繼電保護對信息傳輸通道的技術要求探究

王衛東

（國網吳忠供電公司 電力調度控制中心，寧夏 吳忠751100）

0 引言

輸電線路縱聯保護采用光纖通道后系統的通信容量較大，較好地提高保護系統的通信性能，目前投入運行的光纖保護中，按交換信息類別可分為：光纖電流差動保護和光纖允許式、閉鎖式縱聯保護兩類。

1 信息傳輸格式

光纖通道傳輸繼電保護信息，通常釆用HDLC同步通信，按固定間隔Ts發送報文。報文頭、報文內容、CRC校驗值和報文尾構成完整的一頓通信報文。其中報文頭和報文尾的值都是固定的，為“01111110”的8比特序列。發送端報文的內容將自動地插入一個“0”到連續5個“1”之后，用于區別報文頭及報文尾；同樣，接收端收到連續五個“1”后將自動地去掉插入的“0”。發送端將報文內容除以一個多項式，把余數當作CRC校驗值的內容并作為報文發送；相應地，接收端也將報文內容除以同樣多項式，將余數與接收到的CRC校驗值進行比較，若兩者相等，則表明報文沒有錯誤，否則認為報文未通過CRC校驗或發生誤碼。

其中，線路縱聯距離（方向）保護裝置傳送的具體內容包括線路故障方向和地址碼；線路縱聯差動保護裝置傳送的具體內容包括三相電流采樣值或電流向量值、地址碼及通信時標。

2 繼電保護對通道時延的要求

2.1 對時延長短的要求

線路縱聯距離（方向）保護對時延的要求，雖然故障方向的判別僅僅依賴于本側的電氣量，判別時間也與通道時延沒有關系，但是，因故障范圍的判別由兩個因素決定：一是，利用本側的電氣量確定與本側裝置相關的故障方向；二是，由通道確定的與對側裝置相關的故障方向，只有當與兩側保護裝置相關的故障方向都確定為正方向時，裝置才能斷定此次故障是發生在區內的，因此，通道時延給裝置動作的速度帶來的影響是可以累加的。

線路縱聯差動保護對時延的要求，因工作原理的關系，通道時延給裝置動作的速度帶來的影響需要從兩個因素考慮。第一，需結合兩側的電氣量來計算差動電流，差動電流為當前收到的對側的電氣量加上對應的本側的電氣量，而不是本側的當前的電氣量加對側的當前的電氣量，即要求當前所以進行的差動判據的電氣量提前一段時間（至少包括通道時延+報文長度）；第二，為防止因TA斷線而造成的差動保護誤動，常用方法為：若本側裝置想進行保護動作，則設定差動方程，只有當本側與對側裝置都同時滿足差動方程，才能發生差動保護動作。一般情況下，保護裝置只有在啟動且滿足設定的差動方程條件下才能向對側發送允許發生保護動作的請求。可通過兩種方法啟動保護動作：一是，對側裝置也有發生保護動作的請求；二是，對側裝置滿足差動方程且發回差動允許標志。本側對側兩個方向都需要考慮通道時延，因此通道時延對線路縱聯差動保護動作速度將產生雙倍的影響。

2.2 線路縱聯差動保護要求通道雙向路由需一致

線路縱聯差動保護要求通道雙向路由必須一致，這是差動計算、保護動作正確與否的關鍵因素。目前常用的線路縱聯差動保護的同步方法主要有采樣時刻調整法、采樣數據修正法和時鐘校正法。由于需要借助通道完成，所以統稱為基于數據通道的同步方法，具有要求通道收、發時延都相等特點。采樣時刻調整法通常可分為兩步：先測算通道延時，然后結合通道延時，由從站測定本對兩側裝置釆樣的誤差，并根據結果改變從站采樣脈沖的大小來實現采樣的同步。

