線路保護與通道選擇

呂海智

（廣東電網有限責任公司茂名供電局，廣東茂名 525100）

線路保護與通道選擇

呂海智

（廣東電網有限責任公司茂名供電局，廣東茂名 525100）

不同線路保護對通信通道有不同的要求。通過論述傳輸通道和線路保護的原理要求，分析通道衰耗和SDH自愈環倒換對時延的影響，總結出當選擇2M復用保護通道作為線路縱差保護通道時，不宜使用通道自愈環功能的結論。

線路保護；通信通道；衰耗；時延

1 概述

在目前的電力系統中，線路保護主要有縱聯差動保護和線路縱聯距離（方向）保護，為線路保護信息所提供的通信通道主要有三種形式：電力線載波、光纖直傳和SDH網絡傳輸。電力線載波因其技術的局限性，已逐漸被淘汰，故本文不再累述，利用光纖直傳和SDH網絡傳輸是當前最主要的運用形式。

2 通道衰耗對線路保護信息傳輸的影響

在SDH傳輸網中，由于線路保護裝置與通信設備間的距離很近，基本上不存在信號衰減的問題，通道衰耗主要是影響光纜直傳模式。

圖1為線路保護光纖直傳的接線圖，通道衰耗指的是從A站保護裝置發光口至B站保護裝置接收口光信號的衰耗（或B發至A收）。整個通道的衰耗除了線路光纜的衰耗，還包括了在站內轉接的衰耗，實際經驗表明，在站內轉接的衰耗還是挺大的，在設計時就應充分考慮。

假設光纜線路長40 km，平均衰耗0.34 DB/km（波長1 310 nm），兩端站內轉接衰耗均為2 DB，保護裝置的發光功率為0 DBm，收光范圍為-5～-15 DBm，那么通道重衰耗=0.34×40+2× 2=17.6 DB，收光光功率為-17.6 DBm，在保護裝置收光的接收范圍之外，這樣的設備不能用于這條線路。需強調的是，在這種情況下不能使用光纖放大器，因為光纖放大器會引起保護裝置的誤判。

圖1 線路保護光纜直傳接線圖

同理，若線路很短，發光功率很高，接受端可能收光功率過高，超出接收范圍，這時只需要串接合適的衰耗器即可。

由于采用光纖直傳方式不存在時延、帶寬等問題，只要接收光功率在許可范圍內，兩種線路保護方式都可使用。

3 通道時延對線路保護的影響

時延是指數字信號傳輸的群時延，即數字信號以群速通過一個數字連接所經過的時間。引起時延的原因主要有兩種：一是由傳輸媒質引起，此種時延與傳輸距離成正比，傳輸距離越長時延就越大，但在電、光信號傳輸中，這種時延幾乎可以忽略不計；二是由傳輸鏈路的節點設備引起，信號的處理，如采樣、量化、封裝再到分插、復用都需要一定的時間，鏈路節點越多，信號處理所花的時間也就越多，這是時延的最主要原因。

（1）通道時延對線路縱差保護的影響

在電力系統中，線路縱差保護普遍采用基于數據通道的的同步方法。其原理是首先測定通道時延，然后根據所測的通道時延以及兩側裝置采樣時刻的誤差，調整從機的采樣脈沖，從而實現采樣同步[1]。

1）縱差線路保護通道時延的測定

如圖2所示，縱差保護的通道時延測定公式為：

要使式（1）成立，必須滿足一個條件，那就是通道收、發雙向時延相等。

2）裝置采樣時刻測定誤差的測定

如圖3所示，主機和從機根據采樣時刻，可以測算得出兩側裝置采樣時刻的誤差ΔTs。如圖2所示，此時主機采樣時刻滯后于從機采樣時刻ΔTs，因此從機在下一個采樣間隔TSS＞TSM進行調整，使得ΔTs→0。當ΔTs＜ξ時（ξ為可接受值），可以認為，兩側的繼電保護裝置就實現了采樣同步。

圖2 測量通道時延

若此時雙向通道時延不一致，從機發送給主機方向的通道時延為設Td1，主機發送給從機方向的通道時延設為Td2，根據式（1）可以得出測定的通道時延，記為：

圖3 采樣同步

那么，兩個方向實際通道時延和測定的通道時延的誤差為：

因此，無論是在線路正常運行，還是發生區外故障時，由于兩側通道時延不一致，而等效得到線路的差動電流，可記錄為：

其中，IL是線路的穿越電流。設k為制動系數，則裝置制動電流記為Izd=k·2IL。若兩側保護裝置運行中達到

線路縱差保護就可能引起裝置誤動。

根據以上分析，可以得出結論，即線路縱差保護要求收發通道的時延一致，這就是縱差保護通道的時延基本要求。

（2）通道時延對線路縱聯距離（方向）保護影響

縱聯距離保護，是指根據反應保護安裝處到故障點之間的距離的遠近確定動作時限的一種保護裝置。但采用縱聯距離保護方式，通信通道的傳輸質量很關鍵，通道質量主要由錯誤幀、丟失幀和通道編號三的指標決定[1]：

