光纖差動保護裝置的復(fù)用通道恢復(fù)方法研究

梁文武，王琴，李輝，劉海峰，陳宏，徐浩

(1.國網(wǎng)湖南省電力公司電力科學研究院，湖南長沙410007；2.中國能源建設(shè)集團湖南省電力設(shè)計院有限公司，湖南長沙410007)

光纖差動保護裝置的復(fù)用通道恢復(fù)方法研究

梁文武1，王琴2，李輝1，劉海峰1，陳宏1，徐浩1

(1.國網(wǎng)湖南省電力公司電力科學研究院，湖南長沙410007；2.中國能源建設(shè)集團湖南省電力設(shè)計院有限公司，湖南長沙410007)

本文基于電力系統(tǒng)通信ASON網(wǎng)管的建立提出一種用于光纖差動保護裝置的復(fù)用通道恢復(fù)方法，該方法在現(xiàn)有光纖差動保護裝置的基礎(chǔ)上，通過引入基于ASON技術(shù)的SDH和OTN光傳輸通信網(wǎng)，為光纖差動保護裝置提供按需設(shè)置的、可靠的備用復(fù)用通道，在保護前端設(shè)置雙通道裝置實現(xiàn)保護工作通道與備用通道之間的切換，可進一步提高保護通道的可靠性。

ASON網(wǎng)管；路由恢復(fù)；光纖差動保護裝置；雙通道裝置

目前光纖專用芯或2M復(fù)用方式已成為光纖差動保護裝置主要的通信方式，這是緣于專用芯方式相比2M復(fù)用方式的纖芯利用率低，在國家電網(wǎng)公司所屬部分省網(wǎng)公司已面臨光纜資源短缺，因而出現(xiàn)光纖差動保護裝置不再使用專用芯的情況。因此，2M復(fù)用方式保護通道的可靠性顯得尤為重要。

由于SDH自身的保護機制大多為兩纖雙向倒換環(huán)，其業(yè)務(wù)通道倒換在某些特定情況下會出現(xiàn)收、發(fā)信路徑不一致的情況，在沒有通道自愈保護機制的情況下就會導(dǎo)致光纖差動保護裝置失靈或誤動。因此，國家電網(wǎng)公司與南方電網(wǎng)公司的相關(guān)規(guī)程中均明確提出光纖差動保護通道不得應(yīng)用SDH保護自愈功能。目前，國家電網(wǎng)公司和南方電網(wǎng)公司已逐步引入WDM，OTN等大容量光傳輸設(shè)備網(wǎng)絡(luò)，與現(xiàn)有SDH光傳輸設(shè)備網(wǎng)絡(luò)形成A/B網(wǎng)，通過引入自動交換光網(wǎng)絡(luò) (ASON)技術(shù)并進行一定的設(shè)置，即可為光纖差動保護裝置提供復(fù)用路由的備份通道，進一步提高保護通道的可靠性。

1 ASON技術(shù)定義及特點

傳統(tǒng)的SDH光傳輸設(shè)備基于時分復(fù)用技術(shù)，OTN光設(shè)備基于波分復(fù)用技術(shù)，其業(yè)務(wù)接口類型比SDH設(shè)備更加豐富。ASON在傳統(tǒng)光設(shè)備組網(wǎng)的基礎(chǔ)上引入了控制平面，在功能上形成了由傳送平面、控制平面和管理平面構(gòu)成的能夠自動完成網(wǎng)絡(luò)連接的新型網(wǎng)絡(luò)。ASON符合G.8080框架要求，通過控制平面來完成自動交換和連接控制、以光纖為物理傳輸媒質(zhì)、由SDH和OTN等光傳輸系統(tǒng)構(gòu)成智能光傳送網(wǎng)〔1-2〕。

1)控制平面是ASON的核心，由各節(jié)點設(shè)備中的控制單元構(gòu)成，負責完成網(wǎng)絡(luò)連接的動態(tài)建立和網(wǎng)絡(luò)資源的動態(tài)分配。控制平面就好比是導(dǎo)航儀，能自動尋找路由，還能在線路故障時重新計算路由，實現(xiàn)業(yè)務(wù)保護和恢復(fù)。

