通信接口在電力繼電保護上的應(yīng)用

戴望 周彥華

【摘要】 隨著電網(wǎng)二次技術(shù)的發(fā)展和需要，電力通信專業(yè)和電網(wǎng)保護、自動化等專業(yè)的配合問題顯得日益重要和突出，本文從技術(shù)融合的角度上針對220kV級以上電壓等級變電站內(nèi)通信專業(yè)與保護專業(yè)之間的設(shè)備接口關(guān)系進行了深入論述，以此為技術(shù)突破口，探討了通信與保護之間數(shù)據(jù)傳輸接口的技術(shù)關(guān)鍵點，從而對保護和通信專業(yè)相互之間的技術(shù)融合起到一定的促進作用。

【關(guān)鍵詞】 通信接口 繼電保護 復(fù)用通道 告警信息

隨著電力系統(tǒng)的發(fā)展，發(fā)電、輸電、變電、配電、調(diào)度及用戶等六大環(huán)節(jié)均已離不開電力通信網(wǎng)絡(luò)的貫穿。通信技術(shù)的飛速發(fā)展，國家電網(wǎng)公司已經(jīng)提出構(gòu)建信息化、自動化、互動化的現(xiàn)代化智能電網(wǎng)目標(biāo)。為了給智能電網(wǎng)的安全生產(chǎn)和運行監(jiān)視等提供可靠的技術(shù)支撐，先進的通信技術(shù)和控制技術(shù)是必不可少的，而通信與保護之間接口的穩(wěn)定性、安全性將直接給智能電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運行帶來巨大影響，本文結(jié)合了作者在現(xiàn)場實際運行的設(shè)備及日常維護運行工作經(jīng)驗，對如何保障通信與保護之間接口的安全穩(wěn)定運行進行探討分析，希望能對通信和保護運維人員的技能提高和現(xiàn)場工作有一定的幫助和促進作用。

一、通信接口與保護裝置的應(yīng)用

通信接口在變電站傳送保護信號的基本結(jié)構(gòu)形式下圖所示。根據(jù)圖示可以看出：所有的保護信息的接收與傳送都是一致的，只是中間所采用的基本通信介質(zhì)不同罷了，有的直接采用專用光纖接口作為傳送介質(zhì)，有的則是采用電接口復(fù)用通道作為傳送介質(zhì)。

1.1通信接口與專用光纖保護裝置的應(yīng)用及分析

1.1.1專用光纖保護的接口形式：

專用光纖保護通道使用專用的一對纖芯，備用兩芯，這種保護接口形式主要有兩種方式，一種是保護設(shè)備上直接配置光纖接口，直接與線路光纜相連接，中間沒有電接口轉(zhuǎn)換設(shè)備；另一種是保護設(shè)備上的電接口與一臺專門傳送保護信息的接口設(shè)備相連接，然后保護信號通過保護接口設(shè)備與線路光纜相連接，兩種保護方式的設(shè)備接口數(shù)據(jù)傳輸速率一般是2M或64K。

1.1.2專用光纖保護的通道需求：

目前光纖保護對通道誤碼的需求為：向量式光纖差動速度較慢、動作靈敏度低，對通道要求也低，約為 10-3-10-5；傳輸采樣值的光纖差動，速度快、動作靈敏度高，對通道要求也高，約為10-7。當(dāng)前的通信技術(shù)可以保證所提供的通道的誤碼率約為10-9-10-11，因此只要通信設(shè)備正常工作，就可以為保護提供符合要求的通道。為保證通信的可靠性，必須進行光器件特性測量和通道裕度的估算，要求保證系統(tǒng)衰減余量不少于6db。

1.1.3保護設(shè)備光發(fā)送功率的測試：

單模光纖的實際衰耗值在0.3dB/km左右，接頭衰耗為0.2-0.5dB/點，熔接衰耗為0.3dB/點。一般使用光功率計、光萬用表、光誤碼儀、光衰耗儀等儀器儀表測量光纖通道。光發(fā)功率=測量值-接頭衰耗*2，常規(guī)插件波長為1310nm的發(fā)信功率-16dbm±3dbm。

