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继电保护光纤通信应用技术综述省检无锡分部常州工区苏正华摘要：随着通信技术的发展，以光纤为通道的继电保护得到日益广泛的应用。本文介绍了继电保护光纤通信技术应用的基本情况，着重讲述专用光纤通道和复用通道在继电保护领域的应用方式与特点。关键词：继电保护；专用通道；复用通道；通道故障；一、前言随着我国电网规模的不断扩大，电网结构日趋复杂，这对继电保护提出了更高的要求。当系统发生故障时，必须保证快速可靠切除故障，因此全线速动的纵联保护尤为重要。纵联保护的关键技术之一在于保护通道的应用，光纤作为继电保护的通道介质，具有传输容量大、频带宽、衰耗小、对地绝缘、抗干扰能力强等明显优势，且取材方便，配套设备技术成熟，已逐渐成为继电首选保护通信方式，目前220kV及以上电压等级的双重线路主保护通道基本都采用光纤加载波组合或光纤加光纤组合。二、光纤通道与继电保护配合的方式光纤保护通道按通道类型可以划分为专用光纤通道和复用通道2种。1专用通道方式需为保护敷设专用的独立光纤通道，每两根纤芯构成一个保护通道，在光纤通道中只传输继电保护信息。该方式下，线路两侧的保护装置直接通过光纤连接，中间不经任何复接设备。采用该方式的优点是传输环节少，系统构成简单，缺点是纤芯的利用率低，由于光发收功率和光纤衰耗的限制，连接站点的传输距离不宜过长，一旦出现光纤中断时，保护信号会全部中断，无替代传输路由。一般对于传输距离不大于100km[1]的线路，采用专用光纤方式。以500kV武南变——政平换流站500kV双线为例，线路保护为ABB公司的REL561，它与专用光纤通道构成允许式光纤电流差动保护，线路两侧每隔5ms交换一次三相电流相位及幅值等信息，并分别计算差动电流。为防止误动，差动出口跳闸回路采用四取三逻辑，即在连续进行的四次测量中，若有三次满足跳闸条件，方可跳闸[2]。其通道接线如图1。2复用通道方式即采用同步数字体系（synchronousDigitalhierarchy，SDH）光纤通信网络作载体传输保护信号的通信方式。该方式提高了纤芯的利用率，传输距离较远，迂回路由丰富。保护可采用同向64kbit/s速率编码数据链通信技术，在PCM终端内完成转接，或通过2Mbit/s通道方式由通信接口装置例如南瑞公司的MUX-2MC的2Mbit/s端口输出，通过同轴电缆与SDH相连，再经SDH光通信网络进行传输。以500kV武南变至茅山变500kV光纤纵差保护为例，其通道接线如图2。在复用方式的保护通道中，SDH光纤通信网是其中最复杂的部分。实际应用中的SDH光纤通信网以环网为基本组合，同步传输，且多设计有自愈功能[3]，即当发生通道故障时，保护在SDH通信系统中自动实现主通道与备用迂回通道之间的切换。目前对新上的一部分220kV、500kV继电保护关闭SDH自愈功能，而采取保护直接配置主备双通道固定路由，在该方式下，主备通道切换由继电保护装置自动完成或通过操作压板方式手动完成，通信设备不再负责主备通道的切换。3保护装置与光纤通信装置的连接方式。当采用专用光纤作保护通道时，保护装置具有光纤接口（若没有内置纤光接口则需单独配置外接光纤接口装置），保护与保护之间可通过光纤直接相连。当采用850nm波长的光纤设备与多模光纤配合使用时,具有经济性好，且易于实现的特点。但由于光纤衰耗比较大,传输距离一般不超过100km，所以在短线路上经常采用。对于PCM复用光纤通信，保护装置光纤接口通过尾纤与光电转换装置相连，再与通信PCM复用设备64kbps接口依照ITUG703规定信号格式，进行转换连接。由于光信号抗干扰能力强，可以用于变电站内保护室和通信室之间的连接。当采用2Mbit/s端口复用时，经通信接口装置（光电转换）2Mbit/s端口输出，通过同轴电缆与SDH相连。该2Mbit/s复用方式传送容量大、可靠度高，在新上220kV及以上微机保护中应用日益广泛[4]。目前国网新增500kV保护普遍采用双通道配置，其中A口采用专用光纤用作继电保护主通道，具有较高的通道可靠性；B口采用复用2M光纤通道用作备用通道，具有较强的灵活性。A口与B口通道之间可根据需要采用自动或人工方式进行通道切换，其连接示意如下：图3500保护装置与光纤双通道配置示意图光端机2（灵活性）光端机1（可靠性）线路保护2-B口线路保护2-A口线路保护1-B口线路保护1-A口三、光纤通道故障点分析及初步定位光纤保护使用专用光纤通道时，只包含有保护装置和线路光纤，出现的问题相对较少。在工程设计中，可将线路光纤从变电站的门型构架处与通信用光纤直接分开熔接，保护用光纤不进通信室，而是直接进继保小室，降低通道出现故障率。