2)管理平面實現(xiàn)對傳送平面、控制平面以及系統(tǒng)的管理，確保所有平面之間的協(xié)同工作。管理平面提供的管理功能包括性能管理、故障管理、配置管理、計費管理和安全管理。管理平面就好比是開車的司機，給導(dǎo)航儀設(shè)置目的地，并在整個行程中對導(dǎo)航儀和車輛進行管理控制。

3)傳送平面完成光信號傳輸、復(fù)用、配置保護倒換和交叉連接等功能，并確保所傳光信號的可靠性。傳送平面就好比是道路，光信號就是在道路上行駛的車輛。

ASON技術(shù)通過在網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中引入控制平面實現(xiàn)了抗多點失效的功能，滿足緊急業(yè)務(wù) (如光纖差動保護業(yè)務(wù))需求，可提高網(wǎng)絡(luò)生存性和抗災(zāi)能力，大大提高了網(wǎng)絡(luò)的安全性，且可以根據(jù)用戶對不同層面、不同業(yè)務(wù)質(zhì)量級別的要求，按需制定不同的保護恢復(fù)方式，并實現(xiàn)分級管理〔3-4〕。

2 光纖差動保護裝置的復(fù)用路由恢復(fù)方法

2.1 系統(tǒng)搭建

目前光纖差動保護裝置使用的光纖通道主要有專用光纖通道與復(fù)用光纖通道2種，主流保護裝置均能兼容2種通信方式〔5〕。

在現(xiàn)有光纖差動保護裝置的基礎(chǔ)上，通過引入基于ASON技術(shù)的SDH光傳輸通信網(wǎng)和OTN光傳輸通信網(wǎng)，可以為光纖差動保護裝置提供按需設(shè)置的、可靠的保護路由恢復(fù)方法，從而保障光纖差動保護業(yè)務(wù)正常運行。

為該方法搭建的系統(tǒng)模型如圖1所示，在A，B兩站光纖差動保護裝置的前端分別設(shè)置用于控制光纖差動保護裝置在工作通道和備用通道之間切換的雙通道裝置，將所述雙通道裝置分別連接SDH通道設(shè)備、OTN通道設(shè)備且通過網(wǎng)絡(luò)和ASON網(wǎng)管相連，利用ASON網(wǎng)管在兩個光纖差動保護裝置之間構(gòu)建基于SDH光傳輸網(wǎng)絡(luò)的通道1和基于OTN光傳輸網(wǎng)絡(luò)的通道2，并開通通道1和通道2的光傳輸業(yè)務(wù)。通過一定的設(shè)置即可實現(xiàn)保護業(yè)務(wù)的通道切換。

圖1 系統(tǒng)模型示意圖

2.2 光纖差動保護重新同步

光纖差動保護原理通過實時比較線路兩側(cè)電流量實現(xiàn)，因此線路兩側(cè)光纖差動保護采樣數(shù)據(jù)同步是實現(xiàn)光纖差動保護的基礎(chǔ)，常用的同步調(diào)整方法有采樣數(shù)據(jù)修正法、采樣時刻調(diào)整法、時鐘修正法、采樣序號調(diào)整法等〔6〕。文中所述通過通道切換實現(xiàn)路由恢復(fù)的方法必然會造成切換前后通道延時的變化，因此需要考慮采取措施避免通道延時變化造成線路兩側(cè)光纖差動保護數(shù)據(jù)失步而誤動。光纖差動保護在運行過程中檢測到通道故障會延時一定時間閉鎖，一種簡單可行而又能適應(yīng)目前廣泛應(yīng)用的光纖差動保護的方法是在通道切換過程中設(shè)置延時，使工作通道發(fā)生故障至切換到備用通道的時間略大于光纖差動保護裝置的通道中斷閉鎖時間，從而確保光纖差動保護在通道切換過程中可靠閉鎖，當通道切換完成后，光纖差動保護檢測到通道恢復(fù)正常后會重新檢測新通道延時并重新建立數(shù)據(jù)同步再開放保護，從而確保通道切換前后通道延時變化不會造成保護誤動。

2.3 工作流程

A站的光纖差動保護裝置將光差保護信息通過最優(yōu)路由發(fā)送到對側(cè)B站的光纖差動保護裝置，利用ASON網(wǎng)管對通信通道的運行狀態(tài)進行實時監(jiān)控，當某一通信通道出現(xiàn)故障時，雙通道裝置根據(jù)檢測到的相關(guān)數(shù)據(jù)進行通道路由切換。具體工作流程如圖2所示，其詳細步驟為:

