王慧芳

（國網(wǎng)山西信通公司，山西 太原 030001）

0 引言

繼電保護裝置是電力系統(tǒng)的第一道防線，在電網(wǎng)出現(xiàn)異常時能夠快速切除故障元件，保證電網(wǎng)無故障部分正常運行[1-2]。自2020年起，國網(wǎng)山西省電力公司對全省線路繼電保護裝置開展了A/B口改造，以替代原有的單口保護裝置。與此同時，通信專業(yè)根據(jù)國網(wǎng)及華北電網(wǎng)的相關文件要求，同步進行保護通道“三路由”改造，以提高保護通信業(yè)務的可靠性和安全性，并要求新投運的保護裝置具備A/B口主備通道切換功能。因此，開展對新型保護通道的性能分析和配置優(yōu)化研究非常必要。

1 山西電網(wǎng)線路保護通道現(xiàn)狀

截至2020年底，山西省調管轄的220 kV及以上輸電線路共779條，繼電保護裝置共1 558套。根據(jù)電網(wǎng)運行要求，1條線路需要配置2套保護裝置，每套保護裝置需要開通2條通信通道，每套保護裝置配置的2條通信通道統(tǒng)稱為1條保護業(yè)務。目前省內(nèi)絕大多數(shù)保護業(yè)務都采用“纖芯+纖芯”“2 Mbit/s+2 Mbit/s”和“纖芯+2 Mbit/s”3種方式中的一種進行通道組織，以保證每套保護裝置的2條通信通道滿足“雙光纜、雙設備、雙電源”[3]的基本配置要求。

1.1 “纖芯+纖芯”保護通道配置方式

“纖芯+纖芯”保護通道配置方式中，線路兩端保護裝置通過2條不同的光纜進行直接通信，主備通道滿足“雙路由”設置要求。通道中間沒有任何中繼設備，可在最大程度上減少故障點，使故障定位和故障點排查更加迅速準確。該方式的不足之處為：對光纜纖芯資源的需求較大，光纜利用率較低；光纜一旦出現(xiàn)纖芯衰耗過大或中斷故障，只有通過更換質量好的纖芯才能完成故障排除；只能用于傳輸距離較短的線路。

1.2 “2 Mbit/s+2 Mbit/s”保護通道配置方式

“2 Mbit/s+2 Mbit/s”保護通道配置方式中，線路兩端保護裝置通過2條2 Mbit/s復用通道的方式進行通信，而且主備用通道從光纜層面也要雙路由設置。該方式只需1個2 Mbit/s通道便可實現(xiàn)保護數(shù)據(jù)傳輸，占用網(wǎng)絡資源較少。該方式盡管具有網(wǎng)絡資源利用率高和配置靈活的優(yōu)點，但由于裝置接口是光口[4]，2臺保護裝置之間與通信相關的設備較多，故障點排查和定位難度大大增強。

1.3 “纖芯+2 Mbit/s”保護通道配置方式

“纖芯+2 Mbit/s”保護通道配置方式中，線路2套保護裝置分別采用纖芯和2 Mbit/s復用的方式進行通信，在網(wǎng)絡資源占用和故障處置難度兩者之間進行了平衡。因此，“纖芯+2 Mbit/s”保護通道配置方式既具有適當?shù)木W(wǎng)絡資源利用率，也具有故障定位和處理的便捷性，但該方式有也些不足。

2 “雙裝置/雙接口、三路由”保護通道配置方式

2.1 新的保護通道配置原則

根據(jù)國家電網(wǎng)公司《線路保護和安全自動裝置光纖通道典型方式安排》要求，220 kV及以上線路保護應采用雙重化配置，每套線路保護裝置應具備A、B通信接口。如條件允許，保護裝置應配置3條獨立的通信通道，稱之為“雙裝置/雙接口、三路由”。隨著保護裝置A/B口改造，2 Mbit/s通道切換裝置會逐步退役，通道故障點進一步減少，通道可靠性明顯提高。

