基于繼電保護通信通道運行可靠率與經濟性的分析

徐 麥，楊 雅，楊厚祥

（國網黃石供電公司信息通信分公司，湖北 黃石 435000）

1 電力通信網光纖保護通道的現狀

隨著光通信技術的日益發展，電力系統應用的繼電保護通信物理傳輸通道已由過去的電力載波通道和數字微波信號發展到了光纖通道。相對于電力載波通道和數字微波信號易受氣候變化（如風、霜、雨、雪、雷電等）影響而導致信號質量不穩定的特點，光纖通道具有較強的抗干擾能力、傳輸頻帶寬及衰耗小的特點，已成為繼電保護物理傳輸通道的首選，廣泛應用于實際工作[1]。

2 光纖通道在繼電保護系統中的應用方式

繼電保護系統中最重要的作用是及時切除被保護系統發生的故障。廣泛應用于實際生產的縱聯保護，采用光纖通道方式，對光纖通道的質量和可靠性要求很高。目前，光纖通道在繼電保護系統中的主要應用方式有專用纖芯保護通道和光纖復用保護通道。

2.1 專用纖芯保護通道

專用纖芯保護通道是目前運行可靠率最高、資源利用率最低的一種傳輸方式。它利用專用的纖芯直連兩端帶有光接口的繼電保護設備，避免復用光纖通道多次進行光電轉換和引發設備故障的風險，如圖1所示。

圖1 專用纖芯保護通道傳輸示意圖

2.2 光纖復用保護通道

為提高光纖使用利用率，繼電保護信號可復用在SDH的幀結構中進行傳輸，即光纖復用保護通道。光纖復用保護信號傳輸速率有2 Mb/s和64 kb/s兩種，傳輸流程見圖2和圖3。

圖2 2 Mb/s復用保護通道傳輸示意圖

圖3 64 kb/s復用保護通道傳輸示意圖

根據圖2和圖3可知，64 kb/s的復用保護通道傳輸方式速率低于2 Mb/s復用保護通道傳輸方式，且在兩端多增加了2臺PCM和相關的連接線，給通道造成了額外可能的故障點。因此，實際工作中，光纖復用保護通道選擇2 Mb/s的傳輸速率[2]。《湖北電網繼電保護復用通道技術及管理規定》中明確，光纖復用保護通道應采用2 Mb/s通道的方式傳輸。

3 光纖復用通道不得使用SDH環網自愈功能的原因

繼電保護通道傳輸方式選擇時應兼顧可靠率和經濟性。SDH環網自愈環功能可更好地提高通道運行的保障率，但在實際工作中不允許在繼電保護通道傳輸中使用自愈功能?！秶译娋W公司十八項電網重大反事故措施》第16.2.1.5條規定：線路縱聯保護使用復用接口設備傳輸允許命令信號時，不應帶有附加延時展寬。

按照ITU-T的規定，兩用戶之間的單向傳輸時延應在150 ms以內。繼電保護設備不但對傳輸延時的時長要求非常高，而且對其一致性非常敏感。時延過長會影響繼電保護動作的速度，而通道時延對動作速度的影響是疊加的，有時甚至是兩倍的疊加。保護設備在一定時間內未接收信號，將可能造成誤動或拒動，影響電網的安全運行。同時，現在所有的線路縱聯保護都要求通道雙向時延保持一致。時延的不一致會影響兩側線路縱聯保護設置之間的同步，造成計算得到的差流和實際差流不同，從而影響保護的安全性。

若將自愈功能應用于光纖保護通道，為保證信號倒換前后的時延均滿足要求，需測試通道的傳輸時延和光纜發生故障倒換至保護路由全過程的時延，并分析可能引起的收發路由不一致的現象。只有所有的測試結果均滿足時延要求，才能斷定光纖網絡傳輸時延滿足要求。

保護裝置的通信接口沒有統一標準，各廠家設備對通信通道時延的對稱性要求各不相同。SDH的倒換方式因自愈環的保護機理亦種類繁多。當光纜發生故障時，對于帶有自愈功能的保護通道的時延能否滿足要求將不得而知。因此，為保證繼電保護通道的可靠率，不能隨意采用SDH環網的自愈功能，應采用更可靠的“點對點”獨立物理雙通道。

