南方电网sdh 光纤通信环网继电保护通道分析

第1卷第2期/Vol.1No.2南方电网技术研究与分析/pp.36-522007年12月/Dec.2007SOUTHERNPOWERSYSTEMTECHNOLOGYResearch&Analysis文章编号：1674-0629(2007)02-0043-06中图分类号：TM77,TN91文献标志码：B南方电网SDH光纤通信环网继电保护通道分析高鹏1，陈新南1，陆明1，金华锋2（1．中国南方电网电力调度通信中心，广州510623；2.南瑞继保电气有限公司，南京211100）AnalysisonRelayProtectionChannelofSDHOpticalNetworkinChinaSouthernPowerGridGAOPeng1,CHENXin-nan1，LUMing1,JINHua-feng2(1.CSGDispatchingandCommunicationCenter,Guangzhou,Guangdong510623,China;2.NanjingNari-RelaysElectricCo.,Ltd.,Nanjing211100,China)Abstract:BasedonstatusquoofSDHopticalcommunicationnetworkinCSG,theprotectiverelaychannelswitchingmannerisanalyzed.Throughtheexperimentofdouble-directionswitchingintwopiecesoffiber,thetime-delaycharacteristicsofdouble-directionchannelswitchinginallrunningmannersisdiscussed.Itispointedoutthatdouble-directionchannelswitchcannotbeappliedtolinedifferentialprotectionwhileitshouldbesingledouble-channelinsteadtoimproveprotectionreliability.Keywords:SDH;opticalfibrecommunication;relayprotection;timedelay摘要：依据南方电网SDH光纤通信环网的现状对继电保护通道倒换方式进行了研究。通过两纤双向通道倒换试验，研究了双向通道倒换环在各种运行情况下的时延特点，指出了线路纵差保护通信通道不能采用双向通道倒换环，应采用独立双通道的方式来提高保护的可靠性。关键词：SDH；光纤通信；继电保护；时延继电保护业务是电力通信最重要的业务之一，继电保护对通信通道主要有两个方面的要求。一方面是可靠性方面的要求。通道要准确无误地传送承载的业务，不能因为误码或其他原因造成业务频繁中断、影响继保、安自的可靠性。另一方面是对通道时延方面的要求。一是时延时间长度的要求，时延过长会影响继保、安自的动作速度，通道时延对动作速度的影响至少是累加的，对某些线路纵差保护的影响甚至是两倍的累加；二是时延一致性的要求，现有的所有线路纵差保护都要求通道双向时延一致，时延不一致会影响两侧线路纵差保护装置之间的同步，造成计算得到的差流同实际差流不同，从而影响保护的安全性。目前南方电网SDH光纤通信环网的自愈方式、环保护方式能否满足线路纵差保护通道的需求，需要进行进一步的研究。1线路纵差保护对通信通道的要求线路纵差保护要求：“通道双向路由必须一致”，这是差动计算、保护动作正确与否的关键。目前，实用的线路纵差保护采用的同步方法有：采样时刻调整法、采样数据修正法、时钟校正法，统称为基于数据通道的同步方法，特点是都要求通道双向时延相等。典型的采样时刻调整法分两步：先测通道时延，再根据通道时延，由从机测定两侧装置采样时刻的误差，从而调整从机的采样脉冲来实现采样同步。