光纤差动保护原理介绍

光纤差动保护通信及保护原理简介南京南瑞继保电气公司金华锋Tel:025-52100584,13801584087Email:[e-mail]一．光纤差动保护二．高频方向、高频距离保护的通信构成三．FOX40、MUX64原理及注意事项目录光纤差动保护►采样同步►数据交换/通信构成►差动保护►2M与64K接口的区别►测通道延时Td主机从机tmrtmstsstsr2tmrtmstsstsrTdTd采样同步►从机采样时刻调整主机从机Td0Ts采样同步采样同步特点►通道双向延时相等是采样同步的前提；►一侧“主机方式”为1，另一侧必须为0，且“主机方式”设置同系统方式无关；►两侧装置采样同步与外接电气量无关，只要两侧装置通信正常，即能保证采样同步；►只有在装置上电或失步后，才需要测通道延时，测定延时后，装置不再需要传输时间信息；►从机时刻调整采样间隔，保证两侧装置采样时刻在允许的误差范围内；装置实时监测采样时刻误差，若超出范围，需退出差动保护，重新进行同步过程。光纤差动保护►采样同步►数据交换/通信构成通道方案码型变换时钟提取通道监视►保护原理►2M与64K接口的区别一专用光纤二复接PCM通道方案►一根光纤只用来传输一个方向的保护信息，不与其它任何信息复用。►一对光纤可用来传输（双向）一条线路两侧的保护信息。专用光纤专用光纤RCS-931RCS-931保护机房保护机房►保护信息按G.703同向接口形式，以64Kbit/s的速率复接到PCM交换机，和其它信息复用后一起传输。复接PCM复接PCMRCS-931MUX-64BPCM交换机RCS-931MUX-64BPCM交换机保护机房通信机房通信机房保护机房光纤差动保护►采样同步►数据交换/通信构成通道方案码型变换时钟提取通道监视►保护原理►2M与64K接口的区别通信接口的功能框图数据发送64Kb/s从SCC来码型变换光纤发送（主）光纤数据接收64Kb/s去SCC码型变换光纤接收（主）光纤时钟提取DPLL发时钟内部时钟64kHz晶振G.703码型变换比特序号7812345678164kbit/s数据第1~3步第4步第5步破坏点破坏点•第一步一个64kbit/s周期分成四个单位间隔•第二步二进制的“1”被编成四个比特的码组：1100第三步二进制的“0”被编成四个比特的码组：1010第四步通过交替变换相邻码组的极性，把二进制信号转换成三电平信号•第五步每第八组破坏了码组的极性交替。破坏的组对八比特组的最后一比特进行标志代码变换规则►第一步一个64kbit/s周期分成四个单位间隔►第二步二进制的“1”被编成四个比特的码组：1100►第三步二进制的“0”被编成四个比特的码组：1010►第四步通过交替变换相邻码组的极性，把二进制信号转换成三电平信号►第五步每第八组破坏了码组的极性交替。破坏的组对八比特组的最后一比特进行标志通信接口的功能框图数据发送64Kb/s从SCC来码型变换光纤发送（主）光纤数据接收64Kb/s去SCC码型变换光纤接收（主）光纤时钟提取DPLL发时钟内部时钟64kHz晶振“码型变换”模块完成码型变换的1~3步光纤差动保护►采样同步►数据交换/通信构成通道方案码型变换时钟方式通道监视►保护原理►2M与64K接口的区别►通过控制字“专用光纤”置“1”或清“0”来设置通信时钟；►采用专用光纤时，“专用光纤”置“1”，时钟方式采用“主－主”方式；►复接PCM方式时，“专用光纤”清“0”，时钟方式采用“从－从”方式；时钟方式发时钟收时钟RCS－900系列纵联差动保护～～发时钟收时钟RCS－900系列纵联差动保护～～内部时钟内部时钟64Kb/s内时钟(主─主)方式时钟方式发时钟收时钟RCS－900系列纵联差动保护～～内部时钟64Kb/s收～～发64Kb/s发时钟收时钟RCS－900系列纵联差动保护～～内部时钟64Kb/s收～～发64Kb/sPCM设备PCM设备图3.5.3外时钟(从─从)方式时钟方式►若通过64Kb/s同向接口复接PCM通信设备，必须采用外部时钟方式，即两侧装置的发送时钟工作在“从─从”方式。