利用光纖通道傳輸保護(hù)信號(hào)的實(shí)踐研究

龔耀庭

（中國(guó)移動(dòng)通信集團(tuán)江蘇有限公司鎮(zhèn)江分公司，江蘇 鎮(zhèn)江 212000）

利用光纖通道傳輸保護(hù)信號(hào)的實(shí)踐研究

龔耀庭

（中國(guó)移動(dòng)通信集團(tuán)江蘇有限公司鎮(zhèn)江分公司，江蘇 鎮(zhèn)江 212000）

文章首先對(duì)光纖通道傳輸保護(hù)信號(hào)的主要方式進(jìn)行簡(jiǎn)要介紹，在此基礎(chǔ)上對(duì)利用光纖通道傳輸保護(hù)信號(hào)的實(shí)現(xiàn)方法進(jìn)行論述，以期對(duì)保護(hù)信號(hào)傳輸可靠性的提升有所幫助。

光纖；通道傳輸；保護(hù)信號(hào)

1 光纖通道傳輸保護(hù)信號(hào)的主要方式

現(xiàn)階段，比較常見的光纖通道傳輸保護(hù)信號(hào)的方式主要有專用光纖通道和復(fù)用光纖通道兩種。

1.1 專用光纖通道

專用光纖通道具體是指保護(hù)裝置的保護(hù)信號(hào)經(jīng)由光纖接口裝置進(jìn)行傳輸，信號(hào)的整個(gè)傳輸過程不會(huì)經(jīng)過通信設(shè)備。該方式采用的是同步通信及SDLC通信幀，其較為突出的特點(diǎn)是便于運(yùn)維、中間環(huán)節(jié)少、可靠性較高。電力系統(tǒng)當(dāng)中使用的繼電保護(hù)裝置普遍都是以LED作為光源器件，該器件的輸出功率相對(duì)較低。而PN二極管作為光纖接收器件，其靈敏度比較高，但保護(hù)信號(hào)的傳輸距離卻比較短，正因如此，使得該方式較為適合在中短線路保護(hù)傳送中進(jìn)行應(yīng)用。在此需要著重闡明的一點(diǎn)是，電網(wǎng)中的高壓輸電線路所采用的微機(jī)保護(hù)為雙重化配置，因?yàn)榕渲迷聿煌?，所?條高壓輸電線至少需要占用4芯，由于備份光纖的數(shù)量更多，從而使得會(huì)占用較大的光纖資源。如果光纜采用的是光纖復(fù)合架空地線（Optical Fiber Composite Overhead Ground Wire，OPGW）或是管道光纜，其自身的可靠性較高，此時(shí)可以考慮選用這種方式[1]。

1.2 復(fù)用光纖通道

復(fù)用光纖通道具體是指保護(hù)裝置經(jīng)由保護(hù)光纖接口裝置，將保護(hù)信號(hào)傳給相關(guān)的通信設(shè)備，隨后經(jīng)過光纖通道傳輸至對(duì)側(cè)，該方式在電壓等級(jí)較高的系統(tǒng)中應(yīng)用較多，如500 kV等。隨著變電站綜自化系統(tǒng)的廣泛應(yīng)用，保護(hù)全被安裝到了小室當(dāng)中，而通信機(jī)房位于主控制樓內(nèi)，兩者的距離較遠(yuǎn)。借助接口裝置，保護(hù)裝置將電信號(hào)轉(zhuǎn)換為光信號(hào)，在利用光纖將該信號(hào)傳給機(jī)房?jī)?nèi)的通信接口設(shè)備，該設(shè)備則會(huì)將接收到的光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，隨后傳給數(shù)字復(fù)接設(shè)備，進(jìn)而復(fù)接到光通信設(shè)備，最后由光通信設(shè)備將保護(hù)信號(hào)傳至對(duì)側(cè)。雖然這種方式的中間環(huán)節(jié)較多，信號(hào)的傳輸過程比較繁瑣，但由于保護(hù)信號(hào)最終是經(jīng)由光同步復(fù)用器進(jìn)行傳輸，從而使其傳輸距離與通信系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了同步，并且不會(huì)單獨(dú)對(duì)光纖資源進(jìn)行占用。

