線路保護(hù)與通道選擇

呂海智

（廣東電網(wǎng)有限責(zé)任公司茂名供電局，廣東茂名 525100）

線路保護(hù)與通道選擇

呂海智

（廣東電網(wǎng)有限責(zé)任公司茂名供電局，廣東茂名 525100）

不同線路保護(hù)對(duì)通信通道有不同的要求。通過論述傳輸通道和線路保護(hù)的原理要求，分析通道衰耗和SDH自愈環(huán)倒換對(duì)時(shí)延的影響，總結(jié)出當(dāng)選擇2M復(fù)用保護(hù)通道作為線路縱差保護(hù)通道時(shí)，不宜使用通道自愈環(huán)功能的結(jié)論。

線路保護(hù)；通信通道；衰耗；時(shí)延

1 概述

在目前的電力系統(tǒng)中，線路保護(hù)主要有縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)和線路縱聯(lián)距離（方向）保護(hù)，為線路保護(hù)信息所提供的通信通道主要有三種形式：電力線載波、光纖直傳和SDH網(wǎng)絡(luò)傳輸。電力線載波因其技術(shù)的局限性，已逐漸被淘汰，故本文不再累述，利用光纖直傳和SDH網(wǎng)絡(luò)傳輸是當(dāng)前最主要的運(yùn)用形式。

2 通道衰耗對(duì)線路保護(hù)信息傳輸?shù)挠绊?/h2>

在SDH傳輸網(wǎng)中，由于線路保護(hù)裝置與通信設(shè)備間的距離很近，基本上不存在信號(hào)衰減的問題，通道衰耗主要是影響光纜直傳模式。

圖1為線路保護(hù)光纖直傳的接線圖，通道衰耗指的是從A站保護(hù)裝置發(fā)光口至B站保護(hù)裝置接收口光信號(hào)的衰耗（或B發(fā)至A收）。整個(gè)通道的衰耗除了線路光纜的衰耗，還包括了在站內(nèi)轉(zhuǎn)接的衰耗，實(shí)際經(jīng)驗(yàn)表明，在站內(nèi)轉(zhuǎn)接的衰耗還是挺大的，在設(shè)計(jì)時(shí)就應(yīng)充分考慮。

假設(shè)光纜線路長(zhǎng)40 km，平均衰耗0.34 DB/km（波長(zhǎng)1 310 nm），兩端站內(nèi)轉(zhuǎn)接衰耗均為2 DB，保護(hù)裝置的發(fā)光功率為0 DBm，收光范圍為-5～-15 DBm，那么通道重衰耗=0.34×40+2× 2=17.6 DB，收光光功率為-17.6 DBm，在保護(hù)裝置收光的接收范圍之外，這樣的設(shè)備不能用于這條線路。需強(qiáng)調(diào)的是，在這種情況下不能使用光纖放大器，因?yàn)楣饫w放大器會(huì)引起保護(hù)裝置的誤判。

圖1 線路保護(hù)光纜直傳接線圖

同理，若線路很短，發(fā)光功率很高，接受端可能收光功率過高，超出接收范圍，這時(shí)只需要串接合適的衰耗器即可。

由于采用光纖直傳方式不存在時(shí)延、帶寬等問題，只要接收光功率在許可范圍內(nèi)，兩種線路保護(hù)方式都可使用。

3 通道時(shí)延對(duì)線路保護(hù)的影響

時(shí)延是指數(shù)字信號(hào)傳輸?shù)娜簳r(shí)延，即數(shù)字信號(hào)以群速通過一個(gè)數(shù)字連接所經(jīng)過的時(shí)間。引起時(shí)延的原因主要有兩種：一是由傳輸媒質(zhì)引起，此種時(shí)延與傳輸距離成正比，傳輸距離越長(zhǎng)時(shí)延就越大，但在電、光信號(hào)傳輸中，這種時(shí)延幾乎可以忽略不計(jì)；二是由傳輸鏈路的節(jié)點(diǎn)設(shè)備引起，信號(hào)的處理，如采樣、量化、封裝再到分插、復(fù)用都需要一定的時(shí)間，鏈路節(jié)點(diǎn)越多，信號(hào)處理所花的時(shí)間也就越多，這是時(shí)延的最主要原因。

（1）通道時(shí)延對(duì)線路縱差保護(hù)的影響

在電力系統(tǒng)中，線路縱差保護(hù)普遍采用基于數(shù)據(jù)通道的的同步方法。其原理是首先測(cè)定通道時(shí)延，然后根據(jù)所測(cè)的通道時(shí)延以及兩側(cè)裝置采樣時(shí)刻的誤差，調(diào)整從機(jī)的采樣脈沖，從而實(shí)現(xiàn)采樣同步[1]。

