超高壓線路光纖保護通道故障分析及定位方法

吳志宇

（中國南方電網(wǎng)超高壓輸電公司梧州局，廣西 梧州 543002）

作為線路保護信號傳輸介質(zhì)之一，光纖通道由于其抗電磁干擾強、衰耗低、可靠性高等優(yōu)點[1]，已在超高壓線路保護中得到了廣泛應用。但在實際應用中，保護光纖通道常因外部或內(nèi)部問題，導致通道故障，影響了超高壓線路主保護的運行可靠性。本文在對超高壓線路保護光纖通道配置介紹的基礎上，結合通道故障典型事例, 總結了相應的故障定位方法。

1 線路保護光纖通道的類型

1.1 專用光纖通道

保護專用光纖通道，如圖1所示，由兩站保護裝置（包括保護的光電轉(zhuǎn)換部分）、ODF光纖配線架，通過對應線路OPGW光纜直接相連。專用光纖通道的優(yōu)點是減少了信號傳輸?shù)闹虚g環(huán)節(jié)。但是，專用光纖通道存在著以下幾方面局限：

圖1 專用光纖通道方式

1）受保護裝置發(fā)信功率大小的局限，只能應用于短距離線路。

2）OPGW 電纜需要預留足夠的備用纖芯，光纜纖芯利用率低。

3）OPGW 出現(xiàn)斷線時，專用光纖通道中斷時間長，并且難以切換到復用通道。

4）無法實現(xiàn)網(wǎng)管的遠方監(jiān)控，只能通過保護裝置監(jiān)視通道狀態(tài)。

因此，專用光纖通道并不能滿足目前超高壓線路在長距離輸電、運行可靠性高的要求。對于某些220kV及以下電壓等級的線路，如果滿足距離和備用纖芯要求，可以使用專用光纖通道。

1.2 復用光纖通道

保護復用通道，如圖2所示，由兩側(cè)的保護裝置、通信接口裝置，經(jīng)過DDF數(shù)字配線架接入SDH光纖通信環(huán)網(wǎng)組成。復用通道主要有以下優(yōu)點。

圖2 復用光纖通道方式

1）不占用專用纖芯，節(jié)約通信資源。

2）利用通信中繼技術可以實現(xiàn)保護信息的長距離傳輸，應用于線路長度大于100km[2]。

它的主要缺點如下。

1）通道延時高于專用纖芯。

2）中間環(huán)節(jié)多，降低了通道的可靠性。

3）涉及通信專業(yè)的中間環(huán)節(jié)多，不利于保護專業(yè)的通道調(diào)試和維護。

1.3 保護與通信2M光口互聯(lián)通道

為了減少光電轉(zhuǎn)換的中間環(huán)節(jié)，保護裝置與通信設備 2M光接口在南方電網(wǎng)進行試點應用。這種連接方式是在復用通道的基礎上取消了通信接口裝置和DDF架，由保護裝置與SDH設備通過2Mbit/s光信號進行兩站通信，如圖3所示。這種連接方式綜合了專用通道與復用通道的優(yōu)點，并且通過實驗證明這種光接口直連通信是可行的[3]，但其穩(wěn)定性和可靠性還有待實際應用論證

圖3 保護與通信2M光接口互連通道

2 保護光纖通道故障的定位

2.1 保護通道故障定位的主要原則

超高壓線路保護通信通道一旦出現(xiàn)故障，保護和通信人員必須迅速判斷故障的性質(zhì)、位置，并及時修復通道業(yè)務。在通道故障處理中，第一步也是最關鍵的一步就是對準確定位故障點。保護通道故障定位的主要原則如下。

1）先保護，后通信。先由保護人員對通道告警信息進行判斷分析，再進行故障處理，如果排除保護的問題或者在保護環(huán)節(jié)難以發(fā)現(xiàn)問題時，則再與通信專業(yè)人員一同處理。

2）先單站，后兩站。如果兩站均出現(xiàn)通道告警，則兩站各自進行本站故障排查，再進行兩站聯(lián)調(diào)；如果出現(xiàn)單站有通道告警，則先在通道告警站進行故障點排查，再進行兩站聯(lián)調(diào)。

3）先外圍，后裝置。在定位故障時，先排除外圍的可能因素，如接線、接頭、纖芯、電源、接地等問題，再考慮設備故障。

2.2 保護通道故障定位方法及流程

通用的通信故障定位方法及流程有：

1）告警分析法。首先通過分析保護裝置告警信息、通道狀態(tài)、指示燈等信息，判斷故障的類型，從而定位故障范圍或故障點。

2）自環(huán)法。分為光接口自環(huán)和電接口自環(huán)，通過在通道的各點逐個自環(huán)，結合告警分析法來定位故障點。

3）測量法。通過測量的方法定位故障點，核實故障原因，一般用于對外圍部件的排查或故障點的核實，如設備工作電壓和接地、設備光功率、纖芯衰耗、同軸電纜短路等。

4）替換法[4]。通過用正常的部件替換疑似故障部位來定位故障點，疑似故障部位可以是一段線纜、連接頭、接口設備或保護插件等，通常用于告警分析法和自環(huán)法難以發(fā)現(xiàn)的故障。

3 保護光纖通道故障類型及案例分析

運行中，繼電保護對通信通道主要有可靠性方面的要求，反應可靠性的數(shù)據(jù)包括對側(cè)識別碼、通道延時、誤幀、誤碼及異常報文數(shù)等。另一方面是對通道時延方面的要求[5]，包括時延的長度和一致性。而這些要求也是保護裝置判斷光纖通道告警的依據(jù)。