对于复用PCM或复用2M通道而言，由于传输中间环节增多，造成时延长，出现问题的概率也大得多。发生的通道故障主要包括：光纤线路中断、保护装置与尾纤连接不良、通信接口装置与尾纤连接不良、保护装置光卡损坏、通信接口装置内部故障、保护PCM装置故障等。而光纤保护通道在调试时或投入运行后出现通道报警故障，大多是由保护装置及其配置的接口设备问题所导致。由于继电保护配置的通道是建立在自愈型SDH光通信网络基础上，或是建立在主备双通道基础，此外目前线路保护、安稳装置都具有检测通道误码、中断的功能，因而能防止装置误动。实践表明[5]光纤通信设备故障和检修可能引起通道中断，但不会造成安全自动装置、继电保护装置误动。以2M光纤通道为例，若继电保护发通道故障信号，则可用光功率计测量光纤收发信号衰减度，以判断光纤通道自身完好性，其次，可分别在通道两侧SDH装置2M口、光配架、通信接口装置及保护装置处进行自环测试，则可初步判定故障点所在。四、继电保护通道故障案例分析及处理在继电保护故障中，通道故障较为常见，本文以配置RCS-931DMM和CSC-103A保护的500kV茅武5648线发生A通道故障为例，分析通道故障时的分析判断及简单处理。XX年XX月XX日，500kV武南变监控后台收到“RD24柜通道Ⅰ或通道Ⅱ造警”光字牌及告警简报信息。运行人员根据信息至RD24柜进行保护装置检查，现场检查RCS-931DMM装置“通道告警”信号灯（红色）亮起，进入保护装置“菜单选择——保护状态——通道状态”显示如下：1、主从机状态：主机通道A状态2、对侧通道A3、通道延时：46475μs4、自2010-12-26起失步次数：31192（注：该数字在不断攀升）5、误码总数：00143从“菜单选择——显示报告——其他报告”读取信息如下：报告030：XX年XX月XX日06:39:32通道A延时变化00443—46475按现场规程[2]，差动保护允许的通道的最大延时时间为12ms，一旦通道故障，测得的时间大于12ms，差动保护将被闭锁，但后备距离及零序保护仍可运行。运行人员应根据保护液晶显示屏显示确认哪个通道出现异常，立即至通讯机房检查保护通讯接口装置有无异常信号，若短时自动恢复，应做好记录并汇报调度，不必停用保护，但应加强监视。若无法恢复或短时间内频繁出现，应立即汇报调度，停用告警通道，取下“投通道x差动保护”压板。若两个通道都出现异常，无法恢复时需汇报调度和工区停用差动及远方跳闸保护，派员处理。从上述信息综合判断，500kV茅武5648线第一套分相电流差动保护A通道确实存在故障。运行人员立即赶至微波通讯机房进行检查，在“茅武5648线保护用通信接口柜”检查相应的MUX-2MC装置，发现MUX-2MC的告警、运行、电源指示灯均处于正常工作位置，无明显异常。由此，运行人员向网调汇报申请停用5648线931DMM装置的保护A通道，现场将5648线“投通道A差动保护”压板退出，并联系工区。在检修人员到现场后，运行人员将931DMM保护改信号（出口压板全部取下），由检修人员在同一通道线路两侧分别931DMM保护装置、MUX-2MC、2M同轴电缆配线架、SDH光端机处进行光纤通道自环检测，如下示意：图4为采取对侧931DMM保护装置①处用光纤跳线进行自环示意图，在本侧采用光功率计检测，其它②③④⑤处亦可进行自环，其中③④为2Mbit/s同轴电缆，其自环仅需将收发信砝兰对接即可。同理，亦可本侧自环，对侧检测，以确定通道故障点所在。检测结果定位通道故障点在线路本侧2M同轴电缆光配架上，更换配线架砝兰后，后台显示“通道故障复归”信号，保护装置显示“通道A异常恢复”，且相应的通道延时及误码均恢复正常。如前所述，一般通道故障多存在于保护光纤接口装置、通信接口装置、光端机及其配线架上，只要定位出故障点，一般通过更换板卡或接头即可消除缺陷，恢复保护通道正常运行。五、结论光纤保护是继电保护结合通信技术重要应用，光纤网络可以为继电保护提供高性能的通道硬件基础，同时，继电保护也对光纤通道技术提出了新的课题，如今在智能化变电站中也大量出现光PT、光CT，光缆也有逐步取代传统信号电缆的趋势，如何有效应用光纤通信技术为继电保护更好服务，这需要工程设计、运行、维护、通信、保护各专业之间的协调、沟通。总之，光纤通道在以后继电保护中的应用会越来越广泛，也会有许多新问题有待于我们去发现和解决。参考文献：[1]张鸿飞.光纤差动保护的通道选择及应用探讨[J].浙江电力.2010,7[2]李茹.500kV武南变电站现场运行规程[M]2011.1[3]李桥.光纤保护对复用通道技术的要求分折[J].电网技术.2008，12[4]毛婕.220kV线路保护通道配置的探讨[J].电力系统保护与控制.2010,4[5]古俊馥.继电保护通道选择分析[J].大众用电.2009.11