線路光纖差動保護通道中斷故障分析

趙康寧，曹 健，楊 松

(國網(wǎng)江蘇省電力有限公司檢修分公司，江蘇 南京 210000)

0 引言

隨著變電站數(shù)字化、智能化的迅速發(fā)展，光纖保護逐步替代高頻保護，光纖差動保護作為主保護在線路保護中已經(jīng)大規(guī)模應(yīng)用。現(xiàn)場運行情況表明，由于光纖通道故障所導(dǎo)致的保護通道中斷現(xiàn)象頻繁發(fā)生，嚴(yán)重威脅電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運行[1]。因此，對光纖保護的運行維護以及故障處理的速度要求非常高，是確保電網(wǎng)穩(wěn)定運行的關(guān)鍵。

1 光纖保護通道類型

線路光纖差動保護通道主要采用專用光纖通道方式和復(fù)用光纖通道方式兩種[2]。

專用光纖通道方式顧名思義兩側(cè)保護裝置以光纖芯直接連接，保護信號在光纖通道上傳輸，不通過通信設(shè)備。該方式通信距離一般在80 km以內(nèi)，中間環(huán)節(jié)少，可靠性能高且維護較為方便，但需占用專用光纜通道。

復(fù)用光纖通道方式則是采用數(shù)字PCM復(fù)接技術(shù)，采用現(xiàn)有光纖通道或者載波通道，對繼電保護信息進行傳輸[3]。保護裝置將光信號經(jīng)過光電轉(zhuǎn)換裝置轉(zhuǎn)換為電信號，再經(jīng)PCM通信設(shè)備連接至PDH/SDH復(fù)用設(shè)備，最后發(fā)送到對側(cè)，完成光電轉(zhuǎn)換的逆過程。該方式不需要額外敷設(shè)光纜，可延伸到網(wǎng)絡(luò)的每一個通信接點，傳輸距離極大提高。

整個光纖通道中，保護插件、光纖接口、裝置CPU、光纖、轉(zhuǎn)換裝置、2M線、通信設(shè)備任一環(huán)節(jié)故障均會引起通道告警。

2 故障經(jīng)過及處理過程

2.1 某500 kV保護專用光纖通道中斷

2019-07-06，轄區(qū)某500 kV變電站監(jiān)控后臺出現(xiàn)“玉坊5650線931保護通道A故障”報警信號，玉坊5650線第一套線路保護屏(PCS-931)主保護面板“通道A異常”及“報警”燈亮，報文顯示“縱聯(lián)通道A異常”，同時對側(cè)變電站也有相同告警。運維人員現(xiàn)場簡單檢查后即刻上報缺陷。保護人員接到檢修任務(wù)后迅速趕往現(xiàn)場，處理過程如下：

(1) 保護人員到達(dá)現(xiàn)場檢查發(fā)現(xiàn)，該套保護采用專用光纖通道，裝置告警信號持續(xù)發(fā)出，且無法復(fù)歸。詢問對側(cè)變電站保護人員之后，得知對側(cè)裝置告警同樣存在。

(2) 現(xiàn)場檢查發(fā)現(xiàn)光纖接口無松動顯現(xiàn)，尾纖無彎折現(xiàn)象，裝置電源無異常。測量光纖通道的收發(fā)功率，損耗均在正常范圍內(nèi)。隨即保護人員聯(lián)系運維人員向網(wǎng)調(diào)申請退出“玉坊5650線第一套線路主保護”，以進一步處理。

(3) 調(diào)度允許保護退出后，保護人員決定與對側(cè)配合進行通道自環(huán)，綜合判斷故障位置。首先將裝置本側(cè)/對側(cè)識別碼修改一致，然后用尾纖將TX1(光發(fā))和RX1(光收)短接(小自環(huán))，發(fā)現(xiàn)“通道A異常”未復(fù)歸，初步判斷為本側(cè)保護裝置故障。

(4) 同時采用FC/FC轉(zhuǎn)接頭將收芯與發(fā)芯短接(大自環(huán))，對側(cè)裝置通道告警消失，可以確定本側(cè)光纖至對側(cè)的通道無故障。

(5) 聯(lián)系對側(cè)保護人員進行同樣操作，本側(cè)裝置“通道A異常”仍然未復(fù)歸，基本可以鎖定故障發(fā)生在本側(cè)裝置。

(6) 現(xiàn)場更換新的NR1123M光口插件后，“通道A異常”消失，報警燈滅，觀察數(shù)小時，告警未出現(xiàn)，保護通道恢復(fù)正常。

2.2 某500 kV保護復(fù)用光纖通道中斷

2020-03-21，轄區(qū)某500 kV變電站監(jiān)控后臺間斷出現(xiàn)“蘇石5213線103保護通道A故障”報警信號，蘇石5213線第二套線路保護屏(CSC-103A)主保護面板“通道告警”燈亮，保護屏“A通道故障”燈閃爍，后臺報文頻繁發(fā)出，通道A狀態(tài)時斷時續(xù)。保護人員接到搶修任務(wù)后，即可趕往現(xiàn)場確認(rèn)故障，處理過程如下：

(1) 保護人員到達(dá)現(xiàn)場之后發(fā)現(xiàn)，該套保護采用復(fù)用光纖通道，通道狀態(tài)仍然時斷時續(xù)，保護裝置報文“通道A中斷”“通道A通信恢復(fù)”交替出現(xiàn)。保護人員通過查看裝置通道狀態(tài)發(fā)現(xiàn)，累計誤碼不斷變化，丟失幀數(shù)累計增加，聯(lián)系對側(cè)電廠確認(rèn)對側(cè)并無工作，且與本側(cè)狀況相同。