常見通道故障類型有兩種：一是通道中斷，即收不到對側(cè)數(shù)據(jù)；二是通道異常，即通道沒有中斷，可以收到對側(cè)數(shù)據(jù)，但數(shù)據(jù)錯誤。在實際處理中發(fā)現(xiàn)，光纖或同軸電纜接口松動、光纖老化以及接口裝置故障是通道故障的常見原因，運用上述通道故障定位方法都可以定位故障點并進行處理。但也有些案例比較特別，處理起來也比較麻煩。

3.1 案例1

220kV賀道Ⅰ線主二保護配置為RCS-931+MUX-2MC，為復用通道。通道故障時，賀州站保護無告警，道石站保護有通道告警。根據(jù)定位原則，道石站首先進行排查，沒有發(fā)現(xiàn)問題。當賀州站在MUX-2MC的電口和光口分別自環(huán)時，雖然保護沒有報警，但保護通道狀態(tài)里的數(shù)據(jù)變化是不一樣的。在光口自環(huán)時，保護通道狀態(tài)正常；在電口自環(huán)時，通道狀態(tài)中“誤碼總數(shù)”、“失步次數(shù)”顯著增加。對MUX-2MC接口裝置光口的收發(fā)光進行測量，收發(fā)光功率測量結果也正常。由于在MUX-2MC電口自環(huán)時，有通道異常的現(xiàn)象，此時可以運用替換法，將最大疑點的MUX-2MC裝置更換。更換后通道恢復正常。

3.2 案例2

500kV來梧Ⅱ主三保護及輔A保護通道一配置如圖4所示，出現(xiàn)這種接線方式是由于通信設備廠家的配線錯誤，兩站的DDF至SDH光端機間配線均出現(xiàn)交叉，兩站同時交叉即“負負得正”，通信正常，但不規(guī)范。

圖4 SDH設備更換前的500kV來梧Ⅱ線保護通道

當梧州站單側(cè)對SDH設備進行技改更換后，兩站的通道變成了圖5的連接方式。在圖5連接方式下，梧州站保護可以收到來賓站保護信息，但RCS-902保護中“對側(cè)異常報文數(shù)”顯著增加，屬于通道異常；來賓站兩套保護的收信則完成交叉，屬于通道中斷。在這種情況下，兩站人員在自己站內(nèi)都無法進行故障定位，當兩站聯(lián)調(diào)時，環(huán)回給對方都是通道中斷。由于梧州站對通道進行較大的改動，當一端收信正常，另一端收信中斷時，此時可以考慮通道出現(xiàn)了交叉。通過對比新舊設備的接線就可以發(fā)現(xiàn)交叉點，但梧州站不能將接線改回原來圖4的連接方式。根據(jù)接線規(guī)范，來賓站將交叉點恢復正常接線后通道恢復正常。

圖5 SDH設備更換后的500kV來梧Ⅱ線保護通道

3.3 案例3

500kV梧羅Ⅰ主一保護通道二配置為 RCS-931+MUX-2MC，為復用通道。通道故障時，梧州站RCS-931通道狀態(tài)“對側(cè)異常數(shù)”、“失步次數(shù)”“誤幀總數(shù)”顯著增加，保護沒有告警，而羅洞站保護有通道告警，MUX-2MC光告警。羅洞站用備品更換MUX-2MC后通道告警消失。幾天后，羅洞站再次出現(xiàn)通道告警。在兩站聯(lián)調(diào)時，發(fā)現(xiàn)兩站MUX-2MC的版本不一致，梧州站是08G版，羅洞站是08F版。經(jīng)廠家分析，08F版MUX-2MC裝置與RCS-931裝置的鎖相環(huán)芯片存在個別的性能差異，保護和復用通道裝置的數(shù)據(jù)收發(fā)時序配合存在裕度不足的現(xiàn)象，導致通道告警。羅洞站用備品更換MUX-2MC后通道恢復正常。

4 結論

光纖通道雖然在超高壓線路保護中得到了廣泛應用，但是由于涉及的中間環(huán)節(jié)較多，特別是復用通道，通道的故障點排查定位比較困難。因此，通道維護人員必須提高對光纖通信的基本原理, 特別是保護與通信配合問題的認識和理解，并注意總結和運用好通道故障定位的原則、方法和流程，使自己在故障處理時有一個清晰的思路，這樣才能快速、正確地排除故障, 恢復通道的正常，從而保障超高壓線路的運行可靠性。

[1] 王志亮.光纖保護通道故障處理及方法[J].電力系統(tǒng)通信, 2010, 31(215)：70-73.

[2] 張立剛,石卓.光纖縱聯(lián)保護通道可靠性分析[J].電氣工程應用, 2011(3)：18-21.

[3] 楊俊權,王勇,利韶聰,李舒濤.繼電保護裝置與通信設備2Mbit/s光接口互聯(lián)技術[J].南方電網(wǎng)技術,2011,5(4)：65-67.

[4] FonsWeaver780B設備使用維護手冊[ Z].烽火通信科技股份有限公司, 2006.

[5] 高鵬, 陳新南, 陸明, 金華鋒.南方電網(wǎng) SDH 光纖通信環(huán)網(wǎng)繼電保護通道分析[J].南方電網(wǎng)技術,2007,1(2)：43-48.