2 利用光纖通道傳輸保護(hù)信號(hào)的實(shí)現(xiàn)方法

2.1 傳輸保護(hù)信號(hào)的影響因素

影響光纖通道傳輸保護(hù)信號(hào)的主要因素有延時(shí)、誤碼以及網(wǎng)同步，下面分別進(jìn)行分析。

2.1.1 延時(shí)

大體上可將延時(shí)分為以下幾種情況：傳輸系統(tǒng)延時(shí)、復(fù)用終端設(shè)備延時(shí)、傳輸設(shè)備延時(shí)等。

（1）傳統(tǒng)系統(tǒng)。從本質(zhì)的角度上講，光信號(hào)和電信號(hào)全部都是電磁場(chǎng)信號(hào)，這種信號(hào)的特點(diǎn)是在一定的傳輸介質(zhì)當(dāng)中，信號(hào)的傳播速度有限，傳輸介質(zhì)的折射率決定了信號(hào)的傳播速度。由相關(guān)計(jì)算結(jié)果可知，在光纖當(dāng)中，光信號(hào)每1 km的延時(shí)約為50 μs。

（2）復(fù)用終端設(shè)備。該設(shè)備產(chǎn)生的延時(shí)主要包括以下幾個(gè)環(huán)節(jié)：編碼器、復(fù)用器以及分解器等。信號(hào)的復(fù)接與分解過程全部都是在2 Mbit/s的條件下完成的，抽樣結(jié)果為8 000 Hz，編碼為8 bit，同時(shí)將輸入濾波器的延時(shí)計(jì)算在內(nèi)，復(fù)用終端設(shè)備所產(chǎn)生的延時(shí)約為60 050 μs。

（3）傳輸設(shè)備。由于同步數(shù)字體系（Synchronous Digital Hierarchy，SDH）設(shè)備需要完成開銷及連接處理，因此會(huì)隨之產(chǎn)生一定的傳輸延時(shí)，因該數(shù)值目前尚未實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化，不同廠家生產(chǎn)的設(shè)備在設(shè)計(jì)方法上有所區(qū)別，所以必然會(huì)出現(xiàn)不同的結(jié)果。此外，安裝質(zhì)量問題或是網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浒l(fā)生變化，也都可能引起傳輸延時(shí)。

2.1.2 誤碼

誤碼對(duì)傳輸保護(hù)信號(hào)的影響主要體現(xiàn)在如下幾個(gè)方面：（1）相關(guān)規(guī)定要求，進(jìn)行繼電保護(hù)信號(hào)傳輸?shù)奈⒉ㄍǖ兰僭O(shè)參考數(shù)字段的可用性指標(biāo)不得低于99.97%，如果不足，將會(huì)對(duì)傳輸保護(hù)信號(hào)造成一定的影響。（2）SDH系統(tǒng)在運(yùn)行的過程中由于其內(nèi)部機(jī)制比較特殊，從而引起誤碼，其中典型的因素包括噪聲源、碼間干擾、定位抖動(dòng)、復(fù)用器或交換機(jī)誤碼等。

2.1.3 網(wǎng)同步

為達(dá)到64 kbit/s收發(fā)數(shù)據(jù)同步復(fù)接的規(guī)定要求，在傳輸保護(hù)信號(hào)兩端所采用的脈沖編碼調(diào)制（Pulse Code Modulation，PCM）必須保證同步，如果不同步，將會(huì)造成滑碼，從而使保護(hù)裝置出現(xiàn)校驗(yàn)碼報(bào)警的故障提示，由此會(huì)對(duì)運(yùn)行可靠性造成影響。

