一起線路光纖通道瞬時故障的分析及處理

徐　軍　楊　波　袁仁彪　劉長發　余　超

（南方電網超高壓輸電公司貴陽局，貴陽　550003）

某站500kV QB乙線線路主二保護通道二，在QB乙線或站內其他線路發生接地故障時，該保護裝置會瞬時發出“通道異常”信號，本文對其產生的原因進行了分析，并給出了具體的解決方法。

1　故障現象

某站500kV QB乙線配置主一、主二兩套光纖差動保護，每套保護均設置有兩個光纖通道。

保護運行中，發現 QB乙線的主二保護通道二常發“通道異常”信號，且每次報通道異常時，都伴隨著系統發生接地故障。表1記錄了部分QB乙線主二保護報“通道二異常”的情況。

從表1可看出，QB乙線主二保護通道二每次發生通道異常，總是伴隨有站內線路發生接地故障，這些故障既有 QB乙線本身發生的接地短路，也有站內其他線路發生接地故障。此問題如不解決，當QB乙線自身發生接地故障，且其主二保護的通道一又處于退出狀態時，主二保護極有可能發生拒動。

2　故障分析

2.1　通道構成形式

QB乙線主二保護通道二采用復用光纖通道，通道構成形式如圖1所示，安裝在保護小室的保護裝置通過光纖和通信機房內的接口裝置連接，接口裝置通過同軸電纜和光設備進行通信[1]。

表1　QB乙線主二保護報通道異常記錄表

圖1　QB乙線主二保護報通道示意圖

2.2　通道異常原因分析

根據 QB乙線主二保護通道二的構成形式，分析可能導致通道異常的地方有以下一些：①保護室至通信機房的光纜；②接口裝置；③接口裝置至光設備的同軸電纜；④光設備。

由于通道正常運行時無異常，只在外部系統發生接地故障時才會出現異常[2]，所以從大的方向上，認為是在外部接地時，通道設備受到了干擾才導致通道異常。從這個觀點出發，首先可排除的是保護室至通信機房的光纜，因為光纜是不會受干擾的；光設備也可以排除，因為光設備如出現故障，不太可能只影響一個通道；剩下最可能的懷疑對象就是接口裝置及其到光設備的同軸電纜，但接口裝置平時運行正常，檢查其接地也正常，且安裝在機房內，受電磁干擾的可能性也比較小，而且系統接地故障時，故障點離變電站都很遠，不可能因電磁干擾引起設備異常。綜合前面的分析，將分析的焦點集中到了接口裝置至光設備的同軸電纜上。

根據每次線路接地故障時，通道均會發瞬時故障的現象分析，通道異常可能與接地電流有關，線路接地故障和通信設備有聯系的地方，只有接地網，因為同軸電纜的屏蔽層兩端是接地的。

接口裝置到光設備之間同軸電纜屏蔽層的接地方式如圖2所示。從圖中可以看出，同軸電纜的屏蔽層分別接在接口裝置和光設備的外殼，然后通過接地線接到屏內的接地銅排，再經接地銅排接到機房內的環形接地母線上接地。

圖2　同軸電纜屏蔽層的接地方式

如圖3所示，當線路接地時，變電站地網中將流過接地電流，當此電流通過通信機房內的環形等電位接地網時，會在環形等電位接地網上產生壓降ΔU，而通信機房內的光設備屏和接口裝置屏之間的同軸電纜的屏蔽層是通過各自的屏柜接到環形接地母線上的，因此該ΔU實際上是加到了同軸電纜的屏蔽層上。同軸電纜的屏蔽層，是有為信號提供電氣通路的功能的，疊加ΔU后，將可能導致通信信號發生畸變，使通道發生異常。

圖3　接地電流導致通道異常的原理分析圖

為查明原因，筆者進行了相關試驗。如圖4所示，用直流電流輸出裝置在通信機房的環形等電位接地網中通入試驗電流，測量接口裝置屏的接地引下線與光設備屏的接地引下線之間的電壓 U，當電壓U達到1.7V左右時，保護裝置發生通道異常。這說明當地網中流過電流時，確實會引起保護裝置通道異常[3]。

圖4　地電位差導致通道異常的試驗圖

3　解決方法

如圖5所示，為了避免將圖3所示的ΔU疊加到同軸電纜上，將通信接口屏的接地引下線引到光設備處，和光設備屏的接地引下線在同一點接地，這樣接線后，即可防止二次接地網上的電壓引入同軸電纜的屏蔽層上，引起通道異常。

作如上處理后，系統發生接地故障時，該保護再未出現通道異常的情況。

圖5　QB乙線主二保護通道二異常的解決方法示意圖

4　關于通信機房內通信設備屏接地的建議

從前面的分析，如果通信機房內的接地網是一點接地，將不會在機房內的接地母線上形成壓降，因此就不會對同軸電纜的通信產生影響，但實際上現場的機房接地母線是多點接地的。

根據DL/T 5225—2016《220kV～1000kV變電站通信設計規程》6.11.3“機房內應設環形接地母線，并應就近兩點以上（含兩點）接至全站總接地網”[4]。因此，從設計上，機房內的環形接地母線就是多點接地的。另外，機房內使用的控制電纜，其屏蔽層按要求是需要兩點接地的，這也會導致將機房內的接地母線引到其他地方接地。綜上兩點原因，讓機房內的環形接地母線一點接地實際上是做不到的。

為確保通信機房內的設備之間通信正常，可考慮在機房內環形接地網上設置專門的接地端子，讓各通信設備屏的接地引下線通過此接地端子集中連接后一點接到環形接地網上，如此便可避免地網中地電位差對通信產生影響。

5　結論

本文通過對一起罕見的繼電保護裝置通道瞬時性故障進行分析，找出了通信機房內的地電位差導致接口裝置與光設備間同軸電纜通信異常這一故障原因。

通信機房內的環形接地母線，無法做到一點接地，當線路發生接地故障時，接地母線流過電流而產生的地電位差，可能導致保護通信接口裝置通信異常。針對該問題，建議通信機房內的通信屏，其接地引下線宜集中到一點連接后再接到接地母線上，經過上述處理后，將可以防止地電位差對同軸電纜通信產生影響，防止保護裝置拒動。