李 懿，崔芳芳，段振兴，孙 杰,周琛皓

(国网舟山供电公司，浙江 舟山 316021)

为突破现代电网阶段发展瓶颈，应对电力体制改革带来的挑战，把握5G技术商用机遇，国家电网有限公司适时提出营造能源互联网的工作构想，推动新型电网建设，完成电力系统与互联网、物联网和移动终端的深度融合，实现坚强智能电网和泛在电力物联网两大领域的同步飞跃。

坚强智能电网和泛在电力物联网目标的落地实施离不开电力通信网的支撑匹配。作为电力系统内仅次于输电网的第二大实体网络，电力通信网直接承担着调度控制、继电保护、安全设置、配网自动化、电能计量以及信息交互等多项核心功能业务，为电网整体安全稳定运行和电力企业高效管理运作提供了基础保障[1]。

增容在运线路、更换老旧设备和改造在役变电站是目前升级电力通信网而适应新型电网建设要求的主要措施。其中，对站内单通道通信光缆安排整改是改造在役变电站的重点工作内容。

有序开展通信光缆单通道改造工作，不但可以尽早发现危险点，及时消除安全隐患，而且能够通过对设备和布线情况的全面摸排，补充完善基础台账，解决由于人员调离、机构撤并等历史原因引发的资料缺失问题，在升级变电站的同时，真正实现电网通信工程建设项目的全过程管控。

1 改造工程情况

1.1 实施背景

电力通信工程的规划设计应以确保电网系统整体通信质量为第一要务，与其发展水平相匹配，并保持适度超前，技术先进，业务优化，经济合理，安全可靠，需要对现有设备条件和技术资源进行统筹考虑，分开布置，综合利用。

在变电站内，组织通信光缆改造，将唯一的单通道路由调整为不同的双通道路由，本质上是电网自动化水平发展到一定程度后的必然需求。目前，变电运维多采取无人值班制度，即将所有变电站划成若干片区，由各区操作站分别管理，所辖操作班定期巡视。无人值班制度的最大优点在于节约了人工成本和费用支出，但也同时潜藏着现场监控严重依赖通信光缆的弊端。若将所有通信光缆全部集中在同一电缆沟道内，一旦遭遇火灾或者小动物侵入时，光缆受到损坏，站间通信中断，连锁引发监控消失，最后会导致全站失联事故的发生。

为预防此类情况出现，在已存单通道的变电站内增设不同的通信光缆路由，安排多条业务途径，转移分散风险，就显得十分紧迫和必要。

1.2 工程定义

在字面上观察，电网通信工程单通道改造只与通信专业相关，但在实际上却涉及线路继电保护和安全自动装置等多个专业。

线路继电保护和安全自动装置的安全可靠运行高度依赖光纤通道。为提高线路保护和安全自动装置通信通道可靠性，保障电网安全稳定运行，国家电网有限公司重新修订通信通道配置原则，给出了新的指导意见：继电保护和安全自动装置通信通道按照3条光纤通道路由方式安排；220 kV双通道线路保护所对应的4条通信通道应至少配置2条独立的通信路由，通道条件具备时，宜配置3条独立的通信路由；新建 220 kV及以上变电站应依据远期规划出线规模，按照“双保护、三路由”配置原则，合理配置通信设备和光缆，确保线路保护通道配置满足运行要求。

由此可知，做好通信光缆单通道基础改造是实现新的通信通道配置原则落地的关键技术步骤。此举对规范线路保护和安全自动装置光纤通道路由安排方式，加快通道重载问题治理，降低通信故障或检修对线路保护和安全自动装置运行影响等将起到重要推动作用[2]。

从严格意义上分析，对电网通信工程单通道改造的理解可分为狭义和广义2个层面。在狭义层面，改造对象仅位于变电站内，包括站内电缆沟道、电缆竖井、导引光缆及站端设备等。在广义层面，改造对象除上述部分外，还扩展延伸到变电站门型架引下光缆、站外输电铁塔上的OPGW光缆等。

