基于繼電保護(hù)通信通道運(yùn)行可靠率與經(jīng)濟(jì)性的分析

徐 麥，楊 雅，楊厚祥

（國網(wǎng)黃石供電公司信息通信分公司，湖北 黃石 435000）

1 電力通信網(wǎng)光纖保護(hù)通道的現(xiàn)狀

隨著光通信技術(shù)的日益發(fā)展，電力系統(tǒng)應(yīng)用的繼電保護(hù)通信物理傳輸通道已由過去的電力載波通道和數(shù)字微波信號(hào)發(fā)展到了光纖通道。相對(duì)于電力載波通道和數(shù)字微波信號(hào)易受氣候變化（如風(fēng)、霜、雨、雪、雷電等）影響而導(dǎo)致信號(hào)質(zhì)量不穩(wěn)定的特點(diǎn)，光纖通道具有較強(qiáng)的抗干擾能力、傳輸頻帶寬及衰耗小的特點(diǎn)，已成為繼電保護(hù)物理傳輸通道的首選，廣泛應(yīng)用于實(shí)際工作[1]。

2 光纖通道在繼電保護(hù)系統(tǒng)中的應(yīng)用方式

繼電保護(hù)系統(tǒng)中最重要的作用是及時(shí)切除被保護(hù)系統(tǒng)發(fā)生的故障。廣泛應(yīng)用于實(shí)際生產(chǎn)的縱聯(lián)保護(hù)，采用光纖通道方式，對(duì)光纖通道的質(zhì)量和可靠性要求很高。目前，光纖通道在繼電保護(hù)系統(tǒng)中的主要應(yīng)用方式有專用纖芯保護(hù)通道和光纖復(fù)用保護(hù)通道。

2.1 專用纖芯保護(hù)通道

專用纖芯保護(hù)通道是目前運(yùn)行可靠率最高、資源利用率最低的一種傳輸方式。它利用專用的纖芯直連兩端帶有光接口的繼電保護(hù)設(shè)備，避免復(fù)用光纖通道多次進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換和引發(fā)設(shè)備故障的風(fēng)險(xiǎn)，如圖1所示。

圖1 專用纖芯保護(hù)通道傳輸示意圖

2.2 光纖復(fù)用保護(hù)通道

為提高光纖使用利用率，繼電保護(hù)信號(hào)可復(fù)用在SDH的幀結(jié)構(gòu)中進(jìn)行傳輸，即光纖復(fù)用保護(hù)通道。光纖復(fù)用保護(hù)信號(hào)傳輸速率有2 Mb/s和64 kb/s兩種，傳輸流程見圖2和圖3。

圖2 2 Mb/s復(fù)用保護(hù)通道傳輸示意圖

圖3 64 kb/s復(fù)用保護(hù)通道傳輸示意圖

根據(jù)圖2和圖3可知，64 kb/s的復(fù)用保護(hù)通道傳輸方式速率低于2 Mb/s復(fù)用保護(hù)通道傳輸方式，且在兩端多增加了2臺(tái)PCM和相關(guān)的連接線，給通道造成了額外可能的故障點(diǎn)。因此，實(shí)際工作中，光纖復(fù)用保護(hù)通道選擇2 Mb/s的傳輸速率[2]。《湖北電網(wǎng)繼電保護(hù)復(fù)用通道技術(shù)及管理規(guī)定》中明確，光纖復(fù)用保護(hù)通道應(yīng)采用2 Mb/s通道的方式傳輸。

3 光纖復(fù)用通道不得使用SDH環(huán)網(wǎng)自愈功能的原因

繼電保護(hù)通道傳輸方式選擇時(shí)應(yīng)兼顧可靠率和經(jīng)濟(jì)性。SDH環(huán)網(wǎng)自愈環(huán)功能可更好地提高通道運(yùn)行的保障率，但在實(shí)際工作中不允許在繼電保護(hù)通道傳輸中使用自愈功能。《國家電網(wǎng)公司十八項(xiàng)電網(wǎng)重大反事故措施》第16.2.1.5條規(guī)定：線路縱聯(lián)保護(hù)使用復(fù)用接口設(shè)備傳輸允許命令信號(hào)時(shí)，不應(yīng)帶有附加延時(shí)展寬。

