光端機發信功率降低引起的保護裝置閉鎖故障分析

姜志甫，龔金茹，史敬天，李朝偉

(1．鄭州輕工業學院 電氣信息工程學院，鄭州450001;2．濮陽供電公司，河南濮陽457001)

光纖縱聯差動保護借助光纖通道傳送輸電線路兩端的信息，可以簡單可靠地判斷出區內、區外故障，是目前廣泛采用的超高壓線路主保護［1］。光纖縱聯差動保護能否正確工作的一個重要因素取決于光纖傳輸通道的穩定。光纖通道的可靠性雖然較高，但也有發生故障的可能性，如光纜斷芯、熔纖質量不好、光纖跳線接頭松動、光纖受潮或接頭積灰導致損耗增大、光端機功率不正常等。一旦光纖傳輸通道發生故障，光纖縱聯差動保護將退出運行，成為嚴重影響線路安全穩定運行的Ⅰ類障礙。對此，本文用一個故障實例來說明這類故障的分析查找方法。

1 故障現象

2011－03－04T20，本地某220 kV變電站Y站220 kV YZ線第一套光纖差動保護裝置突然發出異常信號，后臺系統彈出“YZ線光纖通道異?！毙盘?，保護工作人員通過查看保護裝置面板，發現第一套光纖保護裝置的告警信息為“告警Ⅱ”燈亮，進入程序菜單查看裝置事件報文，顯示“對側通道異常，閉鎖保護”。同時，另外一組保護工作人員在對側Z站對YZ線光纖差動保護裝置進行了查看，發現面板告警信息為“通道1”燈亮，查看裝置事件報文，顯示“通道異?！?。

2 故障分析

220 kV YZ線保護配置為雙套保護裝置，分別是許繼WXH－803光纖差動保護裝置和南自PSL－602光纖距離保護，其中WXH－803為主保護，配置為專用光纖通道［2］。當發生異常時，天氣情況良好，沒有發生惡劣氣象影響，南自PSL－602光纖距離保護裝置工作狀態正常，YZ線穿越功率為64 MW，尚未達到線路穩定極限，一次設備沒有發生異常情況。

YZ線兩側第一套光線差動保護配置同為許繼WXH－803光纖差動保護裝置，運行年限5a，尚未達到更換期限，且設備運行狀態一直良好。WXH－803采用專用方式光纖通道，保護間隔內的差動保護將數據通過光纖傳送給同向數據接口。發送數據采用內部時鐘，即兩側裝置發送時鐘工作在“主一主”方式下，接收時鐘采用從接收數據流提取的時鐘［3］。差動保兩側交換的是數字信號，通道采用專用光纖或復接PCM(微波或光纖通道)數據接口。整個保護裝置的光纖通道如圖1所示。

圖1 保護裝置光纖通道示意圖

通過圖1可以看出，光纖通道基本組成部分是數據源(即保護裝置)、光發送、接收機(光端機)和光纖通道。保護裝置信號整個的傳輸是一個電信號—光信號—電信號的過程。根據YZ線兩側裝置面板告警信息及后臺報文，初步懷疑為光纖通道故障所導致，但是故障點尚不能確定，分析查找過程如下:

1)分別檢查Y站和Z站側保護裝置的光纖接頭是否松動及異常，經過檢查后排除。

2)兩側分別進行本端自環試驗。即用光纖跳線(尾纖)將本端保護裝置后背的光端機TX和RX連接起來，檢測誤碼率水平，來排除保護裝置本身及光端機故障。經檢測，線路兩側本端自環均正常。

3)兩側分別進行遠端自環試驗。保護裝置接至光纖通道，遠端光纜出線經光纖適配器(法蘭盤)自環，光端機遠端自環測試用于驗證光纖通道正確性。分別在兩側將與本端光端機TX和RX連接的光纖頭拔出并利用光纖法蘭盤進行連接自環，經對側站觀察，線路衰耗及誤碼率均在正常水平，證明整個光纖通道本身是正常的。