对于站外OPGW光缆的设置，相关通用设计修改补充文件上已有过明确说明：在220 kV及以上输变电工程中，新建部分随输电线路架设2根OPGW光缆，光缆芯数加倍；利旧部分线路，保留一侧原有OPGW光缆，另一侧将架空地线改为OPGW光缆，光缆芯数加倍。变电站门型架引下光缆应安排3点可靠接地，接地点分别在门型架顶端、最下端固定点(余缆架前)和光缆末端，并配置专用接地线。

站内导引光缆多采用管道光缆，改造侧重于对各个单元路由的重新调整。每个单元包含3条光缆，在变电站内形成三角形结构，自落地式余缆箱分纤，分别为指向通信机房通信光配屏的常规通信光纤、指向继电器室保护光配屏的专用保护光纤以及通信光配屏与保护光配屏之间的联络光纤[3]。在调整路由的同时，所有光缆加套硅芯HDPE管或PVD管保护，并在重新敷设时尽量安排在电缆支架下层，进而保证其安全性。

2 改造方案分析

2.1 站内情况分析评估

整个电网的通信单通道改造，以各个变电站内的改造工程最为关键。大部分变电站的站内改造工程划分为若干个标段：一是站区段，即从余缆箱(接续盒)至主控楼负一层电缆夹层；二是主控楼段，即从主控楼负一层电缆夹层至二层通信机房。

站区段，220 kV侧(10 Gbit/s传输系统)光缆和110 kV侧(2.5 Gbit/s传输系统)光缆分别从不同方向，经不同GIS间隔进入变电站，沟道路径相互无交叉重叠，最后汇聚于主控楼下。虽然不同传输系统光缆未出现“同沟”现象，但是同一传输系统不同光缆“同沟”敷设情形普遍存在。

主控楼段，单通道情况多发生在一层继电器室和二层主控室(通信机房)之间的桥式电缆竖井内。所有通信光缆(包含各个方向、各个传输系统)均集中于同一电缆竖井，且与众多电力电缆相邻，容易受到其发热、电腐、挤压或爆炸等因素影响，存在较大安全隐患。特殊情况，个别变电站的主控室和继电器室均位于一楼平面，不存在竖井隐患，通信光缆在地下电缆夹层沿不同方向的电缆支架分别进入各自对应屏柜。

2.2 改造方案设计对比

2.2.1 A变电站工程

A变电站为舟山本岛某220 kV变电站，于2007年底建成投产。A变电站曾作为舟山地调至浙江省调的业务汇聚接入点，并经历多次技改大修，具有设备组成繁杂、承载业务数量众多以及站区内可供施工空间较小等特点。A变电站站区设施分布如图1所示。

图1 A变电站站区设施分布情况

由图1可知，主控楼位于变电站西南侧，分2层。上下层之间存在唯一电缆竖井A。220 kV方向光缆(蓝色标记，下同)，自变电站南侧门型架进站，沿220 kV一次电缆通道至主控楼一层继电器室，通过电缆竖井A进入二层通信机房。110 kV方向光缆(红色标记，下同)自变电站西侧电缆排管进站，沿110 kV一次电缆通道至主控楼一层继电器室，通过电缆竖井A进入二层通信机房。保护光配架与通信光配架之间的联络光缆(绿色标记，下同)自主控楼一层继电器室，经电缆竖井A进入二层通信机房。

主控楼外(即站区段)，相同方向的不同光缆处于同一电缆沟内；主控楼内(即主控楼段)，在上楼过程中，3个不同方向的光缆线路均处于同一电缆竖井内(电缆竖井A)。2个标段光缆均存在单通道安全隐患，需安排改造处理。

站区段的改造原计划在一次电缆沟旁侧埋设新的管道供通信光缆单独使用。虽然独立光缆管道方案施工操作经济方便，但是其审批流程相对繁琐，且可能导致站内道路开挖、绿化破坏以及在运设备停电移位等情况，故而遭到运行管理单位和安全监察部门的反对，无法落地实施。现阶段的处理方法是在一次电缆沟内安装若干防火隔板，将原来合并一起的各根光缆彼此物理隔开。