如图1示，设一侧装置为主机，另一侧为从机。(1)从机上电后，向主机发送一帧测定通道时延的报文，同时以本侧装置的相对时钟为基准记录南方电网技术2007年第1卷44报文发送时刻tss；图1测通道延时Fig.1MeasuretheTime-DelayofChannel(2)主机收到该报文后，以本侧装置的相对时钟为基准，记录该报文接收时刻tmr，等到下一个定时发送时刻tms，向从机回应一帧通道时延测试报文，同时将tms-tmr作为报文内容；(3)从机在tsr时刻收到主机的通道时延测试报文，并得到tms-tmr，由此可以计算得到通道时延：()()srssmsmr2dttttT−−−=（1）式（1）对于得到通道时延的前提条件是：通道收、发双向时延相等。图2采样同步Fig.2SynchronousSampling如图1，测定通道时延后，假设在一段时间内通道时延Td是固定不变的。主机以装置内部时钟为基准，按固定间隔TSM进行采样，同时向从机发送电流报文。从机收到主机发送的电流报文，根据通道时延可以得到主机在什么时刻采样，同时根据本侧电流采样时刻，得到两侧装置采样时刻的误差。如图2，此时从机采样时刻超前于主机采样时刻sTΔ，从机调整下一个采样间隔SSSMTT，使得sTΔ→0。当sTξΔ时，可以认为两侧装置实现了同步采样。如果双向通道时延不相等，设从机向主机发送方向通道时延为Td1，主机向从机发送方向通道时延为Td2，根据式（2）测定的通道时延：d1d2d2TTT+=（2）两个方向实际通道时延和测定的通道时延的误差为：d1d2d2TTT−Δ=（3）对应图3的两侧装置采样时刻的误差sdTTΔ=Δ。正常运行或区外故障时，若不考虑电容电流，由于两侧通道时延不一致而得到的差动电流：dcdL×2sin2TIIωΔ⎛⎞=⎜⎟⎝⎠（4）其中IL为线路穿越电流。若制动电流为zdL×2IkI=，其中k为制动系数，如果满足d2arcsinTkωΔ（5）两侧装置启动后，线路纵差保护就可能误动。通道双向时延不一致即使没有到引起线路纵差保护误动的程度，但可以反映为差流异常。保护装置可以利用这一特点作为通道时延监视手段。目前实用的线路纵差保护均采用基于数据通道的同步方法。线路纵差保护如果采用基于数据通道的同步方法，通道时延的双向一致性是保证两侧保护装置采样同步的前提。2通道倒换方式的理论分析南方电网采用的是双向通道倒换环。从线路纵差保护要求通道双向路由一致的角度出发，需要研究在主用通道故障导致业务主用通道向备用通道切换，以及故障恢复后业务备用通道向主用通道切换过程中，双向通道路由的变化规律，为线路纵差保护是否可以采用通信网络的自愈功能提供依据。通道倒换环采用“首端桥接，末端倒换”结构，业务信号和保护信号分别由光纤S1和P1携带，首段的信号同时馈入S1和P1。如图3(a)所示，正常情况下，末端只接收S1上的信号。当S1中某一结点间光缆被切断时，如图3(b)所示，末端进行通道倒换，改成接收P1上的信号，从而使业务信号不会丢失，保持正常通信。故障排除后，倒换开关返回原来位置。对于通道倒换环，业务量的保护是以第2期高鹏，等：南方电网SDH光纤通信环网继电保护通道分析45通道为基础的，倒换与否按离开环的每一个通道信号质量的优劣而定，通常利用简单的通道AIS（alarmindicationsignal）信号来决定是否应该倒换。DBS1/P2S2/P1S2/P1S1/P2CAACAACCAC(a)DBS1/P2S2/P1S2/P1S1/P2CAACAACCAC(b)图3两纤双向通道倒换环Fig.3Double-DirectionSwitchinginTwoPiecesofFiber对于双向通道倒换环，正常情况下通道双向路由能保持一致，双向时延应基本相等；单纤中断会造成通道双向路由不一致；故障恢复后，有的设备经过一定的时延后能恢复到初始状态，有的设备可能无法自动恢复，导致通道双向时延不一致，不能满足线路纵差保护对通道双向时延一致性的要求。