3 誤碼對繼電保護影響的分析

3.1 誤碼對報文的影響

主要體現在以下三方面：

1）誤碼造成報文內容或者CRC校驗值中的某一位的值出現錯誤，致使報文不能通過CRC校驗；

2）誤碼造成報文頭或報文尾中的某一位的值錯誤，致使報文的完整性不全，通信控制芯片報的報文出現錯誤；

3）報文的比特數是8的整數倍，但通道滑碼有可能使比特數增加或減少，致使報文比特數不為8的整數倍，從而使通信控制芯片報變成不完整報文。

3.2 誤碼對兩側裝置采樣同步的影響

通信業務在通信路由的切換過程中將中斷數毫秒，將會出現非完整的報文。但線路縱聯差動保護只要檢測到有非完整報文出現，就立即檢測通道時延，調整兩側裝置采樣的時刻實現再同步。報文的完整性也會受單個隨機誤碼的影響，使線路縱聯差動保護在通道路由未發生變化就重新開啟一個新的同步操作，將會使線路縱聯差動保護閉鎖數十毫秒。因線路縱聯距離或縱聯方向保護只需要允許信號，不要求通道時延也相同，不需要使兩側裝置的采樣時間進行同步，通道誤碼只影響當前通信報文的正確性，不影響之后的報文。

3.3 誤碼對保護判據的關聯性影響

線路縱聯差動保護判據只利用線路兩側的電氣量，因通道問題造成當前的數據信息丟失，將會對保護判據接下來的動作產生影響。線路縱聯差動保護通常采用異步抗飽和法來防止因區外故障TA飽和而導致保護誤動情況發生。故障開始時刻TA不會達到飽和，保護判據不需要采用抗飽和措施，但若故障在初始階段出現誤中貞，保護動作啟動較慢，則要求啟動抗飽和判據，經過連續幾頓判別后保護動作將變慢。如果保護設置保護動作在連續多次達到差動判據要求后才啟動，差動保護將因中間出現一個誤幀而延遲幾頓時間后才動作。

考慮到縱聯距離（方向）保護對于故障方向的判別只依賴于本側電氣量，在充分考慮采取有效措施防止功率倒向的問題后，為更好的提升保護動作的可靠性，即使裝置連續收到多個誤頓，最后收到對側的信號也一直保持為動作允許標識。利用載波通道當為線路縱聯保護的信息傳輸通道時，通常采用閉鎖式保護來防止因線路的多相故障而引起的通信中斷。但光纖通信中的誤碼及信號中斷同線路故障之間沒有必然的聯系；并且通過光纖通道傳輸的數據信息，有誤碼并且通過CRC校驗的概率趨向于零，收到通過CRC校驗的報文是可靠安全的；綜合光纖通信的高可靠性和縱聯保護的邏輯判別特點，采用光纖通道的線路縱聯距離（方向）保護作為線路主保護時，宜采用允許式。

3.4 誤碼對繼電保護日閉鎖時間的影響

通信系統在正常運行情況下，通道隨機誤碼是唯一影響通信可靠性的因素，為監測通道誤碼對繼電保護正常運行影響程度，可定義“日閉鎖時間”如下式所示：

式中：Pe，km為每公里的通道誤碼率；Br為通道波特率；L為通道長度；Tf為每頓報文的長度（有效時間）；Ts為報文發送的時間間隔；Tb為每一誤頓引起的保護閉鎖時間。

對于特定的通道，Pe，km、L、Br為常數， 為了保證正常情況下繼電保護的動作速度，Ts通常盡可能取較小的值，因此從繼電保護本身出發，減小誤碼影響的有效途徑是使得Tb、Tf值盡可能小。對于64kb/s通道，可以得到在G.821規定的通道性能要求下，線路縱聯保護日閉鎖時間。

4 結束語

總之，光纖通道己經成為繼電保護傳輸通道的首選，為保證光纖保護信號的正常傳輸，繼電保護對傳輸通道的抗干擾能力提出了更高的要求，而如何有效解決光纖通道干擾問題成為光纖保護正確動作的關鍵。

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