步驟1:按圖1搭建系統(tǒng)，所有設(shè)備上電并檢測設(shè)備正常運行。

圖2 流程示意圖

步驟2:利用ASON網(wǎng)管測試通道1和通道2的延時，選擇延時較短的一條通道作為光纖差動保護業(yè)務(wù)的工作通道，另一條通道則作為光纖差動保護業(yè)務(wù)的備用通道。詳細的工作通道選擇流程為:①利用ASON網(wǎng)管檢測通道1是否正常，如果通道1正常，則利用ASON網(wǎng)管測試通道1的延時得到通道1的延時時間T1，否則將通道1的延時時間T1設(shè)置為+∞；②利用ASON網(wǎng)管檢測通道2是否正常，如果通道2正常，則利用ASON網(wǎng)管測試通道2的延時得到通道2的延時時間T2，否則將通道2的延時時間T2設(shè)置為+∞；③判斷通道1的延時時間T1大于通道2的延時時間T2是否成立，如果成立，則選擇延時較短的通道2作為光纖差動保護業(yè)務(wù)的工作通道，通道1則作為光纖差動保護業(yè)務(wù)的備用通道；否則，選擇延時較短的通道1作為光纖差動保護業(yè)務(wù)的工作通道，通道2則作為光纖差動保護業(yè)務(wù)的備用通道。

步驟3:在正常運行狀態(tài)下，利用ASON網(wǎng)管檢測當前的工作通道是否中斷，如果中斷則跳轉(zhuǎn)執(zhí)行步驟4。

步驟4:ASON網(wǎng)管保持工作通道不變，將中斷消息通過網(wǎng)絡(luò)同步至所述雙通道裝置并開始計時，設(shè)光纖差動保護通道中斷可靠閉鎖時間為100 ms，當計時時間超過指定的延時時間 (100 ms)時跳轉(zhuǎn)執(zhí)行步驟5。

步驟5:光纖差動保護裝置檢測到工作通道中斷便閉鎖；利用ASON網(wǎng)管檢測所述備用通道是否正常，如果所述備用通道不正常，則表示工作通道和備用通道同時故障，保持光纖差動保護裝置閉鎖狀態(tài)并退出；如果備用通道正常，則跳轉(zhuǎn)執(zhí)行步驟6。

步驟6:將光纖差動保護業(yè)務(wù)切換至備用通道，從而使得原備用通道成為光纖差動保護業(yè)務(wù)新的工作通道，光纖差動保護業(yè)務(wù)已中斷的原工作通道成為新的備用通道；光纖差動保護裝置檢測到新的工作通道正常便打開閉鎖；利用ASON網(wǎng)管在已中斷的原工作通道上重路由建立收發(fā)路由一致的恢復(fù)通道，跳轉(zhuǎn)執(zhí)行步驟3。

由于該方案中光纖差動保護業(yè)務(wù)的雙通道路由均為復(fù)用方式，通道構(gòu)成較專用芯通道更為復(fù)雜，影響信號傳遞時延的因素較多。在滿足國家電網(wǎng)公司對于保護通信通道相關(guān)規(guī)定的前提下，為了解決SDH和OTN通道在自愈環(huán)網(wǎng)下保護業(yè)務(wù)收發(fā)路徑不一致的情況，需在該方案中引入ASON技術(shù)，即利用光網(wǎng)絡(luò)智能控制平面通道重路由恢復(fù)功能實現(xiàn)光纖差動保護業(yè)務(wù)收發(fā)路徑任何時刻同路由。

2.4 雙通道裝置原理

雙通道裝置用于控制光纖差動保護裝置在工作通道和備用通道之間切換，以及實現(xiàn)光纖差動保護裝置到SDH光傳輸設(shè)備和OTN光傳輸設(shè)備的物理連接等功能。由于SDH設(shè)備上下業(yè)務(wù)的接口類型一般為2 Mb/s接口，因此雙通道裝置通過光電轉(zhuǎn)換后與SDH設(shè)備采用2 Mb/s電接口方式連接；而OTN設(shè)備采用波長適配技術(shù)，業(yè)務(wù)接口類型比SDH設(shè)備更加豐富，為了減少信號轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)而提高可靠性，雙通道裝置與OTN設(shè)備可通過波長適配器直接采用光口連接。