4)兩側分別進行發射電平和收信電平檢測。利用光功率計，兩側分別對收信電平進行檢測［4］。拆下保護裝置背后光端機接受端光纖頭并連接至光功率計，如圖2所示。

圖2 測量光端機發信功率示意圖

通過光功率計測量分別得出Y站收信電平為－17.3 dBm，Z站收信電平為－25.2 dBm?？梢钥闯鯶站收信電平明顯偏低，而經之前的檢測可以知道光纖通道本身衰耗正常，因此重新懷疑故障是因Y站發信電平偏低所致。拆下Y站保護裝置背后光端機發信端，利用光纖跳線連接至光功率計，測得發信電平為－10.2 dBm。翻閱許繼WXH－803光纖差動保護說明書并同時與廠家進行聯系咨詢后發現，在通道長度0～50 km以內專用方式情況下，許繼WXH－803光纖差動保護裝置光端機發信功率不得低于－5 dBm/1 310 nm。光纖通道數據通信參數如表1所示。

表1 WXH－803光纖通道數據通信參數表

由表1可見，Y站光端機發信電平大幅低于要求值，故初步判斷Y站許繼WXH－803光纖差動保護裝置光端機發信功率偏低是此次裝置異常的原因。與廠家進行聯系后，廠家發送新的光端機并更換后，線路通道恢復正常，此時重新測量其發信電平為－2.8 dBm/1 310 nm，驗證了之前的判斷。

但是在測試光端機發信電平試驗之前進行的本端自環試驗為什么沒有發現光端機的故障呢?這是因為Y站光端機故障只是導致了發信電平降低，而不是消失，而在本端自環的過程中，由于省掉了整個光纖通道中的諸多環節，直接用尾纖連接了光端機的光發和光收端口，信號衰耗很小，不足以導致光端機的接收電平降低至告警水平。

另一方面，裝置本身的告警信息雖然能夠為排查故障點提供較強的支持，但是由于提示信息較為籠統，故障深層次的原因仍然需要按照正常的思路來逐級排查。在本例中，故障發生時，Z站保護裝置報文提示通道異常，而Y站保護裝置報文提示為對側通道異常，故開始懷疑Z站側PCM或光端機連接不正常，但是通過自環檢測發現通道衰耗是正常的。而真正原因卻是由于Y站發信電平偏低，從而Z站收信電平過低和誤碼率過高，導致Z站裝置報通道異常，進而閉鎖了主保護。

3 建議

為了提高光纖通道類故障的排查效率，在實際工作中，應該遵循“觀察、判斷、試驗”的原則和順序，逐步查找問題的所在。觀察主要是查看后臺和保護裝置的告警信息。對于專用通道，通過查看保護裝置報文中丟包情況以及裝置的收發狀態是否正?？梢源笾屡袛嗍前l信還是收信有問題;對于復用通道可借助通信專業監視手段，向管轄通道故障線路通信管理部門查看通信網關相關信息，以判斷是通道傳輸問題還是保護設備問題。

通過判斷得出問題的大致范圍后，就需要通過試驗來排除故障。在動手測試時，首先檢查回路中相關光纖接頭是否接觸牢靠，測試保護裝置發收光功率數據是否在技術要求范圍內。對于采用復用通道的光纖保護，一般采用通道逐級自環試驗方式檢查通道問題。

另外，為保證高壓輸電線路的安全運行和作為主保護的縱差保護不致由于通道故障而退出運行，應該考慮為同一套縱差保護裝置配置備用光纖通道。不論采用專用光纖通道或復用通道，在工程設計中，敷設的光纜要留有一定的備用芯線，當工作的纖芯由于斷芯等各種故障導致數據傳輸誤碼率增大或中斷時，可切換到備用芯線繼續進行數據通信，以保證保護裝置的安全可靠運行。

［1］ 朱聲石．高壓電網繼電保護原理與技術［M］．北京:中國電力出版社，1995．

［2］ 李崢峰，楊曙年，喻道遠，等．繼電保護中光纖通信技術應用［J］．電力自動化議備，2007，27(2):75 －79．

［3］ 李瑞生，王強，文明浩，等．WXH－803光纖電流差動保護的研究［J］．繼電器，2004，32(2):41 －43．

［4］ 倪偉東，李瑞生，李崢峰．光纖電流差動保護通道試驗及研究［J］．繼電器，2005，33(8):68 －70．