對2M保護通道切換裝置原理的研究

國網鹽城供電公司信通公司 荀思超 沈雨生 張春暉 王 軍 王海軍

引言：2M傳輸通道是電力通信網縱聯電流差動保護電路的主要形式，掌握其切換裝置原理，可以避免2M傳輸通道發生故障。本文首先對2M傳輸通道對于繼電保護的重要性進行分析，進而介紹2M保護通道的切換裝置類型。在此基礎上，探討2M保護通道的切換原理及應用方式，包括電路切換及工作原理、自動切換裝置的接入、切換裝置的倒換步驟等。

前言：在傳輸網的正常運行下，光纖線路或設備故障問題時有發生，不可能完全避免。一旦出現這些故障問題，會增加傳輸通道倒換的異常幾率和信道誤碼率，進而可能引起電網中的繼電保護裝置出現誤動現象。因此，對傳輸通道切換裝置的研究關系著繼電保護裝置的動作可靠性及整個電力系統的穩定運行。為滿足繼電保護系統對于光纖通道時延和誤碼率等方面的要求，必須積極研究傳輸通道切換裝置原理，對保護通道進行合理設計，將發生故障的可能降至最低。

1.2M傳輸通道對于繼電保護的重要性

2M傳輸通道中對于繼電保護的影響主要體現在以下幾個方面：（1）2M通道重定參數設置的影響，在采用輸出重定時方式下，通道兩端縱聯差動保護裝置通信時鐘宜采用主一主、主一從方式，而不能采用從一從方式，不然會形成時鐘環，容易產生滑碼。而且保護裝置的主機、從機設置錯誤，也會改變其工作狀態，可能引起差動保護停止動作或出現誤動現象；（2）保護判據的關聯性影響，在出現通道誤碼時，誤碼會導致報文內容或CRC校驗值中的某一位發生錯誤，從而導致報文無法通過CRC校驗。如果導致報頭或報位尾中的某一位發生錯誤，還會破壞報文完整性，通信控制芯片將報告報文錯誤。差動保護系統如果檢測到不完整報文，會檢測通道時延，重新同步兩端采樣數據；（3）通道倒換方式的影響，在通道倒換環方式下，主用通道產生故障會切換到備用通道，當故障排除后，在切回主用通道，如果在倒換過程中出現系統故障，會延長倒換時間，可能超出繼電保護動作規定時間。總體而言，2M傳輸通道的設置對繼電保護動作可靠性具有重要影響，必須在掌握其切換裝置原理的基礎上，進行合理設計。

2.2M保護通道切換裝置類型

縱聯差動保護信號傳輸通道共有三種形式，2M電路相比于光纖直連和64K電路，傳輸可靠性更高，因此目前在保護通道中應用較為廣泛。但在其安裝施工、線路檢修或通道調整切換過程中，也會出現一些故障問題，包括電路中斷、誤碼、時鐘偏差、時延過長、產生告警信號等。特別是因通道切換錯誤導致的保護裝置雙向時延不對稱問題，會導致保護裝置誤動，進而出現無法彌補的嚴重后果。為避免出現這些問題，首先要明確2M保護通道切換裝置的分類。目前2M保護通道切換裝置可分為兩種：（1）1:1保護切換方式，在正常運行情況下，采用主用通道進行傳輸，若主用通道出現故障，則切換到備用通道，待其恢復正常后切換回來，支持手動和自動兩種切換方式，但會出現瞬時時延，容易出現誤碼和斷碼現象，屬于有損切換方式；（2）1+1保護切換方式，同時通過主用通道和備用通道進行數據傳輸，另一端2M保護切換裝置則采用2個數據緩存器對接收到的數據進行記錄，然后選擇正確數據傳輸給繼電保護裝置，屬于無損切換方式，目前該方式具有較大的應用潛力。

