電力通信OTN 設(shè)備供電方式研究

荀思超，沈雨生，徐 明，魏林風(fēng)

（國網(wǎng)鹽城供電公司，江蘇 鹽城 224000）

0 引 言

近年來，國網(wǎng)鹽城供電公司（以下簡稱公司）信息化建設(shè)快速發(fā)展。隨著信息系統(tǒng)、營銷系統(tǒng)、配用電系統(tǒng)以及智能電網(wǎng)的深化建設(shè)，物聯(lián)網(wǎng)、云平臺(tái)及變電站全面監(jiān)控等新業(yè)務(wù)的涌現(xiàn)，數(shù)據(jù)中心的建設(shè)，無線專網(wǎng)在江蘇省內(nèi)的全覆蓋，公司帶寬需求急劇上升。

光傳送網(wǎng)（Optical Transport Network，OTN）技術(shù)作為同步數(shù)字系列（Synchronous Digital Hierarchy，SDH）、波分復(fù)用（Wavelength Division Multiplexing，WDM）等技術(shù)的下一代傳送網(wǎng)應(yīng)用的主流技術(shù)，不僅繼承了SDH 和WDM 技術(shù)的主要優(yōu)勢(shì)，而且采用了大帶寬顆粒調(diào)度、多級(jí)串聯(lián)連接監(jiān)視（Tandem Connection Monitor，TCM）、光層組網(wǎng)等更多的新型功能，能夠很好地滿足當(dāng)前及未來一段時(shí)期對(duì)大帶寬業(yè)務(wù)傳送需求，適應(yīng)電網(wǎng)的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)發(fā)展和調(diào)整[1]。

OTN 設(shè)備涉及大量波道的光電轉(zhuǎn)換，設(shè)備功耗大且對(duì)供電可靠性要求較高，因此OTN 設(shè)備交叉復(fù)用部分通常采用分區(qū)供電，并且與線路傳輸部分相互獨(dú)立。基于OTN 設(shè)備的供電需求，如何配置設(shè)備供電方式和改造現(xiàn)有站點(diǎn)機(jī)房電源，是急需研究的問題。

1 OTN 設(shè)備基本組成及功耗

根據(jù)OTN 網(wǎng)絡(luò)中各站點(diǎn)所處層級(jí)及可靠性要求不同，公司OTN 網(wǎng)絡(luò)主要包括OTN 站點(diǎn)（匯聚節(jié)點(diǎn)、骨干節(jié)點(diǎn)、接入節(jié)點(diǎn)）和光線路放大器（Optical Line Amplifier，OLA）站點(diǎn)[2]。典型配置如下：一是OTN設(shè)備站點(diǎn)配置電交叉矩陣板、波長轉(zhuǎn)換器（Optical Transponder Unit，OTU）、光功率放大器、光前置放大器、光監(jiān)控信道（Optical Supervisory Channel，OSC）分波器/合波器；二是OLA 配置光線路放大器、OSC 分波器/合波器等；OTU 板可采用多端口的板卡，但至少要配置2 塊OTU 母卡；三是系統(tǒng)控制板、電源板卡、電交叉矩陣板卡均冗余配置；四是光子框數(shù)量原則上按照一個(gè)方向配置一個(gè)子框，如果機(jī)位緊張可多方向合并子框；五是OTU 采用支線路分離的OTU，靈活配置業(yè)務(wù)與線路板件。根據(jù)各類站點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)層級(jí)及配置要求，站點(diǎn)OTN 設(shè)備配置功耗對(duì)比如表1 所示。