1.1.4光接收靈敏度測試：

調(diào)節(jié)光衰耗儀的衰耗值，觸發(fā)保護裝置告警，再調(diào)整衰耗值，保持結(jié)果中誤碼值穩(wěn)定1小時以上，測試光接收靈敏度=發(fā)送功率—光衰耗值，一般64K通道的接收靈敏度均為-45dBm，2M通道的接收靈敏度為-35 dBm， 2M的超長距離插件接收靈敏度為-40dBm。對側(cè)光纖發(fā)過來的收信功率裕度，應(yīng)大于6dBm以上，最好在10dBm左右，即光發(fā)射功率-光接收靈度-距離（衰耗）-接頭數(shù)（衰耗）-熔接頭個數(shù)>6dB.

1.2通信接口與復(fù)用通道保護的應(yīng)用及分析

1.2.1復(fù)用保護通道的接口形式

復(fù)用保護通道的連接方式比較復(fù)雜，種類多，但不論是那種形式的保護接口，其保護接口的傳輸速率都是2M或64K.一般來說，保護設(shè)備與通信設(shè)備的連接通過一個保護接口設(shè)備MUX來連接，MUX設(shè)備主要有兩種：一種是2M速率的接口裝置，另一種是64K速率的接口裝置。這兩種保護接口設(shè)備與通信設(shè)備的連接主要有兩種方式，一種是通過通信數(shù)字配線架的數(shù)字配線端口與光傳輸設(shè)備相連接，然后將保護信號通過光傳輸設(shè)備進行傳遞。另一種是通過通信音頻配線架的音頻配線端口與低速的PCM設(shè)備接入設(shè)備相連接，然后再通過PCM與光傳輸設(shè)備相連接，最后通過光傳輸設(shè)備再把保護信號傳遞到對方。

1.2.2、復(fù)用保護通道的通道需求：

由于復(fù)用保護通道中間環(huán)節(jié)多，時延較長，故障概率較高，因此在進行保護聯(lián)調(diào)之前，最好由通信專業(yè)人員先進行通道測試，確保通道切實可用、通道誤碼率達到標(biāo)準(zhǔn)后再移交給保護專業(yè)人員，通信專業(yè)人員應(yīng)檢測兩端電纜的連接點，如音頻配線架端口上的卡線是否牢固，數(shù)字通信接頭是否有虛焊或連接不牢固等現(xiàn)象，再使用誤碼儀測試通道，通道測試時間應(yīng)保持為一小時以上，待測試線路兩側(cè)誤碼均滿足標(biāo)準(zhǔn)后，方可通知保護專業(yè)人員接入保護裝置進行聯(lián)調(diào)工作。

（1）復(fù)用保護通道良好的判斷：

保護裝置在投運之前必須確定復(fù)用保護通道是否良好，而要判定復(fù)用保護通道良好必須滿足以下兩個條件：A、保護裝置面板上“通道異常燈”為熄滅狀態(tài)，裝置沒有出現(xiàn)“通道異常”告警信號，TDGJ（通道告警）接點不閉合。B、“保護狀態(tài)”→“通道狀態(tài)”中有關(guān)通道狀態(tài)統(tǒng)計的計數(shù)應(yīng)恒定不變化。

（2）誤碼對保護的影響：

電流差動保護信號在64K通道傳輸時，1點電流采樣值的傳輸需要1.667毫秒，對側(cè)電流采樣值傳送到達本端裝置后，對應(yīng)的電流采樣值將進行差動計算，不同的差動元件需要不同的數(shù)據(jù)窗長度。RCS-900系列差動保護沒有對通道誤碼采取糾錯措施，單個誤碼對不同的差動元件污染不同長度的數(shù)據(jù)窗。單個通道誤碼差動保護最少需要退出30ms。電流差動保護信號在2M通道傳輸時，差動保護將會傳送電流采樣值和三相電流付氏值。RCS-900系列差動保護即使沒有對通道誤碼采取糾錯措施，單個誤碼對三相電流付氏值的影響限制在當(dāng)前采樣點內(nèi)。單個誤碼，對采用三相電流付氏值進行差動計算的分相電流差動元件，只退出0.833ms。

