繼電保護光纖通道異常快速診斷處理研究

陳志勇

（廣東電網公司河源供電局，廣東 河源 517000）

以光纖通道為媒介的光纖縱聯差動保護不受系統振蕩、非全相運行、平行互感等影響，保護本身具有選相能力，動作速度快，可以及時反映各種類型的故障，很適合作為超高壓輸電線路主保護，目前，已廣泛應用在110kV及以上高壓輸電線路保護中[1]。運行中的光纖縱聯差動保護由于通道的原因暴露出許多問題，經常因通道異常而退出運行，給系統的安全穩定運行帶來隱患[2]。下面概述光纖通信系統與光纖縱聯差動保護，通過對通道異常及通道誤碼率過高的兩起典型案例，以 2M專用通道和64K復用通道故障兩種類型，分析故障原因、故障查找方法及對策，并總結梳理常見故障，提升繼保專業人員光纖縱聯通道故障快速處置能力。

1 光纖通信系統與光纖縱聯差動保護概述

1.1 光纖通信系統基本概述

光纖通信系統是以光波為載體，光導纖維為傳輸媒介的通信方式，其基本組成部分是數據源、光發送機和光接收機。其中，數據源包括所有的信號源，是話音、圖像、數據等業務經過信號源編碼所得到的信號，光發送機和調制器負責將信號轉變成適合在光纖上傳輸的光信號[3]。光接收或發送機則接收或發送光信號，并從中提取信息，通過光電信號轉換，最后得到對應的話音、圖像、數據等信息。光纖通道包括常規的光纖，還有中繼光纖放大器等，圖1是光通信基本系統框圖。

圖1 光通信基本系統框圖

1.2 光纖縱聯差動保護概述

縱聯保護是依據雙端電氣量的交互做出是否要發跳閘命令決定的全線速動保護，是解決輸電線路一端電氣量變化的保護未能瞬時切除故障的問題。縱聯保護依據通道類型分為光纖通道、載波通道和微波通道；依據交互信息的方式可分為允許式與閉鎖式縱聯保護；依據保護原理可以被分為分相電流差動保護與反應阻抗的距離保護。光纖縱聯差動保護包括光纖電流差動保護、光纖縱聯距離保護，以光纖通道為媒介，分別采用電流差動保護、縱聯距離保護原理[4]。光纖電流差動保護是將輸電線路兩端的電流、開關量信號通過編碼形成碼流后光電轉換，進行相位、幅值或實虛部比較構成縱差保護。通過光纖傳送的不僅可以反應電流信號，亦可反應該端阻抗繼電器、方向繼電器動作行為的邏輯信號，這樣就形成光纖縱聯距離保護、光纖縱聯方向保護。

2 事件經過及分析

2.1 案例一

2013年5月13日10時，繼保自動化人員接到220kV ××站 220kV上升甲線主一保護 RCS-931BM發“通道異常”、“裝置告警”緊急缺陷，對側站同樣出現相同報文。現場兩側站端光纖通道連接示意圖如圖2所示。

繼保人員現場使用光功率計 GD-4E13，設定1310nm波長，單端站光纖通道測試方法采用自環測試，如圖3所示。

圖2 220kV上升甲線主一保護專用通道連接示意圖圖3 單端站2M專用通道試驗示意圖

對于RCS-931BM裝置，2M光纖通道的單一傳輸速率光發射器發射功率不小于?16dBm（單模，小于60km，波長1310nm），利用光發射器功率=測量值+線衰耗+接頭衰耗，單個FC接頭衰耗1dBm，光纖纖通道檢查步驟如下。

常規的測試方法：①檢查本保護裝置光發功率TX是否正常（大約在?13dBm）；②分別在測點1、測點 2、測點 3進行光功率測試，如果通道異常告警未消失；③將12P ODF屏自環，保護裝置縱聯碼改為一致，再進行測點4、測點5、測點6的光功率測試。

采用快速測試方法：將測試點3和測試點4自環，如果站端內部故障，則保護裝置面板“通道異常”告警燈亮或通道誤碼數將在 1min內快速增加或在保護裝置的 RX口測得數據嚴重異常，則可判斷是否本站內部故障，由于站間和兩站同時出現光纖回路故障的概率很低，所以對側變電站的繼保人員可不用選派，節省了人力和物力資源。采用快速測試方法，快速隔離故障，詳細的測試數據見表 1，裝置RX接口測試發現光功率達到?56.3dBm，遠大于光功率靈敏度，判斷測點6與保護裝置收信RX段尾纖損壞，在電纜室檢查發現光纖套管存在被老鼠咬損的痕跡，套管里面尾纖撕裂，繼保人員立即更換備用通道，使兩站保護裝置恢復正常運行。