数据发送时钟和接收时钟为同一时钟源，均是从接收数据码流中提取，否则会产生周期性的滑码现象。若两侧采用SDH通信网络设备时，两侧的通信设备不必进行通信时钟设定。若两侧采用PDH准同步通信设备时，还得对两侧的PDH通信设备进行通信时钟设定。即把一侧的通信时钟设为主时钟（内时钟），另一侧通信时钟设为从时钟，否则会因为PDH的速率适配，而产生周期性的数据丢失（或重复）问题。时钟方式光纤差动保护►采样同步►数据交换/通信构成通道方案码型变换时钟方式通道监视►保护原理►2M与64K接口的区别通道监视►通道延时►失步次数►误码总数►报文异常数►报文间超时主机从机tmrtmstsstsr2tmrtmstsstsrTdTd通道延时►满足数据窗后，进而同步状态；►通道中断等原因、导致两侧采样失步（ΔTs超出范围），装置统计的“失步次数”＋1主机从机Td0Ts失步次数误码、报文异常数7E同步信息iaibicKgl1Kgl2Crc167E报文报文报文报文由于数据流的比特位在传输过程中发送错误•导致Crc16校验出错，”误码总数”＋1;•导致同步字节“7E”出错，“报文异常数”＋1；报文间超时报文空闲报文空闲报文…报文空闲dt1dt2…dtn同步时前后两报文间的时间间隔dtn应保持恒定，若Δdtn＞门槛，“报文间超时”＋1通道问题►通道中断►（随机的）误码/（周期性）滑码►目前的保护装置往往统计“误码率”，判断其是否超出门槛来决定是否报警►实际应用中即使有周期性的滑码，其“误码率”也不一定会超出门槛，装置是否可以根据“随机的”和“周期性”的差别来作为报警的另一判据？►由于装置判断“周期性”有难度，对于每一套装置是否由“网管”来进行监控？通道自环时时钟方式的设定RCS-931MUX-64BPCM交换机RCS-931MUX-64BPCM交换机保护机房通信机房通信机房保护机房方式1方式4方式3方式2方式1、2，“专用光纤”置“1”；方式3、4，“专用光纤”置“0”光纤差动保护►采样同步►数据交换/通信构成通道方案码型变换时钟方式►保护原理►2M与64K接口的区别保护原理►影响差动保护灵敏度的主要因素电容电流TA饱和或两侧TA不平衡TA断线或采样异常►电流差动继电器差动投入条件变化量相差动继电器稳态相差动继电器零序差动继电器电容电流补偿远跳、远传1、远传2►差动继电器特点CT断线差动压板投入满足差流方程启动对侧差动允许标志电压开放标志分相差动投入标志零序差动投入标志差动投入条件稳态差动差流高门槛变化量差动变化量差动0.75变化量制动5ms/0分相差动投入标志变化量差动稳态差动差流高门槛稳态差动Ⅰ段5ms/0稳态差动0.75稳态制动分相差动投入标志稳态差动Ⅰ段稳态差动差流低门槛稳态差动Ⅱ段40ms/0稳态差动0.75稳态制动分相差动投入标志稳态差动Ⅱ段零序差动零序启动电流零序差动100ms/0零序差动0.75零序制动零序差动投入标志分相差动K0*分相制动分相差动1.5Ic或0.6Ic作为选相元件零序差动电容电流补偿条件“容抗整定和实际系统不相符合”判据：NCDNCDCDIIIXcUXcUIIXcU1.01.011*75.01*75.0或且或其中Icd为正常情况下的实测差流，即实际的电容电流；1.实测电容电流和经XC1计算得到的电容电流具有可比性（至少有一个＞0.1In），并且较大的0.75倍＞较小值，可认为“容抗整定和实际系统不相符合”。2.当实测电容电流和经XC1计算得到的电容电流都小于0.1In时，认为两者不具备可比性，不再判别容抗整定是否同实际系统相符。电容电流补偿条件投入电容电流补偿的必要条件为：“容抗整定和实际系统相符合”NCDNIIIXcU1.01.01或。