計(jì)算各類站點(diǎn)OTN 設(shè)備平均運(yùn)行負(fù)載電流和啟動(dòng)負(fù)載電流，具體結(jié)果如表2 所示。由表2 的數(shù)據(jù)可知，不同類型OTN 站點(diǎn)設(shè)備的功耗和負(fù)載電流存在顯著差異。具體而言，市公司站點(diǎn)設(shè)備的平均啟動(dòng)功耗為4 768 W，平均啟動(dòng)電流為99 A；縣公司站點(diǎn)設(shè)備的平均啟動(dòng)功耗為2 306 W，平均啟動(dòng)電流為47 A；5 00 kV 匯聚點(diǎn)站點(diǎn)設(shè)備的平均啟動(dòng)功耗為4 208 W，平均啟動(dòng)電流為88 A；220 kV 匯聚點(diǎn)站點(diǎn)設(shè)備的平均啟動(dòng)功耗為3 286 W，平均啟動(dòng)電流為68 A；一般組網(wǎng)站點(diǎn)設(shè)備的平均啟動(dòng)功耗為3 142 W，平均啟動(dòng)電流為65 A；線放站站點(diǎn)設(shè)備的平均啟動(dòng)功耗為416 W，平均啟動(dòng)電流為9 A。

表2 OTN 設(shè)備平均負(fù)載電流

根據(jù)表1 和表2 數(shù)據(jù)，對(duì)比各類站點(diǎn)設(shè)備的功耗和負(fù)載電流數(shù)據(jù)可以發(fā)現(xiàn)，市公司站點(diǎn)設(shè)備的平均啟動(dòng)功耗和平均啟動(dòng)電流明顯高于其他類型站點(diǎn)設(shè)備，而線放站站點(diǎn)設(shè)備的平均啟動(dòng)功耗和平均啟動(dòng)電流則相對(duì)較低。在實(shí)際應(yīng)用中，需要根據(jù)不同類型站點(diǎn)設(shè)備的特點(diǎn)和功耗需求，合理配置設(shè)備，擴(kuò)容現(xiàn)有通信電源系統(tǒng)，以保障網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性和可靠性。

目前，主流品牌OTN 設(shè)備采用左右兩分區(qū)均衡供電，每個(gè)分區(qū)均需主備2 路電源輸入，1 套OTN設(shè)備一共需要4 路電源輸入[3]。分區(qū)供電示意如圖1所示。

圖1 OTN 設(shè)備分區(qū)供電示意

2 電源配置原則

根據(jù)OTN 設(shè)備技術(shù)特性以及供電需求特點(diǎn)，配套通信電源配置應(yīng)滿足以下原則。一是OTN 設(shè)備電源應(yīng)由來自不同交流母線的2 路電源供電。二是市公司、縣公司、500 kV 變電站應(yīng)采用獨(dú)立通信電源系統(tǒng)供電，更新改造容量或端子不滿足需求的通信電源系統(tǒng)。三是對(duì)于已經(jīng)安裝獨(dú)立通信電源的220 kV變電站，優(yōu)先選擇使用獨(dú)立通信電源，更新改造容量或端子不滿足需求的通信電源系統(tǒng)。四是對(duì)于沒有安裝獨(dú)立通信電源的220 kV 變電站，優(yōu)先選擇使用保護(hù)通信傳輸設(shè)備專用直流/直流（Direct Current/Direct Current，DC/DC）電源，對(duì)整流容量或空開端子不滿足的進(jìn)行擴(kuò)容模塊或改造端子，再選擇使用站用220 V 直流電源，對(duì)整流容量或空開端子不滿足的進(jìn)行擴(kuò)容模塊或改造端子，如果現(xiàn)有220 V 直流電源不具備改造條件，可新增DC/DC 變換器；再次新增獨(dú)立通信電源系統(tǒng)。五是新增或改造獨(dú)立通信電源系統(tǒng)應(yīng)符合《通信電源技術(shù)、驗(yàn)收及運(yùn)行維護(hù)規(guī)程》（Q/GDW 11442—2020）要求[4]。六是當(dāng)選擇使用保護(hù)通信傳輸設(shè)備專用DC/DC 電源系統(tǒng)以及站用220 V 直流電源系統(tǒng)時(shí)，應(yīng)與地市檢修部門核實(shí)220 V蓄電池容量是否滿足，原則上不改造變電站220 V 直流電源系統(tǒng)蓄電池組。七是OTN 設(shè)備含電子框機(jī)架供電端子原則上按4×63 A 配置，僅含光子框機(jī)架按4×32 A 配置。