1）縱差線路保護(hù)通道時(shí)延的測(cè)定

如圖2所示，縱差保護(hù)的通道時(shí)延測(cè)定公式為：

要使式（1）成立，必須滿足一個(gè)條件，那就是通道收、發(fā)雙向時(shí)延相等。

2）裝置采樣時(shí)刻測(cè)定誤差的測(cè)定

如圖3所示，主機(jī)和從機(jī)根據(jù)采樣時(shí)刻，可以測(cè)算得出兩側(cè)裝置采樣時(shí)刻的誤差ΔTs。如圖2所示，此時(shí)主機(jī)采樣時(shí)刻滯后于從機(jī)采樣時(shí)刻ΔTs，因此從機(jī)在下一個(gè)采樣間隔TSS＞TSM進(jìn)行調(diào)整，使得ΔTs→0。當(dāng)ΔTs＜ξ時(shí)（ξ為可接受值），可以認(rèn)為，兩側(cè)的繼電保護(hù)裝置就實(shí)現(xiàn)了采樣同步。

圖2 測(cè)量通道時(shí)延

若此時(shí)雙向通道時(shí)延不一致，從機(jī)發(fā)送給主機(jī)方向的通道時(shí)延為設(shè)Td1，主機(jī)發(fā)送給從機(jī)方向的通道時(shí)延設(shè)為Td2，根據(jù)式（1）可以得出測(cè)定的通道時(shí)延，記為：

圖3 采樣同步

那么，兩個(gè)方向?qū)嶋H通道時(shí)延和測(cè)定的通道時(shí)延的誤差為：

因此，無(wú)論是在線路正常運(yùn)行，還是發(fā)生區(qū)外故障時(shí)，由于兩側(cè)通道時(shí)延不一致，而等效得到線路的差動(dòng)電流，可記錄為：

其中，IL是線路的穿越電流。設(shè)k為制動(dòng)系數(shù)，則裝置制動(dòng)電流記為Izd=k·2IL。若兩側(cè)保護(hù)裝置運(yùn)行中達(dá)到

線路縱差保護(hù)就可能引起裝置誤動(dòng)。

根據(jù)以上分析，可以得出結(jié)論，即線路縱差保護(hù)要求收發(fā)通道的時(shí)延一致，這就是縱差保護(hù)通道的時(shí)延基本要求。

（2）通道時(shí)延對(duì)線路縱聯(lián)距離（方向）保護(hù)影響

縱聯(lián)距離保護(hù)，是指根據(jù)反應(yīng)保護(hù)安裝處到故障點(diǎn)之間的距離的遠(yuǎn)近確定動(dòng)作時(shí)限的一種保護(hù)裝置。但采用縱聯(lián)距離保護(hù)方式，通信通道的傳輸質(zhì)量很關(guān)鍵，通道質(zhì)量主要由錯(cuò)誤幀、丟失幀和通道編號(hào)三的指標(biāo)決定[1]：

錯(cuò)誤幀，每幀數(shù)據(jù)進(jìn)行CRC校驗(yàn)，當(dāng)錯(cuò)誤幀大于設(shè)定值時(shí)，報(bào)通道失效；

丟失幀，通信速率恒定，每秒鐘收幀數(shù)恒定，當(dāng)丟失幀數(shù)大于設(shè)定值，報(bào)通道中斷；

通道編號(hào)，通道增加編號(hào)校驗(yàn)，如果通道連接錯(cuò)誤，報(bào)通道編號(hào)不匹配。

若出現(xiàn)以上三種情況，縱聯(lián)保護(hù)收信狀態(tài)立即置為無(wú)收信狀態(tài)，在分相允許式邏輯下可以實(shí)現(xiàn)對(duì)縱聯(lián)保護(hù)的閉鎖?？v聯(lián)距離保護(hù)信息數(shù)據(jù)的傳輸速率一般采用復(fù)用2 Mb/s，保護(hù)通道滿足相關(guān)技術(shù)要求，整個(gè)通道時(shí)延通常不大于5 ms（經(jīng)過多條通道實(shí)測(cè)），滿足線路兩側(cè)保護(hù)間的電流數(shù)據(jù)和開關(guān)量同步交換要求。

對(duì)于線路距離（方向）保護(hù)而言，其繼電保護(hù)信息傳送的是開關(guān)量，不需要考慮兩側(cè)保護(hù)裝置的采樣同步問題，即使存在通道時(shí)延，也不需要啟動(dòng)較長(zhǎng)的同步過程。因此，通道時(shí)延對(duì)線路縱聯(lián)距離（方向）保護(hù)沒有影響。

