、輸電線路和配網設施是構成電網系統的三大基本元素。在變電站內外兩側同時展開通信工程單通道改造，不但能整合現有光纖通道資源，調整運行方式，提高通信能力，滿足未來電網運營對海量數據信息的交互傳輸需求，而且可以通過項目建設彌補短板，分散業務部署，避免過度集中承載，進而提高電網整體的容災水平和生存能力。

單通道是電力通信網擴建到一定階段的產物，屬于歷史遺留問題，存在具有普遍性，雖合乎當時標準，但無法適應現在要求，隨著時間的推移，必行將全部為雙通道所取代。在單改雙工程實施過程中，應以最新技術規程和標準規范為基準，立足現實，與時俱進，繼往開來，著重在以下4個方面把握關鍵，做好工作。

a.優化設計方案

通信工程設計是通信工程建設的基礎，也是提高工程建設質量、促成全網通信協同的重要保證。設計方案作為工程立項、施工和投產的主要依據，要求既能夠體現出自身專業訴求，又能兼顧到電網全局發展需要[8]。若在通信工程設計階段，事先完成雙通道布置，則可在投產后避免單通道改造，節省大量的時間和精力。

雖然在目前已發布的各個版本的輸變電工程通用設計方案中還沒有對于通信雙通道建設的指導或建議，但是設計人員可以根據現場實際情況，對設計方案優化完善，補充添加相關內容[9]。在項目可行性研究、初步設計和施工圖編制3個階段，增進同土建專業人員和項目設總的溝通，提資明確不同走向的通信埋管、排管、溝道以及橋式豎井的數量和位置，考慮周詳。

b.規范施工過程

無論是站端設備安裝、還是導引光纜進站，規范施工過程都是單通道改造順利完成的必備條件。規范施工過程，就是依據電網通信建設技術經驗，統一施工要求，糾正施工行為，嚴把工程質量關，提升施工工藝水平。

具體來說，在設備安裝、通道開溝、橋架安裝、豎井封堵以及槽盒設置等各個施工階段，施工人員嚴格執行電力系統通信光纜安裝工藝規范和電力光纖通信工程驗收規范的標準規定，認真根據設計方案要求進行配置或接線，做到按圖建設，規范作業，并及時完成施工記錄[10]。若有疑問，及時提出，未經允許，不得擅自變更或省略相關內容。合理安排改造時間，盡量避開電網迎峰度夏階段，不得以趕工期為由降低施工建設質量，給移交生產留下隱患。

c.嚴格運維管理

變電站的通信專業運維臺賬缺失不全和更新滯后，是本輪單通道改造中遇到的突出問題。接受改造的變電站多為老舊變電站，投運時間至少10年以上，期間經歷過數次技改大修，站端設備位置、站內布線情況和導引光纜走向與原先竣工圖內所示必然存在較大出入。若無較完整數據資料作為后續支撐，則設計人員將很難順利提資，只得現場重新踏勘排查，耗費時間和精力，延后工程進度，對改造的按時完成產生消極影響。

通信運維是工程項目投產后的延續，改造是否成功徹底，往往取決于資料的完備程度。運維工作是否細致到位，臺賬是否留有痕跡，直接關系到資料的質量。嚴格運維管理意義在于能在隱患風險變現前，及早發現薄弱環節，搶險落實補救措施，并為未來留下處理參考范例[11]。

日常的電網通信運維不單只有簡單的系統管控和定期巡視檢修2項內容，還應該包括設備狀態評估、全壽命周期跟蹤及檔案臺賬更新等多個方面。

當電網新建、改擴建等工程需對通信系統的網絡結構、安裝位置、設備配置、技術參數進行改變時，運維人員應根據自身掌握的信息，對提供的設計方案和施工方案提出補充意見，并根據實際情況要求其制訂相應的通信系統過渡方案。在業務開通前，通信運維人員應與現場工作人員核對通信業務方式單的相關內容，確保業務圖實相符。

除此之外，建議增設 “2個清單”：①針對服役時間長、性能嚴重劣化等設備，全面梳理承載保護及安控業務的傳輸設備運行狀態，編制完成“老化設備清單”； ②針對單一通信設備承載多條線路保護的通信通道業務，分析并制定運行風險管控措施，編制完成“風險設備清單”。

d.加強專業交叉

密切繼電保護與系統通信的聯系合作，加強專業交叉。加強跨專業學習，做到保護和通信專業既要懂保護也應知通信，確保電氣二次各業務通道運行監視、故障處置、檢修協同到位。

對通信專業來說，應根據本地電網發展狀況和通信技術特點，對電力通信網當前已有業務和未來可能業務提前組織分析預判，評估網絡拓撲承載能力，在鞏固通信建設成果的同時，挖掘開發現有系統潛力，重點在光纜線路、傳輸網、數據網、調度交換網、同步網和網管系統等方面爭取實現突破。

就保護專業而言，需充分認識到雙通道建設緊迫性和必要性，繼續優化現有保護通信通道風險防控和隱患排查治理機制，完善故障現場處置方案，規范雙通道調度名稱和通信通道方式安排。

對于變電站新建工程，可直接按照雙通道標準安排設計施工。對于尚未具備條件老舊變電站，待其通信通道完成改造后，再逐步實施保護雙接口改造，最終滿足“雙保護、三路由”接口配置要求。

5 結語

我國電力系統取得了舉世矚目的發展成就，但同時也暴露出部分問題。為防范于未然，從電源、電網和負荷3個不同層面入手，調整升級運行控制體系，重新構建現有電力系統，顯得勢在必行。

通信網是電力系統的重要輔助設施，5G通信技術的廣泛應用，為系統重構提供了難得的契機。在電網層面，將5G技術應用與智能電網建設深度融合，不但賦予其數字化和網絡化功能，提升快速預測、響應和愈合能力，而且通過與中國廣電合作，依托完備的輸變配電設施，優勢互補，協助廣電行業“全國一網”的整合到位。

電網通信工程單通道改造是電網5G化變革的基礎性工作，項目意義大，任務時間緊，站點散而多，存檔資料少，無可供參考資料。困難雖多，但能克服，只要設計、施工和運維3個專業，講求實效，群策群力，既尊重已存事實，順勢而改，又敢于嘗試創新，不拘泥陳規舊例，就一定能取得該項工程改造的全面成功。