基于继电保护通信通道运行可靠率与经济性的分析

徐 麦，杨 雅，杨厚祥

（国网黄石供电公司信息通信分公司，湖北 黄石 435000）

1 电力通信网光纤保护通道的现状

随着光通信技术的日益发展，电力系统应用的继电保护通信物理传输通道已由过去的电力载波通道和数字微波信号发展到了光纤通道。相对于电力载波通道和数字微波信号易受气候变化（如风、霜、雨、雪、雷电等）影响而导致信号质量不稳定的特点，光纤通道具有较强的抗干扰能力、传输频带宽及衰耗小的特点，已成为继电保护物理传输通道的首选，广泛应用于实际工作[1]。

2 光纤通道在继电保护系统中的应用方式

继电保护系统中最重要的作用是及时切除被保护系统发生的故障。广泛应用于实际生产的纵联保护，采用光纤通道方式，对光纤通道的质量和可靠性要求很高。目前，光纤通道在继电保护系统中的主要应用方式有专用纤芯保护通道和光纤复用保护通道。

2.1 专用纤芯保护通道

专用纤芯保护通道是目前运行可靠率最高、资源利用率最低的一种传输方式。它利用专用的纤芯直连两端带有光接口的继电保护设备，避免复用光纤通道多次进行光电转换和引发设备故障的风险，如图1所示。

图1 专用纤芯保护通道传输示意图

2.2 光纤复用保护通道

为提高光纤使用利用率，继电保护信号可复用在SDH的帧结构中进行传输，即光纤复用保护通道。光纤复用保护信号传输速率有2 Mb/s和64 kb/s两种，传输流程见图2和图3。

图2 2 Mb/s复用保护通道传输示意图

图3 64 kb/s复用保护通道传输示意图

根据图2和图3可知，64 kb/s的复用保护通道传输方式速率低于2 Mb/s复用保护通道传输方式，且在两端多增加了2台PCM和相关的连接线，给通道造成了额外可能的故障点。因此，实际工作中，光纤复用保护通道选择2 Mb/s的传输速率[2]。《湖北电网继电保护复用通道技术及管理规定》中明确，光纤复用保护通道应采用2 Mb/s通道的方式传输。

3 光纤复用通道不得使用SDH环网自愈功能的原因

继电保护通道传输方式选择时应兼顾可靠率和经济性。SDH环网自愈环功能可更好地提高通道运行的保障率，但在实际工作中不允许在继电保护通道传输中使用自愈功能。《国家电网公司十八项电网重大反事故措施》第16.2.1.5条规定：线路纵联保护使用复用接口设备传输允许命令信号时，不应带有附加延时展宽。

按照ITU-T的规定，两用户之间的单向传输时延应在150 ms以内。继电保护设备不但对传输延时的时长要求非常高，而且对其一致性非常敏感。时延过长会影响继电保护动作的速度，而通道时延对动作速度的影响是叠加的，有时甚至是两倍的叠加。保护设备在一定时间内未接收信号，将可能造成误动或拒动，影响电网的安全运行。同时，现在所有的线路纵联保护都要求通道双向时延保持一致。时延的不一致会影响两侧线路纵联保护设置之间的同步，造成计算得到的差流和实际差流不同，从而影响保护的安全性。

若将自愈功能应用于光纤保护通道，为保证信号倒换前后的时延均满足要求，需测试通道的传输时延和光缆发生故障倒换至保护路由全过程的时延，并分析可能引起的收发路由不一致的现象。只有所有的测试结果均满足时延要求，才能断定光纤网络传输时延满足要求。

保护装置的通信接口没有统一标准，各厂家设备对通信通道时延的对称性要求各不相同。SDH的倒换方式因自愈环的保护机理亦种类繁多。当光缆发生故障时，对于带有自愈功能的保护通道的时延能否满足要求将不得而知。因此，为保证继电保护通道的可靠率，不能随意采用SDH环网的自愈功能，应采用更可靠的“点对点”独立物理双通道。