圖1給出了“雙裝置/雙接口、三路由”新型保護通道組織示意圖。該保護通道配置方式采用“一二、一三”通信通道配置方式?！耙?、二、三”通道之間滿足兩兩相互獨立要求，但選擇全網(wǎng)最優(yōu)組合仍面臨較大技術挑戰(zhàn)。

圖1 “雙裝置/雙接口、三路由”示意圖

根據(jù)電力通信網(wǎng)的實際情況，500 kV站點可能配置2套及以上設備（含省網(wǎng)、華北網(wǎng)設備），“一、二、一、三”通道配置方式有可能全部使用2 Mbit/s復用通道，并利用華北網(wǎng)和省網(wǎng)共同承載保護業(yè)務。然而，220 kV站點只要求配置2套省網(wǎng)設備，如果通過三級網(wǎng)承載，則不可能實現(xiàn)4條路徑均為2 Mbit/s復用通道的需求。圖2為A、B 2個站之間僅有1條直達光纜線路圖。考慮到通道配置的統(tǒng)一性，本文重點分析圖2中A、B 2個站僅配置2套不同設備的情況。

圖2 A、B 2個站之間僅有1條直達光纜

2.2 站之間僅有1條直達光纜

在圖2中，當A、B 2個站之間僅有1條直達光纜時，A、B間線路保護需滿足以下條件才可能具備三路由：A、B間可通過2條及以上的迂回路徑互通，且迂回路徑與直達光纜無重疊。如圖1a所示，A、B 2個站間僅有1條直達光纜，但保護通道可通過C、D、E站點迂回，從而實現(xiàn)三路由配置。此時，“一、二、一、三”路由為“光纜專纖、2 Mbit/s迂回1、光纜專纖、2 Mbit/s迂回2”，此配置模式記為P0。

與此相反，圖2b中的A、B 2個站間也有1條直達光纜，但僅存在1條分離的迂回路徑，難以找出3條不同的路由，不能實現(xiàn)“三路由”通道配置方式。

2.3 站之間有2條直達光纜

當A、B 2個站之間有2條直達光纜時，“三路由”通道配置方式至少還需要一條迂回路徑，且要求迂回路徑與直達光纜無重疊。通常2個站點之間最多有2條直達光纜。A、B兩站間線路保護可以分別采用這2條直達光纜作為2條專纖通道，也可以采用2 Mbit/s直達和2 Mbit/s迂回通道作為其他路由。很明顯，2個站點之間有2條直達光纜，可以顯著提高保護通道配置的靈活性。

綜合考慮2個站點之間的直達光纜數(shù)量，保護裝置A/B口改造后保護通道的所有配置情況如表1所示。

表1給出了A、B 2個站點之間線路保護通道滿足“三路由”原則的通道配置方案。其中，P0表示A、B 2個站點之間僅有1條直達光纜的通道配置情況；P1至P5表示站間有2條直達光纜的通道配置情況。表1中光纜1和光纜2不區(qū)分順序，可互換。各種配置模式的特點如下。

表1 保護裝置A/B口改造后保護通道配置情況

配置模式P1：采用了纖芯直達的通道，故障點最少，運維最方便，適用于2個站點之間纖芯充足的情況。配置模式P2：相比P1節(jié)約了纖芯資源，適用于2個站點之間纖芯資源相對充足，但還需合理規(guī)劃使用的情況。配置模式P3：相比P1、P2均節(jié)約了纖芯資源，但主用通道相比備用通道增加了傳輸設備、光電轉換裝置、數(shù)配和光配等環(huán)節(jié)，運行故障風險增加，適用于2個站點之間纖芯資源緊張的情況。配置模式P4：不僅占用的纖芯資源最多，還使得主用通道運行風險高于P3，一般不使用這種配置模式。配置模式P5：最節(jié)約纖芯資源，但主用通道的運行風險也最高，一般不使用這種配置模式。

綜合考慮安全性和光纜纖芯資源的利用，配置模式以P2為最佳，P1次之。當光纜纖芯資源緊張時，線路保護可考慮P3配置模式。配置模式P4和P5在工程應用中最為少見。

3 典型應用場景分析

表1給出的保護通道配置模式及其特點，可為新站開通、舊站改造等線路保護通道“三路由”配置提供高效的決策參考。為驗證配置模式分類的正確性，選取常見的場景進行實際應用分析。

