利用光纖通道傳輸保護信號的實踐研究

龔耀庭

（中國移動通信集團江蘇有限公司鎮江分公司，江蘇 鎮江 212000）

利用光纖通道傳輸保護信號的實踐研究

龔耀庭

（中國移動通信集團江蘇有限公司鎮江分公司，江蘇 鎮江 212000）

文章首先對光纖通道傳輸保護信號的主要方式進行簡要介紹，在此基礎上對利用光纖通道傳輸保護信號的實現方法進行論述，以期對保護信號傳輸可靠性的提升有所幫助。

光纖；通道傳輸；保護信號

1 光纖通道傳輸保護信號的主要方式

現階段，比較常見的光纖通道傳輸保護信號的方式主要有專用光纖通道和復用光纖通道兩種。

1.1 專用光纖通道

專用光纖通道具體是指保護裝置的保護信號經由光纖接口裝置進行傳輸，信號的整個傳輸過程不會經過通信設備。該方式采用的是同步通信及SDLC通信幀，其較為突出的特點是便于運維、中間環節少、可靠性較高。電力系統當中使用的繼電保護裝置普遍都是以LED作為光源器件，該器件的輸出功率相對較低。而PN二極管作為光纖接收器件，其靈敏度比較高，但保護信號的傳輸距離卻比較短，正因如此，使得該方式較為適合在中短線路保護傳送中進行應用。在此需要著重闡明的一點是，電網中的高壓輸電線路所采用的微機保護為雙重化配置，因為配置原理不同，所以1條高壓輸電線至少需要占用4芯，由于備份光纖的數量更多，從而使得會占用較大的光纖資源。如果光纜采用的是光纖復合架空地線（Optical Fiber Composite Overhead Ground Wire，OPGW）或是管道光纜，其自身的可靠性較高，此時可以考慮選用這種方式[1]。

1.2 復用光纖通道

復用光纖通道具體是指保護裝置經由保護光纖接口裝置，將保護信號傳給相關的通信設備，隨后經過光纖通道傳輸至對側，該方式在電壓等級較高的系統中應用較多，如500 kV等。隨著變電站綜自化系統的廣泛應用，保護全被安裝到了小室當中，而通信機房位于主控制樓內，兩者的距離較遠。借助接口裝置，保護裝置將電信號轉換為光信號，在利用光纖將該信號傳給機房內的通信接口設備，該設備則會將接收到的光信號轉換為電信號，隨后傳給數字復接設備，進而復接到光通信設備，最后由光通信設備將保護信號傳至對側。雖然這種方式的中間環節較多，信號的傳輸過程比較繁瑣，但由于保護信號最終是經由光同步復用器進行傳輸，從而使其傳輸距離與通信系統實現了同步，并且不會單獨對光纖資源進行占用。

2 利用光纖通道傳輸保護信號的實現方法

2.1 傳輸保護信號的影響因素

影響光纖通道傳輸保護信號的主要因素有延時、誤碼以及網同步，下面分別進行分析。

2.1.1 延時

大體上可將延時分為以下幾種情況：傳輸系統延時、復用終端設備延時、傳輸設備延時等。

（1）傳統系統。從本質的角度上講，光信號和電信號全部都是電磁場信號，這種信號的特點是在一定的傳輸介質當中，信號的傳播速度有限，傳輸介質的折射率決定了信號的傳播速度。由相關計算結果可知，在光纖當中，光信號每1 km的延時約為50 μs。

（2）復用終端設備。該設備產生的延時主要包括以下幾個環節：編碼器、復用器以及分解器等。信號的復接與分解過程全部都是在2 Mbit/s的條件下完成的，抽樣結果為8 000 Hz，編碼為8 bit，同時將輸入濾波器的延時計算在內，復用終端設備所產生的延時約為60 050 μs。

（3）傳輸設備。由于同步數字體系（Synchronous Digital Hierarchy，SDH）設備需要完成開銷及連接處理，因此會隨之產生一定的傳輸延時，因該數值目前尚未實現標準化，不同廠家生產的設備在設計方法上有所區別，所以必然會出現不同的結果。此外，安裝質量問題或是網絡拓撲發生變化，也都可能引起傳輸延時。

2.1.2 誤碼

誤碼對傳輸保護信號的影響主要體現在如下幾個方面：（1）相關規定要求，進行繼電保護信號傳輸的微波通道假設參考數字段的可用性指標不得低于99.97%，如果不足，將會對傳輸保護信號造成一定的影響。（2）SDH系統在運行的過程中由于其內部機制比較特殊，從而引起誤碼，其中典型的因素包括噪聲源、碼間干擾、定位抖動、復用器或交換機誤碼等。

2.1.3 網同步

為達到64 kbit/s收發數據同步復接的規定要求，在傳輸保護信號兩端所采用的脈沖編碼調制（Pulse Code Modulation，PCM）必須保證同步，如果不同步，將會造成滑碼，從而使保護裝置出現校驗碼報警的故障提示，由此會對運行可靠性造成影響。