錯誤幀，每幀數據進行CRC校驗，當錯誤幀大于設定值時，報通道失效；

丟失幀，通信速率恒定，每秒鐘收幀數恒定，當丟失幀數大于設定值，報通道中斷；

通道編號，通道增加編號校驗，如果通道連接錯誤，報通道編號不匹配。

若出現以上三種情況，縱聯保護收信狀態立即置為無收信狀態，在分相允許式邏輯下可以實現對縱聯保護的閉鎖。縱聯距離保護信息數據的傳輸速率一般采用復用2 Mb/s，保護通道滿足相關技術要求，整個通道時延通常不大于5 ms（經過多條通道實測），滿足線路兩側保護間的電流數據和開關量同步交換要求。

對于線路距離（方向）保護而言，其繼電保護信息傳送的是開關量，不需要考慮兩側保護裝置的采樣同步問題，即使存在通道時延，也不需要啟動較長的同步過程。因此，通道時延對線路縱聯距離（方向）保護沒有影響。

4 SDH自愈環保護倒換引起的時延不一致問題

茂名電網SDH傳輸網采用二纖雙向通道倒換環的自愈環技術，為“雙發選收”的結構。如圖4（a）所示，假設主用路由為S1，保護路由為P1。在通道正常情況下，收端只接收主用方向，即S1上的信號。如圖4（b）所示，當S1中某一節點發生故障時（如光纖線路中斷、設備故障等），收端將啟動通道自動倒換（APS），只接收保護路由P1上的信號，從而使業務保持正常通信，用戶甚至不能檢測出通道發生故障[2]。這就是SDH傳輸網采用二纖雙向通道倒換環的自愈倒換，但這一看似簡單的倒換過程，卻因為信號經過的鏈路與原來的不一致，而產生了傳輸時延的差異。故障排除后，收端的倒換開關將自動切換回主用路由S1。對于通道倒換環，業務的保護是以通道為基礎的，倒換的發生與主備用通道路由的信號質量優劣有關，通常利用簡單的通道AIS（Alarm Indication Signal）信號來決定是否倒換。

對于上述的二纖雙向通道倒換環，在正常情況下，通道雙向收發路由能基本保持一致，或者時延差足夠小可以忽略。但是，在單纖故障等情況下，會發生單側倒換的情況，造成兩側裝置的通道收發路由不一致，傳輸距離、傳輸鏈路節點都可能不一致，這必定產生雙向路由時延的差異。這種通道收發時延差，不符合線路縱差保護對通道雙向時延一致性的基本要求。因此，與線路縱聯距離保護不同，在使用2M復用通道作為線路縱差保護通道時，電路配置不可采用自愈環保護，以避免保護切換時出現通道雙向時延不一致的現象而影響線路保護動作。

圖4 二纖雙向通道倒換環

5 結論

綜上所述，可得出如下結論。

（1）光纖直傳模式可用于線路縱聯差動保護和線路縱聯距離（方向）保護信息傳輸，但應注意保護裝置通信性能與通道衰耗。

（2）線路縱聯差動保護，其通道不能采用SDH的自愈環功能，即不能配置SNCP（子網連接保護），否則將可能引起保護裝置的誤動；對于每套線路縱差保護，可采用獨立的雙通道方式以提高可靠性。

（3）用于線路縱聯距離（方向）保護、安全自動裝置及其他輔助保護通道，可以采用SDH的自愈環功能以保證業務的可靠性。

［1］楊曉敏.電力系統繼電保護原理及應用［M］.北京：中國電力出版社，2006.

［2］韋樂平.光同步數字傳送網［M］.北京：人民郵電出版社，1995.

Line Protection and Communication Channel Selection

LV Hai-zhi
（Guangdong Power Grid Co.，Ltd.Maoming Power Supply Bureau，Maoming525100，China）

Different line protection type has different requirements on communication channel.This paper discusses the transmission channel and line protection principle requirements，analyzcs how channel attenuation and SDH self-healing switching delay affect line protection，and comes to the conclusion that while choosing 2M multiplexing channel as line differential protection channel，the channel should not use self-healing capabilities.

line protection；communication channel；attenuation；delay

TM75

：A

：1009－9492(2014)12－0162－03

10.3969/j.issn.1009-9492.2014.12.041

呂海智，男，1976年生，廣東高州人，大學本科，工程師。研究領域：電力系統通信運維及管理。已發表論文3篇。

(編輯：向 飛)

2014－11－17