2.2 光纖通道傳輸保護(hù)的實(shí)現(xiàn)

2.2.1 光纜布設(shè)

OPGW光纜承載繼電保護(hù)需將光纖與地線合為一體，這種布設(shè)方式適用于新建路線，可大幅度提高光纜線路可靠性。光纖施工工藝十分復(fù)雜，必須強(qiáng)化施工質(zhì)量控制，并且光纜傳輸要經(jīng)過多個(gè)連接環(huán)節(jié)，包括轉(zhuǎn)接端子箱、電纜層、光纜機(jī)、高壓線路等。所以，要以確保光纖保護(hù)通道正常為前提，加強(qiáng)光纜施工過程管理，從而保證投入運(yùn)行的保護(hù)裝置不會(huì)出現(xiàn)測(cè)試誤差，消除保護(hù)裝置誤動(dòng)作隱患[2]。

2.2.2 相關(guān)設(shè)備布設(shè)

根據(jù)繼電保護(hù)通道配置的相關(guān)要求，若兩套繼電保護(hù)通道承載同一條線路，則必須保證光纖設(shè)備與電源設(shè)備相互獨(dú)立運(yùn)行，采用雙配置的布設(shè)方法。電源主要包括光傳輸設(shè)備電源、保護(hù)PCM電源、繼電保護(hù)設(shè)備電源，在對(duì)電源進(jìn)行雙配置時(shí)，需對(duì)上述所有電源進(jìn)行雙配置。在兩套電源系統(tǒng)中，要分別接入同一輸電線路的兩組通信設(shè)備，設(shè)置電源轉(zhuǎn)換模塊，針對(duì)獨(dú)立雙路電源提供熱備份，并使用雙分路開關(guān)控制通信設(shè)備電源，從而增強(qiáng)通信設(shè)備與電源的安全性。

2.2.3 路由規(guī)劃

若光纖網(wǎng)絡(luò)尚未形成環(huán)網(wǎng)，則可將同一光纜的不同纖芯看作是相互獨(dú)立運(yùn)行的雙通道。一旦光纖網(wǎng)絡(luò)形成環(huán)網(wǎng)，為了保證其中一條光纜損壞不影響另一條線路的正常運(yùn)行，也應(yīng)當(dāng)采用雙重化的路由規(guī)劃方法，保證兩條路由獨(dú)立運(yùn)行[3]。但必須注意的是，光傳輸系統(tǒng)存在一定的時(shí)延問題，若采用1+1路由進(jìn)行繼電保護(hù)業(yè)務(wù)，那么極有可能在不同的路由中接收與發(fā)送信息。加之，雙重化路由存在著較大的狀態(tài)差異，進(jìn)而易導(dǎo)致繼電保護(hù)時(shí)延不同，若時(shí)延過大，則會(huì)引發(fā)繼電保護(hù)誤動(dòng)作。為避免上述情況發(fā)生，應(yīng)采用1+0路由規(guī)劃方案，保證路由可同時(shí)收發(fā)信息。