3.2M保護通道切換原理及應用

3.1 電路切換及工作原理

基于2M保護通道對于繼電保護的重要性，其傳輸通道宜采用1+1保護切換方式。在該方式下，即使一條傳輸通道出現問題，也可以通過另一條傳輸通道，保證繼電保護信號能夠正常傳輸。采用1+1方式的2M通道切換裝置，可實施監測兩路通道的傳輸狀態，由接收端根據通道狀態，選擇傳輸可靠性較高的繼電保護信號。如果主用傳輸線路產生故障，會立即發出告警，并檢測另一條通道狀態，如果另一條通道狀態正常，則執行切換操作，否則采用備用光纖進行直接信號傳輸。為方便使用，切換裝置2M接口要同時支持成幀、非成幀的2M信號傳輸。同時可采用SNMP以太網網絡接口管理，實現遠程監控。利用功能完備的業務管理平臺，提高網路管理的便捷性。采用雙端同時切換實現業務通道切換控制，確保繼電保護裝置的收發通信通道路由一致，從而保證收發通道傳輸時延的一致性。切換裝置還要提供雙路獨立電源作為熱備份，可支持DC-48電源的接入，以保障設備能夠穩定運行。

通道的正常切換是依靠切換裝置對通道信號進行實時監測完成的，2M保護通道切換裝置采用雙發選收機制，發送端同時發送兩路信號，正常情況下，接收端從主用通道中接收信號，如果接收到主用通道的告警信號，則改為從備用通道中接收信號。在其工作過程中，保護業務是由繼電保護裝置發出的，通過主用通道和備用通道連接切換裝置，采用成幀2M信號中的開銷比特傳輸告警信息，將兩端保護切換設備關聯起來。在此情況下，主用通道出現故障，未受到信號的2M切換裝置會將倒換開關切換至備用通道。然后由備用通道的切換裝置開銷比特傳輸倒換指令，使對端能夠接收到。主用通道故障排除后的切換過程與此一致，通過采用這種設計方式，可以確保收發路由的一致性，順利完成雙向倒換。

3.2 自動切換裝置的接入

2M自動切換裝置可以為繼電保護信號傳輸提供保障，增強保護通道冗余，為接入部署提供方便，其實現過程也較為簡單。在2M自動切換裝置的接入過程中，可以在兩個傳輸網絡中，分別選擇一個2M傳輸通道作為繼電保護通道，從而提升傳輸通道可靠性。任意一個傳輸網絡通道產生故障時，都能夠通過切換到備用通道繼續為業務傳輸提供支持。同理，將2M自動切換裝置接入到光纖環網中，也可以在光纖環網提供雙向2M通道，實現對業務傳輸的有效保護。

3.3 切換裝置的倒換步驟

以主用通道A倒換到備用通道B的倒換過程為例，在點對點設備同時對該設備三個E1接口相關告警信息進行監測時，任意一個設備監測到主用通道A的告警信息，會作為倒換主動發起端，向對端傳輸數據，此時對端即為被動接收端。發起端設備通過主用通道A發送告警信息，采用透明傳輸方式，并將備用通道B信號由成幀模式改為非成幀模式。被動接收端在未接收到告警信息前，由于采用透明傳輸方式，并不能主動判斷是否應進行切換，因此需要一直對接口告警信息進行監測，此時其業務傳輸處于中斷狀態。當被動接收端捕捉到告警信息后，立即執行切換操作，采用與發起端相同的切換方式，完成切換后，主用通道A在成幀模式下繼續對通道狀態進行監測，備用通道則在非成幀狀態下對數據進行透明傳輸。由備用通道B切換到主用通道A的切換裝置倒換步驟與此類似，在該方式下，可順利完成倒換步驟。

4.結束語

綜上所述，2M保護通道的切換裝置可靠性對于繼電保護功能的正常使用有直接影響，通過對其切換裝置原理進行分析，可以為切換方式的選擇和通道設計提供參考，確保收發路由的一致性，避免因切換時延問題等，引起繼電保護裝置誤動現象。在2M保護通道切換裝置的合理應用下，可以有效提升繼電保護動作可靠性，從而確保電網的穩定運行。