繼電保護(hù)對(duì)信息傳輸通道的技術(shù)要求探究

王衛(wèi)東

（國(guó)網(wǎng)吳忠供電公司 電力調(diào)度控制中心，寧夏 吳忠751100）

0 引言

輸電線路縱聯(lián)保護(hù)采用光纖通道后系統(tǒng)的通信容量較大，較好地提高保護(hù)系統(tǒng)的通信性能，目前投入運(yùn)行的光纖保護(hù)中，按交換信息類別可分為：光纖電流差動(dòng)保護(hù)和光纖允許式、閉鎖式縱聯(lián)保護(hù)兩類。

1 信息傳輸格式

光纖通道傳輸繼電保護(hù)信息，通常釆用HDLC同步通信，按固定間隔Ts發(fā)送報(bào)文。報(bào)文頭、報(bào)文內(nèi)容、CRC校驗(yàn)值和報(bào)文尾構(gòu)成完整的一頓通信報(bào)文。其中報(bào)文頭和報(bào)文尾的值都是固定的，為“01111110”的8比特序列。發(fā)送端報(bào)文的內(nèi)容將自動(dòng)地插入一個(gè)“0”到連續(xù)5個(gè)“1”之后，用于區(qū)別報(bào)文頭及報(bào)文尾；同樣，接收端收到連續(xù)五個(gè)“1”后將自動(dòng)地去掉插入的“0”。發(fā)送端將報(bào)文內(nèi)容除以一個(gè)多項(xiàng)式，把余數(shù)當(dāng)作CRC校驗(yàn)值的內(nèi)容并作為報(bào)文發(fā)送；相應(yīng)地，接收端也將報(bào)文內(nèi)容除以同樣多項(xiàng)式，將余數(shù)與接收到的CRC校驗(yàn)值進(jìn)行比較，若兩者相等，則表明報(bào)文沒有錯(cuò)誤，否則認(rèn)為報(bào)文未通過CRC校驗(yàn)或發(fā)生誤碼。

其中，線路縱聯(lián)距離（方向）保護(hù)裝置傳送的具體內(nèi)容包括線路故障方向和地址碼；線路縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)裝置傳送的具體內(nèi)容包括三相電流采樣值或電流向量值、地址碼及通信時(shí)標(biāo)。

2 繼電保護(hù)對(duì)通道時(shí)延的要求

2.1 對(duì)時(shí)延長(zhǎng)短的要求

線路縱聯(lián)距離（方向）保護(hù)對(duì)時(shí)延的要求，雖然故障方向的判別僅僅依賴于本側(cè)的電氣量，判別時(shí)間也與通道時(shí)延沒有關(guān)系，但是，因故障范圍的判別由兩個(gè)因素決定：一是，利用本側(cè)的電氣量確定與本側(cè)裝置相關(guān)的故障方向；二是，由通道確定的與對(duì)側(cè)裝置相關(guān)的故障方向，只有當(dāng)與兩側(cè)保護(hù)裝置相關(guān)的故障方向都確定為正方向時(shí)，裝置才能斷定此次故障是發(fā)生在區(qū)內(nèi)的，因此，通道時(shí)延給裝置動(dòng)作的速度帶來的影響是可以累加的。

