論述繼電保護中光纖通信技術(shù)應(yīng)用

胡金德

摘要：本文結(jié)合高壓線路保護裝置光纖電流差動光纖接口，分析了繼電保護中光纖通信系統(tǒng)，特別是光纖通道的專用 方式、復(fù)用方式等連接方式的通信體系結(jié)構(gòu)，并分析了各種連接方式下影響光纖通道通信性能的因素，最后分析了繼電保護光纖通信中的通道連接狀態(tài)以及常見問題的處理方法。

關(guān)鍵詞：繼電保護；光纖通信技術(shù)；應(yīng)用

0 引言

光纖通道相對于常規(guī)的通信方式有許多卓越性能，如傳輸量大、抗電磁干擾能力強、運行可靠等，越來越廣泛的應(yīng)用于電力系統(tǒng)繼電保護方面，光纖通道成為進行信息傳輸?shù)闹饕侄?。在繼電保護光纖通信系統(tǒng)，一般采用單模光纖傳輸模式，傳輸距離不同，波長的選擇也不同，繼電保護裝置之間進行通信的光纖通道有專用和復(fù)用兩種，復(fù)用方式有兩種規(guī)格，分別是64Kbit/s和2Mbit/s。

本文針對不同的通信方式，介紹了光纖通信的主要技術(shù)內(nèi)容，包括通道連接方式、時鐘方式、光接收功率、光發(fā)送功率、通道裕度等，最后總結(jié)了光纖通道技術(shù)在繼電保護中的通道連接狀態(tài)以及常見的處理方法。

1 專用光纖通信方式

在專用光纖通信方式下，為達到繼電保護的目的，要敷設(shè)專用的光纖通道，負責傳輸繼電保護信息。專用方式受到受光收、發(fā)接口距離以及敷設(shè)光纜費用的限制，一般通信距離在100千米之內(nèi)。

專用方式的優(yōu)點是光纜終端箱直接接入保護設(shè)備的光、收發(fā)接口，不需要增加其他設(shè)備，可靠性較強，不涉及通信調(diào)度，管理起來比較簡易。專用方式主要應(yīng)用于城網(wǎng)線路保護以及發(fā)電廠和電力系統(tǒng)之間進行重要線路的保護。

1.1通信性能的影響因素

專用方式下的通信距離不是很大，通信通道的中間環(huán)節(jié)也不多，傳輸?shù)墓庑盘柺艿降母蓴_較小，影響通道性能的主要是光發(fā)送的時鐘方式、發(fā)送功率、接收功率、飽和功率以及通道裕度。

要使用光功率計來測試光功率，光功率計波長一般1300/1310nm和1500/1550nm兩種，使用前要進行校準。

1.1.1時鐘方式

專用方式下要設(shè)置一端光收、發(fā)接口的發(fā)送模塊為主時鐘，這樣可以為光發(fā)送數(shù)據(jù)提供時鐘基準。可以設(shè)置“主--主”時鐘工作方式，這種方式下發(fā)送數(shù)據(jù)時時鐘采用的是內(nèi)部時鐘，接收數(shù)據(jù)時采用從接收數(shù)據(jù)流提取的時鐘。

1.1.2光發(fā)送功率

光發(fā)送功率可以影響傳輸距離，在專用方式下要測量和校驗光發(fā)送功率。光纖跳線的一端接入光發(fā)射口，另一端接光功率計進行測試，讀表上的穩(wěn)定值，發(fā)送功率為穩(wěn)定值加2dB，光發(fā)射功率一般大于光額定發(fā)送功率。

1.1.3光接收功率

光接收功率影響光纖的通信性能，接收功率如果小于光接收模塊的靈敏度，會影響傳輸性能，測量發(fā)送功率后同時要測量光接收功率。將接收到的光信號接入光功率計，光功率計測量的功率值為接收功率，接收功率要滿足光器件接收功率的靈敏度，要有一定的裕度。

1.1.4光器件飽和功率

如果光接收功率太低，會降低通信傳輸性能，如果接收功率過大也不好，所以必須監(jiān)測飽和功率，要比較測量獲得的接收功率和光器件飽和功率，一般最大接收功率要小于飽和功率。在專用通信方式下，一般接收功率小于飽和功率。

1.1.5通道裕度的計算

光模塊在作業(yè)時會受到溫度的影響，易老化，要及時校驗光纖通道的裕度。在校驗時發(fā)射功和接收靈敏度取值為測量修正值或者出廠標稱值，其他取經(jīng)驗參考值，一般系統(tǒng)的衰減余量不小于6dB，可以滿足通信要求。

1.1.6擾干擾屏蔽要求

在專用方式下傳輸?shù)氖枪庑盘?，由于沒有中間設(shè)備，所以具有較好抗干擾屏蔽性能，不需要進行額外的處理，保護裝置本身也具有較強的抗干擾屏蔽能力。

1.1.7匹配問題

專用方式的中間環(huán)節(jié)較少，進行連接的保護和通信設(shè)備都是同一個廠家生產(chǎn)的，在考慮設(shè)備的匹配時要注意內(nèi)部阻抗、電平和編碼的匹配問題，一般不會出現(xiàn)不同廠家生產(chǎn)的設(shè)備不匹配的情況。