2.2.4 光纖通道布置

主保護(hù)的光纖通道可以采取如下幾種配置方式：（1）雙路光纖專用通道，兩路采用不同的路由器；（2）光纖專用通道+光纖復(fù)用通道；（3）雙路光纖復(fù)用通道，路由的配置方式與光纖專用通道相同。OPGW光纖具備可靠性高的特點(diǎn)，同一光纖內(nèi)存在多個(gè)纖芯，這些纖芯可被視為不同路由。為了提高光纖主保護(hù)的可靠性，可對(duì)具備SDH環(huán)網(wǎng)條件的光纖設(shè)置迂回通道。具體的光纖通道布置如下：（1）設(shè)置專用光纖通道，對(duì)同一線路實(shí)施雙重保護(hù)，該布置方案適用于220 kV終端變電所。（2）在兩路光纖通道中，設(shè)置一路專用光纖通道和一路復(fù)用通道，并且以專用光纖通道為優(yōu)先選擇，該布置方案適用于220 kV樞紐變電所。（3）針對(duì)500 kV線路的光纖通道布置，應(yīng)根據(jù)線路距離長(zhǎng)短設(shè)置通道。若線路距離較長(zhǎng)，則應(yīng)采用兩條復(fù)用通道的方式，并將物理隔離設(shè)置在復(fù)用通道的各個(gè)傳輸節(jié)點(diǎn)上，以避免兩條通道同時(shí)停止運(yùn)行。若線路距離較短，可分別設(shè)置專用光纖通道和SDH光纖復(fù)用通道，保證專用光纖獨(dú)立運(yùn)行，與此同時(shí)還可以充分發(fā)揮復(fù)用通道迂回的作用。在對(duì)新建線路進(jìn)行光纖通道配置時(shí)，應(yīng)對(duì)每套主保護(hù)設(shè)置兩條復(fù)用通道，這樣一來，在一條通道停止運(yùn)行的情況下，另一條備用通道會(huì)自動(dòng)切換到運(yùn)行狀態(tài)，保證光纖通道運(yùn)行的安全性和可靠性[4]。

2.2.5 時(shí)鐘設(shè)置

時(shí)鐘設(shè)置是保證光纖傳輸準(zhǔn)確的重要因素，針對(duì)不同類型的光纖通道，其時(shí)鐘設(shè)置也有所不同。在專用光纖通道中，時(shí)鐘設(shè)置可采取主—主、主—從的方式，但由于主—從的時(shí)鐘設(shè)置方式需要提取接收中的數(shù)據(jù)流，影響提取的準(zhǔn)確性，所以在一般情況下應(yīng)選擇主—主的設(shè)置方式；在64 kbit/s復(fù)用通道中，時(shí)鐘設(shè)置采用從—從模式，將兩側(cè)控制字均設(shè)置為0；而在2 Mbit/s復(fù)用通道中，時(shí)鐘設(shè)置采用主-主模式，將兩側(cè)控制字均設(shè)置為1。

3 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，在電力系統(tǒng)的高壓輸電線路當(dāng)中，光纖保護(hù)技術(shù)獲得了廣泛應(yīng)用。為提高保護(hù)信號(hào)的傳輸可靠性，除了應(yīng)當(dāng)對(duì)光纖通道進(jìn)行合理選擇之外，還應(yīng)對(duì)光纖保護(hù)通道進(jìn)行科學(xué)配置，只有這樣，才能使其功能和作用得以最大限度地發(fā)揮。

[1] 張?jiān)?關(guān)于鐵路通信網(wǎng)光纖傳輸安全及其保護(hù)措施分析[J].中國(guó)新通信，2016（1）：32-33.

[2] 郭僑，沈晗陽(yáng)，胡誠(chéng).光纖自愈網(wǎng)應(yīng)用于輸電線路縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)的研究[J].中國(guó)新通信，2016（8）：98-99.

[3] 周瀚.基于2M光接口的繼電保護(hù)信號(hào)傳輸可靠性研究[D].南寧：廣西大學(xué)，2016.

[4] 趙本水，張瑋，李磊.關(guān)于500 kV輸電線路光纖保護(hù)通道的優(yōu)化方案[J].齊魯工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2017（6）：76-77.

Practical research on transmitting protection signals by fi ber channel

Gong Yaoting
（Zhenjiang Branch of China Mobile Group Jiangsu Co., Ltd., Zhenjiang 212000, China）

In this article, the main ways of transmitting protection signals by fi ber channel are introduced brie fl y. On the basis of this,the realization method of using fi ber channel to transmit protection signal is discussed, with a riew to helping the improvement of the reliability of signal transmission.

optical fi ber; channel transmission; signal protection

龔耀庭（1982— ），男，江蘇鎮(zhèn)江人，工程師，學(xué)士；研究方向：光纖通信傳輸，光纖通信系統(tǒng)。