主控楼段的改造安排是在其附近设置电缆竖井B，开辟第二条上楼路径，转移切割部分光缆线路至电缆竖井B，进而满足通信单改双建设要求。在此基础上，在保护光配架与通信光配架之间增设联络光缆1根，同样自一层继电器室始，通过电缆竖井B入二层通信机房。

电缆竖井B建设应遵循“安全性高、路径短、施工便捷、维护方便”的基本原则，共有户内和户外2个方案可供选择，具体设想如图2所示。

图2 A变电站电缆竖井B设置

在户内方案中，电缆竖井B选址主控楼继电器室内。其优点是安全性好，自然解决漏水和小动物侵入等问题；电缆竖井A与之平行设置，施工可供对比参照。缺点是在主控楼一层顶部需安排钻孔作业，存在施工时损坏天花板内已有管线风险。

在户外方案中，电缆竖井B沿主控楼外墙设置。其优点为规避已有管线损坏风险，改天花板垂直钻孔为外墙侧向打孔。缺点为在一层至二层爬升阶段需途径阳台和排水沟, 光缆弯曲程度较大，容易造成内部纤芯折断。

从技术层面观察，2个方案均可行；从改造周期预估，2个方案所需时间基本相同，但在施工作业量方面，户外方案会略大；从成本投资测算，户内方案略低于户外方案；从设备使用寿命分析，户内方案优于户外方案。

综合所有因素，通盘考虑，本期改造工程决定选用户内方案，即将电缆竖井B设置在室内。要特别注意的是，在继电器室顶层楼板钻孔过程中会产生大量粉尘，应同步安排墙体清水喷淋作业，故而必须提前做好打孔点下方及其附近区域设备屏柜的防水和防尘工作。

确定电缆竖井B方案后，需重新对主控楼各层静电地板下方光缆进行整理布置，并做好相应台账更新和设备名称标记。若有条件，可考虑设置线缆槽盒。槽盒可选择阻燃型PVC槽盒或金属槽盒，规格尺寸按整理结果确定，其在转弯和上下竖井处宜圆角处理，曲率半径应大于光缆弯曲半径[4-5]。A变电站主控楼内导引光缆布置方案如图3和图4所示。

图3 A变电站主控楼一层导引光缆布置

图4 A变电站主控楼二层导引光缆布置

2.2.2 B变电站工程

B变电站为舟山岱山岛某220 kV变电站，于2008年底建成投产，目前为岱山县调至舟山地调的业务汇聚接入点，其站区设施分布如图5所示。

图5 B变电站站区设施分布

B变电站风格与A变电站相似：主控楼同样为2层结构，一层继电器室和二层通信机房之间存在电缆竖井A相连；3个不同方向的光缆(即通信光缆、保护光缆和联络光缆)通过电缆竖井A相连；站区段电缆沟施工条件相同。不同的是，电缆竖井A尺寸较大，相当于2个普通桥式电缆竖井规模。

主控楼外，站区段施工基本沿袭A变电站，即在电缆沟内设置若干防火隔板，进行物理隔离。主控楼内，根据电缆竖井A尺寸大的特点，放弃在A变电站改造中新建电缆竖井方案，转而采取通过设置防火隔板将其拆分为等规格小竖井的方案。

在电缆竖井A中央纵向安装防火隔板，并将其拼装、固定到承托支架上，承托支架和防火隔板的密度确保整体有足够的强度，承载能力符合要求；采用有机堵料严密封堵防火隔板与承托支架之间的间隙，要求防火隔板安装牢固，无缺口、缝隙外观平整，封堵表面严密牢固，无漏光、漏风裂缝和脱漏现象，表面光洁平整[6]。

电缆竖井A分为电缆竖井A1和电缆竖井A2，将光缆平均分配其中并做好标签，其他操作与A变电站类似，不再累述。由于防火隔板切割和有机堵料加热2项步骤均在继电器室内进行，故而要提前做好现场消防准备，并在作业结束后将施工遗留物等清理完毕，保证室内干净整洁[7]。B变电站主控楼内导引光缆布置方案如图6和图7所示。