按照ITU-T的規(guī)定，兩用戶之間的單向傳輸時(shí)延應(yīng)在150 ms以內(nèi)。繼電保護(hù)設(shè)備不但對(duì)傳輸延時(shí)的時(shí)長要求非常高，而且對(duì)其一致性非常敏感。時(shí)延過長會(huì)影響繼電保護(hù)動(dòng)作的速度，而通道時(shí)延對(duì)動(dòng)作速度的影響是疊加的，有時(shí)甚至是兩倍的疊加。保護(hù)設(shè)備在一定時(shí)間內(nèi)未接收信號(hào)，將可能造成誤動(dòng)或拒動(dòng)，影響電網(wǎng)的安全運(yùn)行。同時(shí)，現(xiàn)在所有的線路縱聯(lián)保護(hù)都要求通道雙向時(shí)延保持一致。時(shí)延的不一致會(huì)影響兩側(cè)線路縱聯(lián)保護(hù)設(shè)置之間的同步，造成計(jì)算得到的差流和實(shí)際差流不同，從而影響保護(hù)的安全性。

若將自愈功能應(yīng)用于光纖保護(hù)通道，為保證信號(hào)倒換前后的時(shí)延均滿足要求，需測試通道的傳輸時(shí)延和光纜發(fā)生故障倒換至保護(hù)路由全過程的時(shí)延，并分析可能引起的收發(fā)路由不一致的現(xiàn)象。只有所有的測試結(jié)果均滿足時(shí)延要求，才能斷定光纖網(wǎng)絡(luò)傳輸時(shí)延滿足要求。

保護(hù)裝置的通信接口沒有統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，各廠家設(shè)備對(duì)通信通道時(shí)延的對(duì)稱性要求各不相同。SDH的倒換方式因自愈環(huán)的保護(hù)機(jī)理亦種類繁多。當(dāng)光纜發(fā)生故障時(shí)，對(duì)于帶有自愈功能的保護(hù)通道的時(shí)延能否滿足要求將不得而知。因此，為保證繼電保護(hù)通道的可靠率，不能隨意采用SDH環(huán)網(wǎng)的自愈功能，應(yīng)采用更可靠的“點(diǎn)對(duì)點(diǎn)”獨(dú)立物理雙通道。

4 光纖保護(hù)在實(shí)際應(yīng)用中的思考與探究

繼電保護(hù)通道十分重要。在實(shí)際應(yīng)用中，應(yīng)探究保證繼電保護(hù)通道可靠性的方法，確定新技術(shù)能應(yīng)用于繼電保護(hù)信號(hào)的傳輸。

4.1 最能兼顧可靠性與經(jīng)濟(jì)性的傳輸方式

《國家電網(wǎng)公司十八項(xiàng)電網(wǎng)重大反事故措施》第16.2.1.4條規(guī)定：同一條220 kV及以上線路的兩套繼電保護(hù)和同一系統(tǒng)的有主/備關(guān)系的兩套安全自動(dòng)裝置通道，應(yīng)分別由兩套獨(dú)立的通信傳輸設(shè)備提供，并分別由兩套獨(dú)立的通信電源供電。重要線路和安全自動(dòng)裝置應(yīng)具備兩套獨(dú)立的路由，滿足“雙設(shè)備、雙路由、雙電源”的要求。專用纖芯保護(hù)通道可靠率高但纖芯利用率低，而復(fù)用保護(hù)通道纖芯利用率高但通道可靠率較差。因此，在新建220 kV及以上線路的兩套繼電保護(hù)通道方式的選擇上，應(yīng)一套采用專用纖芯保護(hù)通道，另一套采用復(fù)用保護(hù)通道。這樣既保障了通道運(yùn)行的可靠率，又兼具了纖芯的利用率和經(jīng)濟(jì)性。

4.2 光切換技術(shù)能否應(yīng)用于繼電保護(hù)通道

隨著光通信技術(shù)的飛速發(fā)展，光切換技術(shù)在實(shí)際工作中逐步被普及與應(yīng)用，且效果良好。光切設(shè)備是由兩條不同路由的光纖輸入，并自主選擇最佳通道輸出。當(dāng)主用通道中斷后，設(shè)備能立即切換光路至備用通道。光切設(shè)備有切換速度快、運(yùn)行可靠率高和調(diào)配路由方便的特點(diǎn)。光開關(guān)一直處于熱備用狀態(tài)，對(duì)一般業(yè)務(wù)基本做到不中斷通信。光切換設(shè)備能實(shí)時(shí)監(jiān)控光功率，避免光端機(jī)的誤告警，確保切換的有效性。特定情況下，僅程序操作就能實(shí)現(xiàn)主/備通道的自由切換，為實(shí)際運(yùn)行節(jié)約了大量人力和物力。繼電保護(hù)通信通道應(yīng)用光切換技術(shù)后的模型如圖4所示。