(2) 考慮到通道狀態(tài)時斷時續(xù)，保護人員懷疑是光纖回路接口接觸不良導(dǎo)致。仔細(xì)檢查光纖及2M線接口并無松動現(xiàn)象。用功率計測量發(fā)現(xiàn)光纖功率衰耗不大，排除光纖破損原因。現(xiàn)場輪流更換收發(fā)備用芯后，通道暫時恢復(fù)，但隨后又出現(xiàn)通道中斷。

(3) 保護人員即刻聯(lián)系運維人員向網(wǎng)調(diào)申請退出“蘇石5213線第二套線路主保護”。待調(diào)度許可操作后，繼續(xù)開展故障原因分析和故障點排查。

(4) 為確定站內(nèi)設(shè)備有無故障，保護人員決定采取自環(huán)檢查，逐步定位故障位置。自環(huán)試驗前將裝置本側(cè)/對側(cè)識別碼修改一致，縱差控制字中“通道環(huán)回試驗”設(shè)置為“1”。接著在接口裝置背板處將“環(huán)回選擇”撥碼打到運行自環(huán)位置。自環(huán)后，“通道告警”信號未復(fù)歸，累計誤碼仍在增加。

(5) 在接口裝置背板采用FC/FC轉(zhuǎn)接頭將光發(fā)送芯與光接收芯短接，保護裝置報文顯示“通道A通信恢復(fù)”，同時“A通道故障”燈滅。基本判定故障點在CSC-186B通信接口裝置。

(6) 現(xiàn)場更換通信接口裝置備品后，將保護裝置恢復(fù)到初始設(shè)置，通道告警消失，觀察數(shù)小時，告警未出現(xiàn)，保護裝置通道恢復(fù)正常。接口裝置經(jīng)返廠測試后確認(rèn)已損壞。

3 故障處理方法

3.1 典型方法

針對兩起500 kV線路光纖通道中斷故障案例，檢修人員進入現(xiàn)場處理方法可整理歸納為：

(1) 檢查現(xiàn)場故障情況。進入現(xiàn)場，首先要了解故障發(fā)生時間與發(fā)展情況，然后檢查裝置是否失電，通道告警有無持續(xù)發(fā)生，通道誤碼率是否持續(xù)增加，明確故障現(xiàn)象。

(2) 與對側(cè)變電站溝通。及時與對側(cè)變電站聯(lián)系，詢問對側(cè)是否存在異常情況，同時確定對側(cè)變電站是否有工作正在進行，便于檢修人員盡早確認(rèn)故障點。

(3) 檢查站內(nèi)光纖回路。認(rèn)真檢查裝置背后的光纖有無明顯彎折、尾纖頭臟[3]，光纖接口有無松動，如有上述現(xiàn)象可捋直、擰緊加固后觀察通道告警是否消失。

(4) 光纖通道功率測量。使用光功率計測量光纖功率，判斷光纖通道衰耗是否滿足技術(shù)要求[5]。若更換備用芯后，通道恢復(fù)正常，即可判定為光纖回路故障導(dǎo)致，一旦故障排除，便可避免停退保護。

(5) 自環(huán)試驗。申請退出保護后，逐步開展自環(huán)試驗，如果自環(huán)不成功，則可確定本側(cè)裝置存在故障；如果自環(huán)成功，則可排除本側(cè)裝置，同時聯(lián)系對側(cè)開展自環(huán)試驗，綜合判斷對側(cè)裝置或者通道是否異常。

3.2 自環(huán)測試新思路

(1) 專用通道自環(huán)試驗，如圖1所示，通過尾纖將保護裝置光發(fā)和光收端口①處短接，若“通道異常”信號消失，則證明保護裝置無異常。現(xiàn)場可采用FC/FC轉(zhuǎn)接頭將收芯與發(fā)芯②處短接，若保護裝置“通道異常”信號復(fù)歸，則證明整個通道的光纖和保護裝置均無異常；相反，即可綜合確定故障位置。

圖1 專用通道自環(huán)測試位置

(2) 復(fù)用通道自環(huán)試驗，如圖2所示，通常復(fù)用方式采取逐級縮小范圍的方式自環(huán)。若接口裝置⑤處撥碼自環(huán)告警消失即可排除本側(cè)裝置故障；若接口裝置③、④處尾纖自環(huán)告警消失，即可確定保護裝置與站內(nèi)光纖無異常；若保護背板①、②處光纖自環(huán)告警消失，則可確定本側(cè)裝置無異常。

圖2 復(fù)用通道自環(huán)測試位置

實際運行中，檢修人員發(fā)現(xiàn)2M線松動或損壞也會導(dǎo)致保護通道中斷，提出在⑥、⑦處通過2M短接線自環(huán)，以及在⑧、⑨處數(shù)字配線屏連接器自環(huán)，可綜合判斷接口裝置至數(shù)字配線屏之間的2M電纜是否異常，同時也可判斷本側(cè)接口裝置與對側(cè)保護裝置是否正常，進一步準(zhǔn)確鎖定故障位置。

4 結(jié)束語

結(jié)合兩起500 kV線路保護通道中斷現(xiàn)場消缺的工作案例，詳細(xì)梳理了處理過程，總結(jié)了常見的光纖通道故障排查的處理經(jīng)驗。同時提出新的自環(huán)思路，便于檢修現(xiàn)場快速準(zhǔn)確鎖定故障位置，為繼電保護人員處理類似缺陷提供參考，便于提升現(xiàn)場工作效率。