線路縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)對(duì)時(shí)延的要求，因工作原理的關(guān)系，通道時(shí)延給裝置動(dòng)作的速度帶來的影響需要從兩個(gè)因素考慮。第一，需結(jié)合兩側(cè)的電氣量來計(jì)算差動(dòng)電流，差動(dòng)電流為當(dāng)前收到的對(duì)側(cè)的電氣量加上對(duì)應(yīng)的本側(cè)的電氣量，而不是本側(cè)的當(dāng)前的電氣量加對(duì)側(cè)的當(dāng)前的電氣量，即要求當(dāng)前所以進(jìn)行的差動(dòng)判據(jù)的電氣量提前一段時(shí)間（至少包括通道時(shí)延+報(bào)文長(zhǎng)度）；第二，為防止因TA斷線而造成的差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)，常用方法為：若本側(cè)裝置想進(jìn)行保護(hù)動(dòng)作，則設(shè)定差動(dòng)方程，只有當(dāng)本側(cè)與對(duì)側(cè)裝置都同時(shí)滿足差動(dòng)方程，才能發(fā)生差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作。一般情況下，保護(hù)裝置只有在啟動(dòng)且滿足設(shè)定的差動(dòng)方程條件下才能向?qū)?cè)發(fā)送允許發(fā)生保護(hù)動(dòng)作的請(qǐng)求?？赏ㄟ^兩種方法啟動(dòng)保護(hù)動(dòng)作：一是，對(duì)側(cè)裝置也有發(fā)生保護(hù)動(dòng)作的請(qǐng)求；二是，對(duì)側(cè)裝置滿足差動(dòng)方程且發(fā)回差動(dòng)允許標(biāo)志。本側(cè)對(duì)側(cè)兩個(gè)方向都需要考慮通道時(shí)延，因此通道時(shí)延對(duì)線路縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作速度將產(chǎn)生雙倍的影響。

2.2 線路縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)要求通道雙向路由需一致

線路縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)要求通道雙向路由必須一致，這是差動(dòng)計(jì)算、保護(hù)動(dòng)作正確與否的關(guān)鍵因素。目前常用的線路縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)的同步方法主要有采樣時(shí)刻調(diào)整法、采樣數(shù)據(jù)修正法和時(shí)鐘校正法。由于需要借助通道完成，所以統(tǒng)稱為基于數(shù)據(jù)通道的同步方法，具有要求通道收、發(fā)時(shí)延都相等特點(diǎn)。采樣時(shí)刻調(diào)整法通?？煞譃閮刹剑合葴y(cè)算通道延時(shí)，然后結(jié)合通道延時(shí)，由從站測(cè)定本對(duì)兩側(cè)裝置釆樣的誤差，并根據(jù)結(jié)果改變從站采樣脈沖的大小來實(shí)現(xiàn)采樣的同步。

3 誤碼對(duì)繼電保護(hù)影響的分析

3.1 誤碼對(duì)報(bào)文的影響

主要體現(xiàn)在以下三方面：

1）誤碼造成報(bào)文內(nèi)容或者CRC校驗(yàn)值中的某一位的值出現(xiàn)錯(cuò)誤，致使報(bào)文不能通過CRC校驗(yàn)；

2）誤碼造成報(bào)文頭或報(bào)文尾中的某一位的值錯(cuò)誤，致使報(bào)文的完整性不全，通信控制芯片報(bào)的報(bào)文出現(xiàn)錯(cuò)誤；

3）報(bào)文的比特?cái)?shù)是8的整數(shù)倍，但通道滑碼有可能使比特?cái)?shù)增加或減少，致使報(bào)文比特?cái)?shù)不為8的整數(shù)倍，從而使通信控制芯片報(bào)變成不完整報(bào)文。

3.2 誤碼對(duì)兩側(cè)裝置采樣同步的影響

通信業(yè)務(wù)在通信路由的切換過程中將中斷數(shù)毫秒，將會(huì)出現(xiàn)非完整的報(bào)文。但線路縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)只要檢測(cè)到有非完整報(bào)文出現(xiàn)，就立即檢測(cè)通道時(shí)延，調(diào)整兩側(cè)裝置采樣的時(shí)刻實(shí)現(xiàn)再同步。報(bào)文的完整性也會(huì)受單個(gè)隨機(jī)誤碼的影響，使線路縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)在通道路由未發(fā)生變化就重新開啟一個(gè)新的同步操作，將會(huì)使線路縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)閉鎖數(shù)十毫秒。因線路縱聯(lián)距離或縱聯(lián)方向保護(hù)只需要允許信號(hào)，不要求通道時(shí)延也相同，不需要使兩側(cè)裝置的采樣時(shí)間進(jìn)行同步，通道誤碼只影響當(dāng)前通信報(bào)文的正確性，不影響之后的報(bào)文。