3.1 新建站點

新建站點通常分為2種情況，一是通過某個已有站點直連并網(wǎng)；二是利用已有光纜π接新站。新建站點連接方式如圖3所示。

圖3 新建站點的入網(wǎng)場景

在圖3a中，新建站點A并網(wǎng)后成為末端站點。A、B站點之間除新建光纜外無迂回路徑，A、B線路保護無法實現(xiàn)“三路由”保護通道配置。在圖3b中，新建站點A通過B、C雙回光纜π接入網(wǎng)。這樣，站點A、B和A、C之間均有2條直達光纜，如果站點B、C間還有其他路徑可達，那么A、B間可通過C形成一條迂回路徑。因此，此類場景可實現(xiàn)“三路由”配置，并且優(yōu)先選用配置模式P2進行通道配置。同理，AC線路保護也可實現(xiàn)“三路由”配置。在圖3c中，新建站點A通過B、C單回光纜π接入網(wǎng)，A、B和A、C間均有1條直達光纜及1條迂回光纜。但是，A為新建站點，沒有其他分離路徑可以與站點B或C接通，所以無法實現(xiàn)“三路由”配置。

可以看出，新建站點需要全面考慮現(xiàn)有網(wǎng)絡資源的分配情況，合理規(guī)劃入網(wǎng)方式，才能實現(xiàn)“三路由”保護通道配置，否則，可能存在“三路由”保護通道無法實現(xiàn)的可能。

3.2 舊站改造

根據(jù)山西電網(wǎng)線路保護通道現(xiàn)狀，針對舊站間的3種保護通道配置方式，本文結合圖4的網(wǎng)絡實例，分析各種配置方式的特點。

a）“纖芯+纖芯”方式。該方式代表原有A、B站點間2條直達光纜，只需再有1條迂回路徑即可完成“三路由”配置。因此，改造難度最小，宜采用配置模式P2進行改造。以圖4中的代寧I、II線為例，原有保護方式為“纖芯+纖芯”，代縣和寧遠間有2條直達光纜，且可通過安榮、原平迂回，因此可配置“三路由”方式，宜采用配置模式P2進行改造。

b）“纖芯+2 Mbit/s”方式。針對這種方式，如原有A、B站點間有2條直達光纜，則只需再有1條迂回路徑即可完成“三路由”配置，采用配置模式P2進行改造較為合理。如原有A、B站點間只有1條直達光纜，則需再有2條迂回路徑才能完成“三路由”配置，采用配置模式P0進行改造。以圖4中的泉靈II線為例，原有保護方式為“纖芯+2 Mbit/s”，壺泉和靈丘間僅1條直達光纜，可通過渾源、平城迂回，但再無其他路徑可達，無法實現(xiàn)“三路由”改造。

圖4 舊站改造實例示意圖

c）“2 Mbit/s+2 Mbit/s”方式。現(xiàn)有通信網(wǎng)中的“2 Mbit/s+2 Mbit/s”方式改造難度最大。通常原有A、B站點間僅有1條直達光纜，需考慮舊光纜是否還有纖芯余量的問題，同時還需要額外2條迂回路徑。以圖4的陽昔線為例，原有保護方式為“2 Mbit/s+2 Mbit/s”，陽昔線僅有1根光纜，昔陽處于單鏈“昔陽—斯能風電場—蓮花山風電場”之中，昔陽—陽光電廠僅有1條迂回路徑，可通過黃巖。因此，保護通道無法改造為“三路由”配置方式。

4 結束語

截至目前，國網(wǎng)山西省電力公司220 kV輸電線路保護業(yè)務的配置情況為：A/B口12條，單口1 546條。其中，單口配置1+1 2 Mbit/s切換裝置的保護業(yè)務數(shù)量864條，其余為光纖直達。完成“三路由”改造的數(shù)量僅1條，2 Mbit/s切換裝置尚無退運?？梢钥闯?，保護裝置A/B口改造和三路由改造任務仍然艱巨。