4 光纤保护在实际应用中的思考与探究

继电保护通道十分重要。在实际应用中，应探究保证继电保护通道可靠性的方法，确定新技术能应用于继电保护信号的传输。

4.1 最能兼顾可靠性与经济性的传输方式

《国家电网公司十八项电网重大反事故措施》第16.2.1.4条规定：同一条220 kV及以上线路的两套继电保护和同一系统的有主/备关系的两套安全自动装置通道，应分别由两套独立的通信传输设备提供，并分别由两套独立的通信电源供电。重要线路和安全自动装置应具备两套独立的路由，满足“双设备、双路由、双电源”的要求。专用纤芯保护通道可靠率高但纤芯利用率低，而复用保护通道纤芯利用率高但通道可靠率较差。因此，在新建220 kV及以上线路的两套继电保护通道方式的选择上，应一套采用专用纤芯保护通道，另一套采用复用保护通道。这样既保障了通道运行的可靠率，又兼具了纤芯的利用率和经济性。

4.2 光切换技术能否应用于继电保护通道

随着光通信技术的飞速发展，光切换技术在实际工作中逐步被普及与应用，且效果良好。光切设备是由两条不同路由的光纤输入，并自主选择最佳通道输出。当主用通道中断后，设备能立即切换光路至备用通道。光切设备有切换速度快、运行可靠率高和调配路由方便的特点。光开关一直处于热备用状态，对一般业务基本做到不中断通信。光切换设备能实时监控光功率，避免光端机的误告警，确保切换的有效性。特定情况下，仅程序操作就能实现主/备通道的自由切换，为实际运行节约了大量人力和物力。继电保护通信通道应用光切换技术后的模型如图4所示。

图4 继电保护通道使用光切设备后的模型

经计算与分析，光切设备不能应用于继电保护通信通道有两个原因。第一，光切设备的光开关虽然处于热备用状态时的切换速度不超过5 ms，加上整个切换时间不超过20 ms，但仍不能满足继电保护通道的时延要求和一致性要求。《继电保护和安全自动装置技术规程》规定，对用于各类装置的数字式通道时延的要求为线路纵联或方向保护小于10 ms。第二，采用光切设备后，若采用一套继电保护系统，一旦光切设备或继电保护设备发生故障，则被保护对象将失去保护，不满足《国家电网公司十八项电网重大反事故措施》“双设备、双路由、双电源”的要求。若采用两套继电保护系统，虽然提高了通道运行的可靠率，但是造成了光缆纤芯资源的浪费，不满足经济性的原则。

4.3 降低继电保护通道连接线故障率的方法

由图1和图2可知，继电保护设备至通信接口设备之间的光连接是由导引光缆（距离较远）或尾纤（距离较近）连接的。实际工作中发现，导引光缆护套较软，极易外破，给通道的稳定运行带来了安全隐患，且尾纤易被小动物咬坏造成通道中断。集束光缆可完美解决这一隐患。集束光缆即多根尾纤套接在同一根光缆中，辅以坚固绝缘的表皮进行防护。集束光缆替代现有的尾纤或导引光缆的优势包括：（1）避免因小动物噬咬或施工外破造成的尾纤或导引光缆中断；（2）避免导引光缆两端上架造成的线路衰耗和可能的断点（如导引光缆熔接至ODF成端造成的衰耗）；（3）出现线缆故障时，可直接在首尾两端进行尾纤更换，不需要重新布放尾纤或导引光缆，节约了宝贵的故障抢修时间，提高了继电保护通道的可靠率。

4.4 降低继电保护信号传输中误码率的方法

在实际工作中，继电保护通信传输所需的通信接口设备和SDH设备均放置在主控室，由-48 V直流电源进行供电。变电站周围的雷击、设备放电及倒闸操作，通过电磁场空间辐射的方式干扰通信设备。多年的运维经验发现，各地区SDH设备接地做得较好，但通信接口设备的管辖权一直存在争议，导致通信接口设备的接地易被忽略，致使通信误码率上升，影响通道的运行质量。针对这一问题，可采用屏蔽或绝缘良好的接地。具体地，通信接口设备的接地端应接在截面积为100 mm2的接地铜牌上，并与SDH设备接入同一接地网；2 M线应选用专用的同轴电缆，屏蔽层应两端接地[3]。

5 结 论

随着光通信技术的飞速发展，通信技术在电力行业中的支撑作用愈发明显。在各级设计人员和运维人员的固有理念中，继电保护通道的可靠性和经济性是不可兼得的重要指标。通过选择最有效合理的运行方式，尽可能地将新技术运用于实际工作，并建立统一完善的标准体系，确保光通信技术更好地应用于电力生产，从而为电网的安全、稳定、经济运行发挥更大的作用。