零序差动试验►通道自环►抬高差动电流高定值、差动电流低定值►整定Xc1，使得U/Xc10.1In►加三相，满足补偿条件►增加单相电流，使得零序电流＞零序启动电流►零序差动动作，动作时间为120ms左右oXcUI901oXcUIU901,oXcUIU9012,远跳、远传1、远传2►保护装置采样得到远跳开入为高电平时，经过专门的互补校验处理，作为开关量，连同电流采样数据及CRC校验码等，打包为完整的一帧信息，通过数字通道，传送给对侧保护装置。对侧装置每收到一帧信息，都要进行CRC校验，经过CRC校验后再单独对开关量进行互补校验。只有通过上述校验后，并且经过连续三次确认后，才认为收到的远跳信号是可靠的。收到经校验确认的远跳信号后，若整定控制字“远跳受起动控制”整定为“0”，则无条件置三跳出口，起动A、B、C三相出口跳闸继电器，同时闭锁重合闸；若整定为“1”，则需本装置起动才出口。远跳、远传1、远传2开入开入RCS－900系列纵联差动保护RCS－900系列纵联差动保护光发光收光发光收＋24V（104)远传1（627）MN远传2（628）光纤64Kb/s910914916918YC1-1YC1-2909913915917YC2-1YC2-2远传2（开出）远传1（开出）差动保护特点►差动保护采用两侧差动继电器交换允许信号的方式，安全性高。装置异常或TA断线，本侧的起动元件和差动继电器可能动作，但对侧不会向本侧发允许信号，从而保证差动保护不会误动►变化量差动继电器，由于只反映故障分量，不反映负荷电流，因此灵敏度高，动作速度快。►零差保护引入了低制动系数、经电容电流补偿的稳态相差动选相元件，灵敏度高，在长线经高阻接地时也能选相跳闸；►所有差动继电器的制动系数均为0.75，并采用了浮动的制动门槛，抗TA饱和能力强差动保护特点►装置采用了经差流开放的电压起动元件，负荷侧装置能正常起动►差动保护能自动适应系统运行方式的改变►装置能实测电容电流，根据差动电流验证线路容抗整定是否合理差动保护特点►装置能实时监测通道工作情况，当通道发生故障或通道网络拓扑发生变化时，装置能起动新的同步过程，直至两侧采样重新同步，同时记录同步次数及通道误码总数等；两侧采样没有同步时，差动保护自动退出。差动保护特点►综上所说，RCS-931分相电流差动保护具有灵敏度高、动作速度快、安全可靠，不受系统运行方式影响等特点。差动保护特点2M速率与64K速率的区别►2M速率省去两侧PCM交换机设备，通信链路上减少了中间环节，减少了传输时延►2M速率增加了传输带宽，可以传输更多保护信息同后备保护一样，差动保护也采用24点计算，动作性能根据快速稳定由于在传输采样值的同时也传输了相量值，通道误码时稳态量差动不受数据窗的影响，动作速度几乎不受影响2M速率与64K速率的区别►功率＝功率谱密度×带宽，带宽越宽，噪声功率越大，2M速率接收灵敏度较低，因此传输距离较短64k，1310nm光端机技术参数实测64K光端机指标，用于陕西“段家－马营”330kV线路，通道距离为73公里发信功率默认功率＋6dB＋9dB＋6dB+9dB样本1-15.9-8.8-6.6-5.2样本2-15.5-8.8-6.5-5.1提升+6.9+9.15+10.55平均-16.0/-9.0/-7.0/-5.5波长1310nm1310nm接收灵敏度-45.4dBm-45.5dBm动态范围全动态全动态光纤类型单模CCITTRec.G652单模CCITTRec.G652每10公里衰减4db/10km(3.6)4db/10km(3.6)最大距离（3dBm余量）93.5KM93.75KM64k，1550nm光端机技术参数实测64K光端机指标，用于淮安上（河）马（坝）500kV线，通道距离为92公里型号VAOTE01C-A板VAOTE01C-B板发光功率（跳线选择）-10.8/-4.1/+0.4/+2.4dBm-12.3/-4.1/+0.5/+3.0dBm波