如圖3所示，雙通道裝置包括保護裝置接口模塊、3個通信線路接口模塊 (1個2 Mb/s電接口模塊、1個光接口模塊、1個網(wǎng)管接口模塊)、CPU主控模塊和電源模塊，保護裝置接口模塊用于連接光纖差動保護裝置，保護裝置接口模塊可以兼容主流光纖差動保護裝置；3個通信線路接口模塊中，2M電路接口模塊用于連接SDH(同步數(shù)字序列)通道設(shè)備，光接口模塊用于連接OTN(光傳送網(wǎng))通道設(shè)備，且可兼容主流光通信設(shè)備，網(wǎng)管接口模塊用于連接ASON網(wǎng)管；電源模塊用于給CPU主控模塊等各模塊供電；CPU主控模塊則用于實現(xiàn)SDH(同步數(shù)字序列)通道設(shè)備和OTN(光傳送網(wǎng))通道設(shè)備的監(jiān)測與控制。

雙通道裝置除了具備光電轉(zhuǎn)換功能外，還具備了通道路由切換功能，可代替目前廣泛使用的保護通信接口裝置。

圖3 雙通道裝置的框架結(jié)構(gòu)示意圖

3 結(jié)語

文中提出的方法不需要對原有的光纖差動保護裝置進行改造，在退出專用芯保護通道后，只需要在線路兩端加裝雙通道裝置，一路接SDH設(shè)備的通道保持不變，另一路由專用芯改接OTN設(shè)備，就可以使單路由的保護通道具備復(fù)用方式的備份路由，并引入ASON光網(wǎng)絡(luò)智能控制平面對雙通道進行一定的設(shè)置，即可使保護通道的可靠性得到進一步提高。

〔1〕中華人民共和國國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局，中國國家標準化管理委員會.自動交換光網(wǎng)絡(luò) (ASON)技術(shù)要求 第1部分:體系結(jié)構(gòu)與總體要求:GB/T 21645.1—2008〔S〕.北京:中國標準出版社，2008.

〔2〕張杰.自動光交換網(wǎng)絡(luò) ASON〔M〕.北京:人民郵電出版社，2006.

〔3〕王英衛(wèi)，潘艷君.ASON技術(shù)在電力通信傳輸網(wǎng)中的應(yīng)用〔C〕//中國電機工程學會電力通信專委會第九屆學術(shù)會議論文集.2013:148-150.

〔4〕黃湧.ASON在電力系統(tǒng)通信網(wǎng)的應(yīng)用研究 〔J〕.電力系統(tǒng)通信，2006，27(12):41-44.

〔5〕劉振東，趙金寶.光纖保護通道聯(lián)調(diào) 〔J〕.電工技術(shù).2007，10:18-20.

〔6〕歐陽利劍，許慶強，徐青山，等.差動判據(jù)受通道收發(fā)不一致延時影響的試驗分析研究 〔J〕.電力系統(tǒng)保護與控制，2011，39(8):80-85.

Research on recovery method of multiplex channel for fiber differential protection device

LIANG Wenwu1，WANG Qin2，LI Hui1，LIU Haifeng1，CHEN Hong1，XU Hao1
(1.State Grid Hunan Electric power Corporation Research Institute，Changsha 410007，China；2.China Energy Engineering Group Hunan Electric Power Design Institute CO.，LTD，Changsha 410007，China)

A kind of recovery method of multiplex channel for fiber differential protection device based on ASON network management system is proposed.On-demand and reliable standby multiplex channel is provided by introducing optical transmission network SDH and OTN based on ASON network management system on the basis of existing protection devices. Double-channel devices are set in front of protection device to realize the switch between work and standby multiplex channels to further improve the reliability of protection channel.

ASON network management；route recovery；fiber differential protection device；double-channel device

TM773.4

B

1008-0198(2016)04-0035-04

10.3969/j.issn.1008-0198.2016.04.009

2015-12-09 改回日期:2016-01-06

國網(wǎng)湖南省電力公司科學技術(shù)項目 (5216A513509Q)