3.3 誤碼對(duì)保護(hù)判據(jù)的關(guān)聯(lián)性影響

線路縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)判據(jù)只利用線路兩側(cè)的電氣量，因通道問題造成當(dāng)前的數(shù)據(jù)信息丟失，將會(huì)對(duì)保護(hù)判據(jù)接下來的動(dòng)作產(chǎn)生影響。線路縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)通常采用異步抗飽和法來防止因區(qū)外故障TA飽和而導(dǎo)致保護(hù)誤動(dòng)情況發(fā)生。故障開始時(shí)刻TA不會(huì)達(dá)到飽和，保護(hù)判據(jù)不需要采用抗飽和措施，但若故障在初始階段出現(xiàn)誤中貞，保護(hù)動(dòng)作啟動(dòng)較慢，則要求啟動(dòng)抗飽和判據(jù)，經(jīng)過連續(xù)幾頓判別后保護(hù)動(dòng)作將變慢。如果保護(hù)設(shè)置保護(hù)動(dòng)作在連續(xù)多次達(dá)到差動(dòng)判據(jù)要求后才啟動(dòng)，差動(dòng)保護(hù)將因中間出現(xiàn)一個(gè)誤幀而延遲幾頓時(shí)間后才動(dòng)作。

考慮到縱聯(lián)距離（方向）保護(hù)對(duì)于故障方向的判別只依賴于本側(cè)電氣量，在充分考慮采取有效措施防止功率倒向的問題后，為更好的提升保護(hù)動(dòng)作的可靠性，即使裝置連續(xù)收到多個(gè)誤頓，最后收到對(duì)側(cè)的信號(hào)也一直保持為動(dòng)作允許標(biāo)識(shí)。利用載波通道當(dāng)為線路縱聯(lián)保護(hù)的信息傳輸通道時(shí)，通常采用閉鎖式保護(hù)來防止因線路的多相故障而引起的通信中斷。但光纖通信中的誤碼及信號(hào)中斷同線路故障之間沒有必然的聯(lián)系；并且通過光纖通道傳輸?shù)臄?shù)據(jù)信息，有誤碼并且通過CRC校驗(yàn)的概率趨向于零，收到通過CRC校驗(yàn)的報(bào)文是可靠安全的；綜合光纖通信的高可靠性和縱聯(lián)保護(hù)的邏輯判別特點(diǎn)，采用光纖通道的線路縱聯(lián)距離（方向）保護(hù)作為線路主保護(hù)時(shí)，宜采用允許式。

3.4 誤碼對(duì)繼電保護(hù)日閉鎖時(shí)間的影響

通信系統(tǒng)在正常運(yùn)行情況下，通道隨機(jī)誤碼是唯一影響通信可靠性的因素，為監(jiān)測(cè)通道誤碼對(duì)繼電保護(hù)正常運(yùn)行影響程度，可定義“日閉鎖時(shí)間”如下式所示：

式中：Pe，km為每公里的通道誤碼率；Br為通道波特率；L為通道長(zhǎng)度；Tf為每頓報(bào)文的長(zhǎng)度（有效時(shí)間）；Ts為報(bào)文發(fā)送的時(shí)間間隔；Tb為每一誤頓引起的保護(hù)閉鎖時(shí)間。

對(duì)于特定的通道，Pe，km、L、Br為常數(shù)， 為了保證正常情況下繼電保護(hù)的動(dòng)作速度，Ts通常盡可能取較小的值，因此從繼電保護(hù)本身出發(fā)，減小誤碼影響的有效途徑是使得Tb、Tf值盡可能小。對(duì)于64kb/s通道，可以得到在G.821規(guī)定的通道性能要求下，線路縱聯(lián)保護(hù)日閉鎖時(shí)間。

4 結(jié)束語

總之，光纖通道己經(jīng)成為繼電保護(hù)傳輸通道的首選，為保證光纖保護(hù)信號(hào)的正常傳輸，繼電保護(hù)對(duì)傳輸通道的抗干擾能力提出了更高的要求，而如何有效解決光纖通道干擾問題成為光纖保護(hù)正確動(dòng)作的關(guān)鍵。

［1］許西平,王鵬.光纖通道應(yīng)用于繼電保護(hù)中的若干問題探討[J].繼電器,2007,35(4):75-86.

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［3］張少凡.光纖在繼電保護(hù)中的應(yīng)用[J].廣東電力,2003,16(4):49-52.