图6 B变电站主控楼一层导引光缆布置

图7 B变电站主控楼二层导引光缆布置

3 设计要点总结

电网通信单通道改造看似只在处理技术问题，实际上还涉及到管理协作，具体反映在调控和通信2个专业新工作要求与基建专业现有通用设计之间的进展不同步，需要3个专业的衔接配合。首先，对于光纤通信单改双的工程定义和实施细则，调度和运检方面至今尚没有明确发文，只给出了一个大致概念，并仅在电网十八项反措施中有过略微提及。其次，从基建专业角度，变电站设计蓝本为电网通用设计方案，查阅其最新版材料，其间也未发现有关通信双通道建设安排的描述，通信光缆依旧被安排与电气一次动力电缆同沟(竖井)敷设。综上因素，改造方案编制无模板或成例可循，更无标准和限制约束，全凭设计人员自身理解，难免夹杂个人偏好，决策存在随意性。

因此做好这项工作，最为紧要的是统一认识，明确单通道认定标准和改造设计深度，即在变电站中应安排2条及以上完全独立的物理路由：在主控楼设置不同电缆竖井(大于1座)；在站区埋设多路不同走向且无交叉的电缆管道；不同传输系统通信光缆要相互独立。

在上文中，A和B 2座变电站较好地解决了单通道问题，但是其在站区段电缆沟中安装防火隔板的方法，只是针对作业区狭小、现场条件无法达到施工要求时做出的特殊处理，改造效果并不彻底。较理想的方案是，在原电缆沟道旁侧平行挖掘电缆沟或埋设镀锌钢管的方法，开辟第2通道。

在C变电站中，场地条件满足要求，通道改造设计可按设想进行，具体布置按照图8所示。在主控楼段设置不同的桥式电缆竖井2座；在站区段内， 220 kV方向光缆通道A采用埋设镀锌钢管形式；220 kV方向光缆通道B采取埋设镀锌钢管+MPP排管+电缆沟三者相结合形式；110 kV方向光缆通道A和光缆通道B采用埋设镀锌钢管形式。4条通信光缆路由路线清晰，全程无交叉且材质不同，隔离彻底，完全达到双通道目标要求。

图8 C变电站站区设施分布情况

4 工程实施设计方案及管理

变电站、输电线路和配网设施是构成电网系统的三大基本元素。在变电站内外两侧同时展开通信工程单通道改造，不但能整合现有光纤通道资源，调整运行方式，提高通信能力，满足未来电网运营对海量数据信息的交互传输需求，而且可以通过项目建设弥补短板，分散业务部署，避免过度集中承载，进而提高电网整体的容灾水平和生存能力。

单通道是电力通信网扩建到一定阶段的产物，属于历史遗留问题，存在具有普遍性，虽合乎当时标准，但无法适应现在要求，随着时间的推移，必行将全部为双通道所取代。在单改双工程实施过程中，应以最新技术规程和标准规范为基准，立足现实，与时俱进，继往开来，着重在以下4个方面把握关键，做好工作。

a.优化设计方案

通信工程设计是通信工程建设的基础，也是提高工程建设质量、促成全网通信协同的重要保证。设计方案作为工程立项、施工和投产的主要依据，要求既能够体现出自身专业诉求，又能兼顾到电网全局发展需要[8]。若在通信工程设计阶段，事先完成双通道布置，则可在投产后避免单通道改造，节省大量的时间和精力。

虽然在目前已发布的各个版本的输变电工程通用设计方案中还没有对于通信双通道建设的指导或建议，但是设计人员可以根据现场实际情况，对设计方案优化完善，补充添加相关内容[9]。在项目可行性研究、初步设计和施工图编制3个阶段，增进同土建专业人员和项目设总的沟通，提资明确不同走向的通信埋管、排管、沟道以及桥式竖井的数量和位置，考虑周详。

b.规范施工过程

无论是站端设备安装、还是导引光缆进站，规范施工过程都是单通道改造顺利完成的必备条件。规范施工过程，就是依据电网通信建设技术经验，统一施工要求，纠正施工行为，严把工程质量关，提升施工工艺水平。