3 電源系統(tǒng)改造原則

根據(jù)OTN 設(shè)備功耗分析，對(duì)于常規(guī)OTN 節(jié)點(diǎn)設(shè)備，單套設(shè)備平均啟動(dòng)功耗超過3 142 W，平均啟動(dòng)電流超過65 A，進(jìn)一步增加現(xiàn)有機(jī)房電源容量的需求，需要校核和改造現(xiàn)有機(jī)房的整流器以及蓄電池容量。

3.1 整流器改造原則

改造整流器時(shí)，單套整流容量需要滿足的條件為

式中：QZ為單套整流容量，A；ID為現(xiàn)有主備整流器電流讀數(shù)值，A；IC為新上OTN 設(shè)備電流計(jì)算值；QR為冗余模塊容量。

改造后的整流器容量配置原則為

式中：QG為改造后單套整流器容量，A；ID為現(xiàn)有主備整流器電流讀數(shù)值，A；IC為新上OTN 設(shè)備電流計(jì)算值；QR為冗余模塊容量。

改造后的整流器由變電站交流屏不同母線分別供電。同時(shí)，計(jì)算時(shí)整流器工作環(huán)境溫度取25 ℃，電壓取48 V。

3.2 蓄電池改造原則

蓄電池改造原則如下：對(duì)不滿足4 h 放電要求的蓄電池進(jìn)行改造；計(jì)算時(shí)電池溫度系數(shù)取15 ℃，蓄電池電壓取放電終止電壓43.4 V；根據(jù)蓄電池容量計(jì)算公式計(jì)算蓄電池容量[5]。蓄電池容量公式為

式中：QC為蓄電池的容量，Ah；K為安全系數(shù)，取1.25；IC為負(fù)荷電流，按各站點(diǎn)實(shí)際負(fù)荷計(jì)算，A；TF為放電小時(shí)數(shù)，取4 h；η為放電容量系數(shù)，根據(jù)規(guī)范取0.79；α為電池溫度系數(shù)，1 ≤TF＜10，取0.008；t為實(shí)際電池所在地最低溫度數(shù)值，取25 ℃。

4 結(jié) 論

隨著通信技術(shù)的不斷迭代和演進(jìn)，通信設(shè)備對(duì)于配套電源的容量和可靠性都有了更高的需求，要合理配置通信機(jī)房配套電源設(shè)備，保障各類生產(chǎn)業(yè)務(wù)的平穩(wěn)運(yùn)行。文章通過對(duì)比分析目前主流品牌OTN 設(shè)備的功耗數(shù)據(jù)，結(jié)合公司對(duì)通信電源運(yùn)行、維護(hù)的要求，提出OTN 傳輸節(jié)點(diǎn)機(jī)房電源的配置方案和配套電源改造整體原則。該通信電源系統(tǒng)配置和改造原則為電力系統(tǒng)通信電源設(shè)計(jì)提供了一種新的思路和可行方案。公司的OTN 光傳輸網(wǎng)絡(luò)投運(yùn)以來，設(shè)備電源供電正常設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定，能夠滿足調(diào)度運(yùn)行需求。通信電源作為通信設(shè)備的重要配套設(shè)施，在電力通信系統(tǒng)中擔(dān)任著重要的作用。隨著通信技術(shù)的不斷迭代和演進(jìn)，通信設(shè)備對(duì)于配套電源的容量和可靠性都有了更高的需求，要合理配置通信機(jī)房配套電源設(shè)備，保障各類生產(chǎn)業(yè)務(wù)的平穩(wěn)運(yùn)行。