圖4 繼電保護(hù)通道使用光切設(shè)備后的模型

經(jīng)計(jì)算與分析，光切設(shè)備不能應(yīng)用于繼電保護(hù)通信通道有兩個(gè)原因。第一，光切設(shè)備的光開關(guān)雖然處于熱備用狀態(tài)時(shí)的切換速度不超過5 ms，加上整個(gè)切換時(shí)間不超過20 ms，但仍不能滿足繼電保護(hù)通道的時(shí)延要求和一致性要求。《繼電保護(hù)和安全自動(dòng)裝置技術(shù)規(guī)程》規(guī)定，對(duì)用于各類裝置的數(shù)字式通道時(shí)延的要求為線路縱聯(lián)或方向保護(hù)小于10 ms。第二，采用光切設(shè)備后，若采用一套繼電保護(hù)系統(tǒng)，一旦光切設(shè)備或繼電保護(hù)設(shè)備發(fā)生故障，則被保護(hù)對(duì)象將失去保護(hù)，不滿足《國家電網(wǎng)公司十八項(xiàng)電網(wǎng)重大反事故措施》“雙設(shè)備、雙路由、雙電源”的要求。若采用兩套繼電保護(hù)系統(tǒng)，雖然提高了通道運(yùn)行的可靠率，但是造成了光纜纖芯資源的浪費(fèi)，不滿足經(jīng)濟(jì)性的原則。

4.3 降低繼電保護(hù)通道連接線故障率的方法

由圖1和圖2可知，繼電保護(hù)設(shè)備至通信接口設(shè)備之間的光連接是由導(dǎo)引光纜（距離較遠(yuǎn)）或尾纖（距離較近）連接的。實(shí)際工作中發(fā)現(xiàn)，導(dǎo)引光纜護(hù)套較軟，極易外破，給通道的穩(wěn)定運(yùn)行帶來了安全隱患，且尾纖易被小動(dòng)物咬壞造成通道中斷。集束光纜可完美解決這一隱患。集束光纜即多根尾纖套接在同一根光纜中，輔以堅(jiān)固絕緣的表皮進(jìn)行防護(hù)。集束光纜替代現(xiàn)有的尾纖或?qū)б饫|的優(yōu)勢包括：（1）避免因小動(dòng)物噬咬或施工外破造成的尾纖或?qū)б饫|中斷；（2）避免導(dǎo)引光纜兩端上架造成的線路衰耗和可能的斷點(diǎn)（如導(dǎo)引光纜熔接至ODF成端造成的衰耗）；（3）出現(xiàn)線纜故障時(shí)，可直接在首尾兩端進(jìn)行尾纖更換，不需要重新布放尾纖或?qū)б饫|，節(jié)約了寶貴的故障搶修時(shí)間，提高了繼電保護(hù)通道的可靠率。

4.4 降低繼電保護(hù)信號(hào)傳輸中誤碼率的方法

在實(shí)際工作中，繼電保護(hù)通信傳輸所需的通信接口設(shè)備和SDH設(shè)備均放置在主控室，由-48 V直流電源進(jìn)行供電。變電站周圍的雷擊、設(shè)備放電及倒閘操作，通過電磁場空間輻射的方式干擾通信設(shè)備。多年的運(yùn)維經(jīng)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，各地區(qū)SDH設(shè)備接地做得較好，但通信接口設(shè)備的管轄權(quán)一直存在爭議，導(dǎo)致通信接口設(shè)備的接地易被忽略，致使通信誤碼率上升，影響通道的運(yùn)行質(zhì)量。針對(duì)這一問題，可采用屏蔽或絕緣良好的接地。具體地，通信接口設(shè)備的接地端應(yīng)接在截面積為100 mm2的接地銅牌上，并與SDH設(shè)備接入同一接地網(wǎng)；2 M線應(yīng)選用專用的同軸電纜，屏蔽層應(yīng)兩端接地[3]。

5 結(jié) 論

隨著光通信技術(shù)的飛速發(fā)展，通信技術(shù)在電力行業(yè)中的支撐作用愈發(fā)明顯。在各級(jí)設(shè)計(jì)人員和運(yùn)維人員的固有理念中，繼電保護(hù)通道的可靠性和經(jīng)濟(jì)性是不可兼得的重要指標(biāo)。通過選擇最有效合理的運(yùn)行方式，盡可能地將新技術(shù)運(yùn)用于實(shí)際工作，并建立統(tǒng)一完善的標(biāo)準(zhǔn)體系，確保光通信技術(shù)更好地應(yīng)用于電力生產(chǎn)，從而為電網(wǎng)的安全、穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行發(fā)揮更大的作用。