具体来说，在设备安装、通道开沟、桥架安装、竖井封堵以及槽盒设置等各个施工阶段，施工人员严格执行电力系统通信光缆安装工艺规范和电力光纤通信工程验收规范的标准规定，认真根据设计方案要求进行配置或接线，做到按图建设，规范作业，并及时完成施工记录[10]。若有疑问，及时提出，未经允许，不得擅自变更或省略相关内容。合理安排改造时间，尽量避开电网迎峰度夏阶段，不得以赶工期为由降低施工建设质量，给移交生产留下隐患。

c.严格运维管理

变电站的通信专业运维台账缺失不全和更新滞后，是本轮单通道改造中遇到的突出问题。接受改造的变电站多为老旧变电站，投运时间至少10年以上，期间经历过数次技改大修，站端设备位置、站内布线情况和导引光缆走向与原先竣工图内所示必然存在较大出入。若无较完整数据资料作为后续支撑，则设计人员将很难顺利提资，只得现场重新踏勘排查，耗费时间和精力，延后工程进度，对改造的按时完成产生消极影响。

通信运维是工程项目投产后的延续，改造是否成功彻底，往往取决于资料的完备程度。运维工作是否细致到位，台账是否留有痕迹，直接关系到资料的质量。严格运维管理意义在于能在隐患风险变现前，及早发现薄弱环节，抢险落实补救措施，并为未来留下处理参考范例[11]。

日常的电网通信运维不单只有简单的系统管控和定期巡视检修2项内容，还应该包括设备状态评估、全寿命周期跟踪及档案台账更新等多个方面。

当电网新建、改扩建等工程需对通信系统的网络结构、安装位置、设备配置、技术参数进行改变时，运维人员应根据自身掌握的信息，对提供的设计方案和施工方案提出补充意见，并根据实际情况要求其制订相应的通信系统过渡方案。在业务开通前，通信运维人员应与现场工作人员核对通信业务方式单的相关内容，确保业务图实相符。

除此之外，建议增设 “2个清单”：①针对服役时间长、性能严重劣化等设备，全面梳理承载保护及安控业务的传输设备运行状态，编制完成“老化设备清单”； ②针对单一通信设备承载多条线路保护的通信通道业务，分析并制定运行风险管控措施，编制完成“风险设备清单”。

d.加强专业交叉

密切继电保护与系统通信的联系合作，加强专业交叉。加强跨专业学习，做到保护和通信专业既要懂保护也应知通信，确保电气二次各业务通道运行监视、故障处置、检修协同到位。

对通信专业来说，应根据本地电网发展状况和通信技术特点，对电力通信网当前已有业务和未来可能业务提前组织分析预判，评估网络拓扑承载能力，在巩固通信建设成果的同时，挖掘开发现有系统潜力，重点在光缆线路、传输网、数据网、调度交换网、同步网和网管系统等方面争取实现突破。

就保护专业而言，需充分认识到双通道建设紧迫性和必要性，继续优化现有保护通信通道风险防控和隐患排查治理机制，完善故障现场处置方案，规范双通道调度名称和通信通道方式安排。

对于变电站新建工程，可直接按照双通道标准安排设计施工。对于尚未具备条件老旧变电站，待其通信通道完成改造后，再逐步实施保护双接口改造，最终满足“双保护、三路由”接口配置要求。

5 结语

我国电力系统取得了举世瞩目的发展成就，但同时也暴露出部分问题。为防范于未然，从电源、电网和负荷3个不同层面入手，调整升级运行控制体系，重新构建现有电力系统，显得势在必行。

通信网是电力系统的重要辅助设施，5G通信技术的广泛应用，为系统重构提供了难得的契机。在电网层面，将5G技术应用与智能电网建设深度融合，不但赋予其数字化和网络化功能，提升快速预测、响应和愈合能力，而且通过与中国广电合作，依托完备的输变配电设施，优势互补，协助广电行业“全国一网”的整合到位。

电网通信工程单通道改造是电网5G化变革的基础性工作，项目意义大，任务时间紧，站点散而多，存档资料少，无可供参考资料。困难虽多，但能克服，只要设计、施工和运维3个专业，讲求实效，群策群力，既尊重已存事实，顺势而改，又敢于尝试创新，不拘泥陈规旧例，就一定能取得该项工程改造的全面成功。