表1 測試數據

2.2 案例二

2015年4月，220kV ××站220kV和塔線主二保護進行雙通道保護裝置改造。現場驗收發現，主二保護裝置面板一直報通道告警，現場保護人員對單端站進行復用通道試驗，如圖4所示。現場采用自環方式，排查方法見案例一，檢查發現通信機房的12P ODF屏的TX接口FC光纖接頭松動，擰緊后誤碼消除，通道告警消失，但恢復與對側站通信時，再次出現通道告警，在對側站確定單端站通信自環正常情況下，初步判斷通信網絡異常，經與通信班組溝通，發現通信班組給定的DDF端口與現場不對應，導致兩側通道不在同一鏈接而出現光纖通道異常。

圖4 單端站2M復用通道試驗示意圖

2.3 案例分析總結

案例一的問題直接原因在于沒有做好防范小動物工作，類似情況也曾發生在幾個110kV變電站的光纖保護中，解決方法是對電纜室或主控室首先進行驅鼠、滅鼠，做好二次屏柜封堵工作；其次更換電纜室的尾纖套管。案例二的原因有兩個：①施工隊人員平常工作不細致，接頭松動，導致誤碼率增加；②工作人員責任心不足，導致光纖通道接線圖與現場不一致。現場中常見的故障除尾纖損壞與接頭松動原因外，兩側時鐘設置錯誤，包括SDH設備時鐘不正確。SDH硬件故障、軟件與保護不匹配[5]；接口配線錯，或通道交叉接線亦有發生。對于光纖差動保護誤碼產生原因主要有：發光功率過大、接收靈敏度不夠、接頭不好、時鐘設置不正確、光纖彎曲擠壓等。尤其在平常定檢工作，因為要測試光功率的收發功率，多次插拔尾纖，增大了接頭松動風險。正確的方法是，將通道尾纖斷開，則尾纖的插頭需用套頭套好，防止因粘灰而導致接觸不好。檢查光纖頭是否清潔，用有乙醇棉花球擦拭連接頭表面，待乙醇揮發后再測試數據；光纖連接時一定要注意檢查，連接頭上的凸臺和祛瑯盤上缺口對齊然后旋緊，避免因接觸不好而導致通道告警缺陷處理。

在平常保護驗收或定檢中可用下列公式計算光纖通道的衰耗：①光纖衰耗：0.3dB/km；②接頭衰耗：1dB/點；③熔接衰耗：0.1dB/點，通道裕度檢驗公式：光發射功率?光接收靈敏度?0.3×距離?1×接頭個數?0.1×熔接個數》6dB。例如長度為 20km的線路衰耗核算：發射功率為?13dB；接收靈敏度為?32dB，線路衰減為20km×0.3dB/km=6dB，連接衰減為接頭8個衰減為8點×1dB/點=8dB，熔接兩個點為 2點×0.1dB/點=0.2dB。衰減余量=?13dB?(?32dB)?6dB?8dB?0.2dB=7.8dB，系統容量大于6dB，滿足要求。

在現場工作中，對于光纖縱差保護，首先對于時鐘同步方式：2M專用光纖通道，兩段保護裝置的時鐘方式都設置為“主-主”時鐘方式。采用64K通道，護裝置的時鐘方式都設置為“從—從”時鐘方式；其次，對于長度為0～30km的短距離輸電線路，發光功率一般大于?13dBm，靈敏度優于?32dB，飽和功率大于?8dBm，采用1B4B編解碼。

3 結論

由于光纖通道大范圍應用在超高壓輸電線路保護中，而且光纖通道隨著運行年限日益增加，光器件老化、小動物撕咬、光纖通道老化、通道接觸不良等原因，引起通道衰耗增大，誤碼率增大，輕則影響保護運行頻繁發誤碼告警，重則閉鎖光纖差動保護，影響保護裝置正常運行，所以在平常維護與定檢工作中，快速診斷光纖通道故障，準確隔離故障點并處置，成為亟待解決的問題。本文以兩起典型光纖通道異常為案例，重點分析了對光纖通道故障快速查找處置的過程，提高了繼保檢修人員的工作效率，可供現場運維人員可借鑒。

[1] 韓國邦. 某 220kV線路光纖保護裝置“嚴重誤碼”缺陷處理及分析[J]. 電氣技術, 2014, 15(10): 114-116.

[2] 劉峰, 裘峰源, 劉健. 光纖通道對光纖差動保護影響的試驗研究[J]. 電力系統自動化, 2005, 29(13):97-99.

[3] 李瑞生. 光纖電流差動保護與通道試驗技術[M]. 北京: 中國電力出版社, 2006.

[4] 陳強林, 李瑞生, 馬全霞, 等. 繼電保護通道檢測平臺在光纖差動保護測試中的應用[J]. 電力系統保護與控制, 2009, 37(8): 83-85, 92.

[5] 超高壓線路光纖保護通道故障分析及定位方法[J].電氣技術, 2013, 14(9): 66-68.