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)字微波信號發(fā)展到了光纖通道。相對于電力載波通道和數(shù)字微波信號易受氣候變化（如風(fēng)、霜、雨、雪、雷電等）影響而導(dǎo)致信號質(zhì)量不穩(wěn)定的特點，光纖通道具有較強的抗干擾能力、傳輸頻帶寬及衰耗小的特點，已成為繼電保護物理傳輸通道的首選，廣泛應(yīng)用于實際工作[1]。

2 光纖通道在繼電保護系統(tǒng)中的應(yīng)用方式

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

2.1 專用纖芯保護通道

專用纖芯保護通道是目前運行可靠率最高、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設(shè)備，避免復(fù)用光纖通道多次進行光電轉(zhuǎn)換和引發(fā)設(shè)備故障的風(fēng)險，如圖1所示。

圖1 專用纖芯保護通道傳輸示意圖

2.2 光纖復(fù)用保護通道

為提高光纖使用利用率，繼電保護信號可復(fù)用在SDH的幀結(jié)構(gòu)中進行傳輸，即光纖復(fù)用保護通道。光纖復(fù)用保護信號傳輸速率有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)用保護通道傳輸示意圖

圖3 64 kb/s復(fù)用保護通道傳輸示意圖

根據(jù)圖2和圖3可知，64 kb/s的復(fù)用保護通道傳輸方式速率低于2 Mb/s復(fù)用保護通道傳輸方式，且在兩端多增加了2臺PCM和相關(guān)的連接線，給通道造成了額外可能的故障點。因此，實際工作中，光纖復(fù)用保護通道選擇2 Mb/s的傳輸速率[2]?！逗彪娋W(wǎng)繼電保護復(fù)用通道技術(shù)及管理規(guī)定》中明確，光纖復(fù)用保護通道應(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

繼電保護通道傳輸方式選擇時應(yīng)兼顧可靠率和經(jīng)濟性。SDH環(huán)網(wǎng)自愈環(huán)功能可更好地提高通道運行的保障率，但在實際工作中不允許在繼電保護通道傳輸中使用自愈功能?！秶译娋W(wǎng)公司十八項電網(wǎng)重大反事故措施》第16.2.1.5條規(guī)定：線路縱聯(lián)保護使用復(fù)用接口設(shè)備傳輸允許命令信號時，不應(yīng)帶有附加延時展寬。

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

若將自愈功能應(yīng)用于光纖保護通道，為保證信號倒換前后的時延均滿足要求，需測試通道的傳輸時延和光纜發(fā)生故障倒換至保護路由全過程的時延，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)果均滿足時延要求，才能斷定光纖網(wǎng)絡(luò)傳輸時延滿足要求。

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

4 光纖保護在實際應(yīng)用中的思考與探究

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

4.1 最能兼顧可靠性與經(jīng)濟性的傳輸方式

《國家電網(wǎng)公司十八項電網(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和同一系統(tǒng)的有主/備關(guān)系的兩套安全自動裝置通道，應(yīng)分別由兩套獨立的通信傳輸設(shè)備提供，并分別由兩套獨立的通信電源供電。重要線路和安全自動裝置應(yīng)具備兩套獨立的路由，滿足“雙設(shè)備、雙路由、雙電源”的要求。專用纖芯保護通道可靠率高但纖芯利用率低，而復(fù)用保護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通道方式的選擇上，應(yīng)一套采用專用纖芯保護通道，另一套采用復(fù)用保護通道。這樣既保障了通道運行的可靠率，又兼具了纖芯的利用率和經(jīng)濟性。

4.2 光切換技術(shù)能否應(yīng)用于繼電保護通道

隨著光通信技術(shù)的飛速發(fā)展，光切換技術(shù)在實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、運行可靠率高和調(diào)配路由方便的特點。光開關(guān)一直處于熱備用狀態(tài)，對一般業(yè)務(wù)基本做到不中斷通信。光切換設(shè)備能實時監(jiān)控光功率，避免光端機的誤告警，確保切換的有效性。特定情況下，僅程序操作就能實現(xiàn)主/備通道的自由切換，為實際運行節(jié)約了大量人力和物力。繼電保護通信通道應(yīng)用光切換技術(shù)后的模型如圖4所示。

圖4 繼電保護通道使用光切設(shè)備后的模型

經(jīng)計算與分析，光切設(shè)備不能應(yīng)用于繼電保護通信通道有兩個原因。第一，光切設(shè)備的光開關(guān)雖然處于熱備用狀態(tài)時的切換速度不超過5 ms，加上整個切換時間不超過20 ms，但仍不能滿足繼電保護通道的時延要求和一致性要求。《繼電保護和安全自動裝置技術(shù)規(guī)程》規(guī)定，對用于各類裝置的數(shù)字式通道時延的要求為線路縱聯(lián)或方向保護小于10 ms。第二，采用光切設(shè)備后，若采用一套繼電保護系統(tǒng)，一旦光切設(shè)備或繼電保護設(shè)備發(fā)生故障，則被保護對象將失去保護，不滿足《國家電網(wǎng)公司十八項電網(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系統(tǒng)，雖然提高了通道運行的可靠率，但是造成了光纜纖芯資源的浪費，不滿足經(jīng)濟性的原則。

4.3 降低繼電保護通道連接線故障率的方法

由圖1和圖2可知，繼電保護設(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）或尾纖（距離較近）連接的。實際工作中發(fā)現(xiàn)，導(dǎo)引光纜護套較軟，極易外破，給通道的穩(wěn)定運行帶來了安全隱患，且尾纖易被小動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，輔以堅固絕緣的表皮進行防護。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（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，可直接在首尾兩端進行尾纖更換，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間，提高了繼電保護通道的可靠率。

4.4 降低繼電保護信號傳輸中誤碼率的方法

在實際工作中，繼電保護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。多年的運維經(jīng)驗發(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，影響通道的運行質(zhì)量。針對這一問題，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。在各級設(shè)計人員和運維人員的固有理念中，繼電保護通道的可靠性和經(jīng)濟性是不可兼得的重要指標。通過選擇最有效合理的運行方式，盡可能地將新技術(shù)運用于實際工作，并建立統(tǒng)一完善的標準體系，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)濟運行發(fā)揮更大的作用。