2.2 光纖通道傳輸保護的實現

2.2.1 光纜布設

OPGW光纜承載繼電保護需將光纖與地線合為一體，這種布設方式適用于新建路線，可大幅度提高光纜線路可靠性。光纖施工工藝十分復雜，必須強化施工質量控制，并且光纜傳輸要經過多個連接環節，包括轉接端子箱、電纜層、光纜機、高壓線路等。所以，要以確保光纖保護通道正常為前提，加強光纜施工過程管理，從而保證投入運行的保護裝置不會出現測試誤差，消除保護裝置誤動作隱患[2]。

2.2.2 相關設備布設

根據繼電保護通道配置的相關要求，若兩套繼電保護通道承載同一條線路，則必須保證光纖設備與電源設備相互獨立運行，采用雙配置的布設方法。電源主要包括光傳輸設備電源、保護PCM電源、繼電保護設備電源，在對電源進行雙配置時，需對上述所有電源進行雙配置。在兩套電源系統中，要分別接入同一輸電線路的兩組通信設備，設置電源轉換模塊，針對獨立雙路電源提供熱備份，并使用雙分路開關控制通信設備電源，從而增強通信設備與電源的安全性。

2.2.3 路由規劃

若光纖網絡尚未形成環網，則可將同一光纜的不同纖芯看作是相互獨立運行的雙通道。一旦光纖網絡形成環網，為了保證其中一條光纜損壞不影響另一條線路的正常運行，也應當采用雙重化的路由規劃方法，保證兩條路由獨立運行[3]。但必須注意的是，光傳輸系統存在一定的時延問題，若采用1+1路由進行繼電保護業務，那么極有可能在不同的路由中接收與發送信息。加之，雙重化路由存在著較大的狀態差異，進而易導致繼電保護時延不同，若時延過大，則會引發繼電保護誤動作。為避免上述情況發生，應采用1+0路由規劃方案，保證路由可同時收發信息。

2.2.4 光纖通道布置

主保護的光纖通道可以采取如下幾種配置方式：（1）雙路光纖專用通道，兩路采用不同的路由器；（2）光纖專用通道+光纖復用通道；（3）雙路光纖復用通道，路由的配置方式與光纖專用通道相同。OPGW光纖具備可靠性高的特點，同一光纖內存在多個纖芯，這些纖芯可被視為不同路由。為了提高光纖主保護的可靠性，可對具備SDH環網條件的光纖設置迂回通道。具體的光纖通道布置如下：（1）設置專用光纖通道，對同一線路實施雙重保護，該布置方案適用于220 kV終端變電所。（2）在兩路光纖通道中，設置一路專用光纖通道和一路復用通道，并且以專用光纖通道為優先選擇，該布置方案適用于220 kV樞紐變電所。（3）針對500 kV線路的光纖通道布置，應根據線路距離長短設置通道。若線路距離較長，則應采用兩條復用通道的方式，并將物理隔離設置在復用通道的各個傳輸節點上，以避免兩條通道同時停止運行。若線路距離較短，可分別設置專用光纖通道和SDH光纖復用通道，保證專用光纖獨立運行，與此同時還可以充分發揮復用通道迂回的作用。在對新建線路進行光纖通道配置時，應對每套主保護設置兩條復用通道，這樣一來，在一條通道停止運行的情況下，另一條備用通道會自動切換到運行狀態，保證光纖通道運行的安全性和可靠性[4]。

2.2.5 時鐘設置

時鐘設置是保證光纖傳輸準確的重要因素，針對不同類型的光纖通道，其時鐘設置也有所不同。在專用光纖通道中，時鐘設置可采取主—主、主—從的方式，但由于主—從的時鐘設置方式需要提取接收中的數據流，影響提取的準確性，所以在一般情況下應選擇主—主的設置方式；在64 kbit/s復用通道中，時鐘設置采用從—從模式，將兩側控制字均設置為0；而在2 Mbit/s復用通道中，時鐘設置采用主-主模式，將兩側控制字均設置為1。

3 結語

綜上所述，在電力系統的高壓輸電線路當中，光纖保護技術獲得了廣泛應用。為提高保護信號的傳輸可靠性，除了應當對光纖通道進行合理選擇之外，還應對光纖保護通道進行科學配置，只有這樣，才能使其功能和作用得以最大限度地發揮。

[1] 張苑.關于鐵路通信網光纖傳輸安全及其保護措施分析[J].中國新通信，2016（1）：32-33.

[2] 郭僑，沈晗陽，胡誠.光纖自愈網應用于輸電線路縱聯差動保護的研究[J].中國新通信，2016（8）：98-99.

[3] 周瀚.基于2M光接口的繼電保護信號傳輸可靠性研究[D].南寧：廣西大學，2016.

[4] 趙本水，張瑋，李磊.關于500 kV輸電線路光纖保護通道的優化方案[J].齊魯工業大學學報（自然科學版），2017（6）：76-77.

Practical research on transmitting protection signals by fi ber channel

Gong Yaoting
（Zhenjiang Branch of China Mobile Group Jiangsu Co., Ltd., Zhenjiang 212000, China）

In this article, the main ways of transmitting protection signals by fi ber channel are introduced brie fl y. On the basis of this,the realization method of using fi ber channel to transmit protection signal is discussed, with a riew to helping the improvement of the reliability of signal transmission.

optical fi ber; channel transmission; signal protection

龔耀庭（1982— ），男，江蘇鎮江人，工程師，學士；研究方向：光纖通信傳輸，光纖通信系統。