2 64Kbit/s復(fù)用通信方式

64Kbit/s復(fù)用通信方式下，繼電保護裝置的光收、發(fā)接口與脈碼調(diào)制復(fù)接設(shè)備和復(fù)用通道以及對側(cè)保護裝置進行連接。為了讓保護裝置與PCM復(fù)用設(shè)備進行連接，保護裝置會有一個64Kbit/s的數(shù)據(jù)復(fù)用接口，一般進行同步通信。一般保護設(shè)備位于保護室，64Kbit/s復(fù)用接口存在于通信機房，保護裝置通過光纖傳輸給同向數(shù)據(jù)復(fù)用接口，要將64Kbit/s信號通過PCM設(shè)備連接到SDH復(fù)用通道和對側(cè)保護裝置，這樣可以相互進行信息交換。64Kbit/s復(fù)用方式主要是保護長距離的輸電線路，節(jié)省成本，但是中間環(huán)節(jié)較多。

2.1通信性能影響因素

光收、發(fā)接口發(fā)送的光信號傳送到數(shù)據(jù)復(fù)用接口，由于光的直接傳輸距離較短，所以一般發(fā)射功率、接收功率和通道裕度都可以滿足要求。64Kbit/s復(fù)用方式的中間設(shè)備較多，所以會較多的影響通信性能。

2.1.1時鐘方式

在64Kbit/s復(fù)用方式下PCM設(shè)備提供主時鐘，其他設(shè)備設(shè)置為從時鐘，兩端保護裝置的光發(fā)送數(shù)據(jù)的時鐘方式要設(shè)置為從時鐘，以發(fā)送時鐘從接收數(shù)據(jù)中提取的時鐘為基準時鐘。

2.1.2光功率及通道裕度

復(fù)用方式在實際運行時，要對光功率進行測量和驗證，光收、發(fā)接口的飽和功率也要進行檢驗，這樣校驗后接收功率不會超過飽和功率，可以預(yù)防出現(xiàn)通信告警信號，提高通道的傳輸性能。其測量方法與專用方式是一樣的，同時還要測量64Kbit/s復(fù)用接口的光功率以及復(fù)用設(shè)備的電平。

2.1.3抗干擾屏蔽要求

一是64Kbit/s復(fù)用接口與PCM設(shè)備的屏蔽要求，兩者之間傳輸?shù)氖请娦盘?，容易受到干擾，必須要做好電磁干擾的屏蔽工作。兩者之間連接的屏蔽雙絞線膠用的是雙屏蔽電纜，外屏蔽層兩端接地，內(nèi)屏蔽層一端接地，可以有效降低高頻段的共模干擾，同時降低低頻段的容性耦合。數(shù)字復(fù)接口設(shè)備與PCM之間的連接距離一般不超過50米。

2.1.4匹配性

在復(fù)用方式下中間環(huán)節(jié)較多，設(shè)備之間的匹配問題非常重要。匹配環(huán)節(jié)主要是時鐘匹配、阻抗匹配以及電平匹配和編碼匹配等。

3 2bit/s復(fù)用通信方式

2bit/s復(fù)用方式下，保護裝置的光收、發(fā)接口通過數(shù)據(jù)復(fù)用接口與復(fù)用通道和對側(cè)保護裝置進行連接 。為了讓保護裝置與PDH/SDH復(fù)用設(shè)備相互連接，裝置要設(shè)2bit/s復(fù)用接口。一般保護設(shè)備放于保護室，2bit/s數(shù)據(jù)復(fù)用接口和通信設(shè)備位于通信機房，保護裝置負責將數(shù)據(jù)傳輸給2bit/s數(shù)據(jù)復(fù)用接口，通過復(fù)用設(shè)備及復(fù)用通道和對側(cè)保護裝置進行連接，同時進行信息交換。2bit/s增加了傳輸帶寬，可以傳輸更多的信息。

3.1影響通信性能的因素

2bit/s復(fù)用方式未使用PCM復(fù)用設(shè)備，提高了通信的可靠性，通信性能也較64bit/s方式要強。

3.1.1時鐘方式

如果復(fù)用接口連接PDH，將一端保護裝置的時鐘方式設(shè)置為“從時鐘”，另一端保護裝置的時鐘設(shè)為“主時鐘”，如果復(fù)用接口連接SDH設(shè)備，將兩端保護裝置的時鐘方式設(shè)置為“主時鐘”。

3.1.2光功率和通道裕度

2bit/s方式下，光功率、接收功率以及通道裕度充足，但是在運行時要進行一定的測量和驗證，在測量時要測量光收、發(fā)接口的光功率，同時要測量2bit/s復(fù)用接口的光功率以及電平。

3.1.3屏蔽要求

2bit/s數(shù)據(jù)復(fù)用接口與PDH/SDH設(shè)備用電信號進行數(shù)據(jù)傳送，一般用同軸電纜進行連接。同軸電纜具有較好的電磁屏蔽功能，所以可以滿足屏蔽的要求。數(shù)字復(fù)用接口通過同軸電纜以及PDH/SDH設(shè)備進行連接，其距離一般不大于50米。

3.1.4匹配問題

在2bit/s復(fù)用方式下需要不同廠家的設(shè)備進行配合，涉及的匹配問題主要是時鐘匹配、阻抗匹配以及電平匹配、編碼匹配等。

4 常見故障處理

如果通道不通暢或者有較多的誤碼，要檢查是否是以下原因造成的：

4.1光收、發(fā)接口是交叉連接還是平行連接

4.2光收、發(fā)接口的時鐘工作方式設(shè)置是否正確

4.3光發(fā)送功率、接收靈敏度、飽和功率是否滿足要求

4.4專用方式下的通道裕度是否滿足要求

4.5光纜接頭是否松動或接觸不良

4.6復(fù)用接口與復(fù)用設(shè)備的匹配性是否良好

參考文獻：

[1]楊維那等.高壓線路電流差動保護的現(xiàn)狀及前景展望，繼電器，2009，27（1）：4-7.

[2]黎連業(yè).網(wǎng)絡(luò)綜合布線系統(tǒng)與施工技術(shù)，北京：機械工業(yè)出版社，2010.