4 SDH自愈環(huán)保護(hù)倒換引起的時(shí)延不一致問題

茂名電網(wǎng)SDH傳輸網(wǎng)采用二纖雙向通道倒換環(huán)的自愈環(huán)技術(shù)，為“雙發(fā)選收”的結(jié)構(gòu)。如圖4（a）所示，假設(shè)主用路由為S1，保護(hù)路由為P1。在通道正常情況下，收端只接收主用方向，即S1上的信號(hào)。如圖4（b）所示，當(dāng)S1中某一節(jié)點(diǎn)發(fā)生故障時(shí)（如光纖線路中斷、設(shè)備故障等），收端將啟動(dòng)通道自動(dòng)倒換（APS），只接收保護(hù)路由P1上的信號(hào)，從而使業(yè)務(wù)保持正常通信，用戶甚至不能檢測(cè)出通道發(fā)生故障[2]。這就是SDH傳輸網(wǎng)采用二纖雙向通道倒換環(huán)的自愈倒換，但這一看似簡(jiǎn)單的倒換過程，卻因?yàn)樾盘?hào)經(jīng)過的鏈路與原來的不一致，而產(chǎn)生了傳輸時(shí)延的差異。故障排除后，收端的倒換開關(guān)將自動(dòng)切換回主用路由S1。對(duì)于通道倒換環(huán)，業(yè)務(wù)的保護(hù)是以通道為基礎(chǔ)的，倒換的發(fā)生與主備用通道路由的信號(hào)質(zhì)量?jī)?yōu)劣有關(guān)，通常利用簡(jiǎn)單的通道AIS（Alarm Indication Signal）信號(hào)來決定是否倒換。

對(duì)于上述的二纖雙向通道倒換環(huán)，在正常情況下，通道雙向收發(fā)路由能基本保持一致，或者時(shí)延差足夠小可以忽略。但是，在單纖故障等情況下，會(huì)發(fā)生單側(cè)倒換的情況，造成兩側(cè)裝置的通道收發(fā)路由不一致，傳輸距離、傳輸鏈路節(jié)點(diǎn)都可能不一致，這必定產(chǎn)生雙向路由時(shí)延的差異。這種通道收發(fā)時(shí)延差，不符合線路縱差保護(hù)對(duì)通道雙向時(shí)延一致性的基本要求。因此，與線路縱聯(lián)距離保護(hù)不同，在使用2M復(fù)用通道作為線路縱差保護(hù)通道時(shí)，電路配置不可采用自愈環(huán)保護(hù)，以避免保護(hù)切換時(shí)出現(xiàn)通道雙向時(shí)延不一致的現(xiàn)象而影響線路保護(hù)動(dòng)作。

圖4 二纖雙向通道倒換環(huán)

5 結(jié)論

綜上所述，可得出如下結(jié)論。

（1）光纖直傳模式可用于線路縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)和線路縱聯(lián)距離（方向）保護(hù)信息傳輸，但應(yīng)注意保護(hù)裝置通信性能與通道衰耗。

（2）線路縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)，其通道不能采用SDH的自愈環(huán)功能，即不能配置SNCP（子網(wǎng)連接保護(hù)），否則將可能引起保護(hù)裝置的誤動(dòng)；對(duì)于每套線路縱差保護(hù)，可采用獨(dú)立的雙通道方式以提高可靠性。

（3）用于線路縱聯(lián)距離（方向）保護(hù)、安全自動(dòng)裝置及其他輔助保護(hù)通道，可以采用SDH的自愈環(huán)功能以保證業(yè)務(wù)的可靠性。

［1］楊曉敏.電力系統(tǒng)繼電保護(hù)原理及應(yīng)用［M］.北京：中國(guó)電力出版社，2006.

［2］韋樂平.光同步數(shù)字傳送網(wǎng)［M］.北京：人民郵電出版社，1995.

Line Protection and Communication Channel Selection

LV Hai-zhi
（Guangdong Power Grid Co.，Ltd.Maoming Power Supply Bureau，Maoming525100，China）

Different line protection type has different requirements on communication channel.This paper discusses the transmission channel and line protection principle requirements，analyzcs how channel attenuation and SDH self-healing switching delay affect line protection，and comes to the conclusion that while choosing 2M multiplexing channel as line differential protection channel，the channel should not use self-healing capabilities.

line protection；communication channel；attenuation；delay

TM75

：A

：1009－9492(2014)12－0162－03

10.3969/j.issn.1009-9492.2014.12.041

呂海智，男，1976年生，廣東高州人，大學(xué)本科，工程師。研究領(lǐng)域：電力系統(tǒng)通信運(yùn)維及管理。已發(fā)表論文3篇。

(編輯：向 飛)

2014－11－17