4 光纖保護在實際應用中的思考與探究

繼電保護通道十分重要。在實際應用中，應探究保證繼電保護通道可靠性的方法，確定新技術能應用于繼電保護信號的傳輸。

4.1 最能兼顧可靠性與經濟性的傳輸方式

《國家電網公司十八項電網重大反事故措施》第16.2.1.4條規定：同一條220 kV及以上線路的兩套繼電保護和同一系統的有主/備關系的兩套安全自動裝置通道，應分別由兩套獨立的通信傳輸設備提供，并分別由兩套獨立的通信電源供電。重要線路和安全自動裝置應具備兩套獨立的路由，滿足“雙設備、雙路由、雙電源”的要求。專用纖芯保護通道可靠率高但纖芯利用率低，而復用保護通道纖芯利用率高但通道可靠率較差。因此，在新建220 kV及以上線路的兩套繼電保護通道方式的選擇上，應一套采用專用纖芯保護通道，另一套采用復用保護通道。這樣既保障了通道運行的可靠率，又兼具了纖芯的利用率和經濟性。

4.2 光切換技術能否應用于繼電保護通道

隨著光通信技術的飛速發展，光切換技術在實際工作中逐步被普及與應用，且效果良好。光切設備是由兩條不同路由的光纖輸入，并自主選擇最佳通道輸出。當主用通道中斷后，設備能立即切換光路至備用通道。光切設備有切換速度快、運行可靠率高和調配路由方便的特點。光開關一直處于熱備用狀態，對一般業務基本做到不中斷通信。光切換設備能實時監控光功率，避免光端機的誤告警，確保切換的有效性。特定情況下，僅程序操作就能實現主/備通道的自由切換，為實際運行節約了大量人力和物力。繼電保護通信通道應用光切換技術后的模型如圖4所示。

圖4 繼電保護通道使用光切設備后的模型

經計算與分析，光切設備不能應用于繼電保護通信通道有兩個原因。第一，光切設備的光開關雖然處于熱備用狀態時的切換速度不超過5 ms，加上整個切換時間不超過20 ms，但仍不能滿足繼電保護通道的時延要求和一致性要求?！独^電保護和安全自動裝置技術規程》規定，對用于各類裝置的數字式通道時延的要求為線路縱聯或方向保護小于10 ms。第二，采用光切設備后，若采用一套繼電保護系統，一旦光切設備或繼電保護設備發生故障，則被保護對象將失去保護，不滿足《國家電網公司十八項電網重大反事故措施》“雙設備、雙路由、雙電源”的要求。若采用兩套繼電保護系統，雖然提高了通道運行的可靠率，但是造成了光纜纖芯資源的浪費，不滿足經濟性的原則。

4.3 降低繼電保護通道連接線故障率的方法

由圖1和圖2可知，繼電保護設備至通信接口設備之間的光連接是由導引光纜（距離較遠）或尾纖（距離較近）連接的。實際工作中發現，導引光纜護套較軟，極易外破，給通道的穩定運行帶來了安全隱患，且尾纖易被小動物咬壞造成通道中斷。集束光纜可完美解決這一隱患。集束光纜即多根尾纖套接在同一根光纜中，輔以堅固絕緣的表皮進行防護。集束光纜替代現有的尾纖或導引光纜的優勢包括：（1）避免因小動物噬咬或施工外破造成的尾纖或導引光纜中斷；（2）避免導引光纜兩端上架造成的線路衰耗和可能的斷點（如導引光纜熔接至ODF成端造成的衰耗）；（3）出現線纜故障時，可直接在首尾兩端進行尾纖更換，不需要重新布放尾纖或導引光纜，節約了寶貴的故障搶修時間，提高了繼電保護通道的可靠率。

4.4 降低繼電保護信號傳輸中誤碼率的方法

在實際工作中，繼電保護通信傳輸所需的通信接口設備和SDH設備均放置在主控室，由-48 V直流電源進行供電。變電站周圍的雷擊、設備放電及倒閘操作，通過電磁場空間輻射的方式干擾通信設備。多年的運維經驗發現，各地區SDH設備接地做得較好，但通信接口設備的管轄權一直存在爭議，導致通信接口設備的接地易被忽略，致使通信誤碼率上升，影響通道的運行質量。針對這一問題，可采用屏蔽或絕緣良好的接地。具體地，通信接口設備的接地端應接在截面積為100 mm2的接地銅牌上，并與SDH設備接入同一接地網；2 M線應選用專用的同軸電纜，屏蔽層應兩端接地[3]。

5 結 論

隨著光通信技術的飛速發展，通信技術在電力行業中的支撐作用愈發明顯。在各級設計人員和運維人員的固有理念中，繼電保護通道的可靠性和經濟性是不可兼得的重要指標。通過選擇最有效合理的運行方式，盡可能地將新技術運用于實際工作，并建立統一完善的標準體系，確保光通信技術更好地應用于電力生產，從而為電網的安全、穩定、經濟運行發揮更大的作用。