3通道倒换方式的实验研究试验的目的是研究南方电网两纤双向通道倒换环在通道正常、通道故障及恢复过程中能否保证通道双向延时的一致性，验证用于线路纵联差动保护的复用通道是否能够采用网络的自愈功能。3.1实验设备逻辑分析仪监视的内容主要有五项，其中：TX1，TX2分别为M、N侧保护装置发送的HDLC报文；RX1，RX2分别为M、N侧保护装置接收的HDLC报文；CdOff为差动退出标志。通道正常情况下，RX1应该是TX2经N→M方向通道延时后的信号，如图中以M2为起始点的RX1的一帧报文，即是以M1为起始点的TX2的报文经1.490ms延时后的报文，由此可以测出当前N→M方向的通道延时为1.490ms。同样，在T时刻RX2报文发生错误，此时N侧差动保护瞬时退出。表1实验设备Tab.1ListofTestEquipments设备名称型号数量功能保护装置RCS-931A2套1.通道正常运行及切换过程中需要考核的对象；2.在通道切换过程中作为信号源。数字复接接口装置MUX-642套保护装置RCS-931AMM2套1.采用两个2M通道的线路纵差保护，考核无自愈功能的双通道在各种通道运行工况下纵差保护的运行情况2.有自愈功能的单通道在各种运行工况下纵差保护的运行情况数字复接接口装置MUX-2M4套逻辑分析仪AgilentLogicAnalyzer16901台1.测通道单向延时；2.记录通道切换过程中延时的变化3.2试验项目试验通道如图4所示，试验装置安装于总调机房。由总调—北郊—罗洞1—罗洞2—总调构成试验小环，全长131.5km；由总调—北郊—罗洞1—怀集—贺州……青岩……肇庆—罗洞2—总调构成试验大环，全长2424.3km。通道采用1+1线路保护方式，两个系统在发端并发，收端根据所收到的信号正常与否决定从哪个系统取信号。怀集……肇庆ATX1TX2RX2RX1罗洞1罗洞2大环小环K1K2北郊图4试验通道Fig.4TestChannel南方电网技术2007年第1卷46试验系统采用两套差动保护作为信号发送源，分别连接于TX1、TX2。装置每隔3.33ms发送一帧HDLC报文。报文速率为64kb/s，长度约为2.9ms，两帧报文间的空闲状态为1。用逻辑分析仪对RX1、TX1、RX2、TX2进行监视。因为PCM同向接口上的数据为256kb/s的双极性数据，报文内容同空闲状态难以区分，为了便于观察，将观察点设于保护装置串行控制器的收、发引脚上。试验项目如下：（1）单纤中断，不同方向延时的差别；a．断开罗洞1→罗洞2方向光纤；b．断开罗洞2→罗洞1方向光纤。（2）通过网管删除及恢复当路，观察自愈环网保护及恢复过程中，通道运行变化过程及双向通道延时一致性。a．设大环为主用通道，小环为保护通道，由网管手动断开大环B→C……V→B任一环节的电路，K1、K2点1+1保护动作，自动切换到保护通道。b．手动恢复主用通道，设保护通道经固定延时后，自动恢复到主用通道。c．设小环为主用通道，大环为备用通道，重复a、b。3.3实验结果3.3.1单纤中断，不同方向延时的差别设小环为主用通道，不同方向单纤中断后通道延时的测试结果如表2、表3所示。表2为断开罗洞1→罗洞2方向光纤后通道延时测试结果，表3为断开罗洞2→罗洞1方向光纤后通道延时测试结果。其中Td1表示TX1→RX2的延时；Td2表示TX2→RX1的延时；Td为装置测定的通道延时，应满足d1d2d2TTT+=；Icd为装置测定的差动电流，两侧装置加入1A的三相平衡电流，正常情况下装置显示的差流应该为0，但由于通道单方向断纤后，通信双向路由不一致，会造成两侧装置采样不同时，显示的差流应该满足式（4）。测试结果表明：单纤中断后，结果同理论分析的基本一致，双向通道倒换环在主用通道单纤中断后触发自愈环网的保护功能，会造成双向通信路由不一致，双向通道倒换环用于线路纵联差动保护后不能采用通道的自愈功能。表2断开罗洞1→罗洞2方向光纤后通道延时测试结果Tab.2TestResultoftheChannelTimeD