二、保護通道常見故障的判斷、分析與處理：

目前，電力系統(tǒng)繼電保護裝置已普遍采用光纖通道傳輸，由此帶來的“通道異常”告警故障也頻繁發(fā)生，特別體現(xiàn)在使用復(fù)用通道傳輸時。結(jié)合日常現(xiàn)場工作經(jīng)驗和故障統(tǒng)計，分析保護通道告警原因主要體現(xiàn)在以下幾點：

2.1尾纖接頭接觸不良或被污濁

裸露的尾纖頭很容易被空氣中的灰塵附著，造型纖芯衰耗增加，此時應(yīng)使用專用的光纖清潔工具進行清潔。在進行光纖連接時，要注意將連接頭和砝瑯盤上的缺口對齊后旋緊，若未完全對齊，纖芯衰耗可能會增加5-10 dB。

當(dāng)光纖頭不清潔或連接不可靠時，設(shè)備即使能收到對側(cè)數(shù)據(jù)，收信裕度也可能大大降低，一旦系統(tǒng)擾動或通信設(shè)備有操作時，很容易導(dǎo)致通道中斷或誤碼越限，產(chǎn)生保護裝置通道告警。

2.2通信設(shè)備與保護接口設(shè)備間的連接問題

在使用64K復(fù)用通道保護時，保護接口裝置與通信PCM設(shè)備之間應(yīng)使用四芯帶屏蔽雙絞線連接，不得使用普通的音頻線進行連接，四芯帶屏蔽雙絞線的屏蔽層應(yīng)可靠一點接地。若從保護接口裝置引出的屏蔽雙絞線直接接至PCM設(shè)備，應(yīng)采用鳳凰端子擰接，不建議使用RJ45水晶頭連接（RJ45水晶頭末端接觸性不牢固，容易增加誤碼數(shù)），若需要先通過配線架轉(zhuǎn)接，需要保證配線架側(cè)卡線牢固，以防松動脫落。在使用2M復(fù)用通道保護時，應(yīng)注意在2M頭制作時防止焊點虛汗、漏焊等情況，以及防止芯線與屏蔽線等短路現(xiàn)象的發(fā)生。另外，要特別注意因為2M接頭與數(shù)配接頭接觸不良而引起的通道故障，此類故障在實際工作中較為常見。

2.3保護接口裝置不接地，通信電源紋波系數(shù)高

保護接口裝置在安裝時其接地不良好或根本沒有接地，導(dǎo)致平時能正常工作，而一旦有故障或刀閘操作時，保護裝置發(fā)通道告警。通信電源一般采用-48V電源，對紋波系數(shù)有比較高的要求，一般要求不超出100mv，現(xiàn)場發(fā)現(xiàn)電源紋波比較大時，保護接口裝置光電轉(zhuǎn)換過程會出現(xiàn)誤碼。

2.4通信設(shè)備故障

保護信號傳輸經(jīng)歷的設(shè)備較多，一旦出現(xiàn)異常告警，中間每個環(huán)節(jié)均有出現(xiàn)問題的可能，在由于通信設(shè)備故障引起的通道故障中，最容易出現(xiàn)問題的就是PCM設(shè)備（主要是時鐘設(shè)置），其次就是傳輸設(shè)備光板問題。一般確認(rèn)為通信設(shè)備出現(xiàn)問題后，可以將通道自環(huán)后使用誤碼儀測試，檢測時間應(yīng)不小于24小時。

三、結(jié)束語

隨著通信技術(shù)的發(fā)展，在電力系統(tǒng)中，全網(wǎng)保護通道的全光纖化已經(jīng)成為一種趨勢。在日常工作中，只有了解各種通信接口的基本知識，掌握各種保護通道的傳輸模式以及通道故障定位分析和處理方法，才能快速有效地處理故障，保證電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運行。

參 考 文 獻

[1] 南瑞繼保 RCS-900系列超高壓線路成套保護裝置技術(shù)和使用說明書， 2010（s）：7-9

[2] 南瑞繼保 FOX-40系列繼電保護光纖通信接口裝置技術(shù)和使用說明書，2010（s）：5-12

[3] YD/T 1238-2002基于SDH的多業(yè)務(wù)傳送節(jié)點技術(shù)要求，2002（s）：19-23