電力通信網(wǎng)絡(luò)保護路由優(yōu)化的研究

陳亞琨　王一妹　李云松　宋騰

【摘 要】在電力通信網(wǎng)絡(luò)中，利用雙向復(fù)用段保護倒換環(huán)可以實現(xiàn)保護信息的傳輸。雙向復(fù)用段環(huán)在環(huán)網(wǎng)任意段故障時可以完成業(yè)務(wù)的自愈，其采用APS倒換協(xié)議，在網(wǎng)絡(luò)故障時，實現(xiàn)收發(fā)雙倒換，將通信工作路由變?yōu)樽詣颖Ｗo路由，并保證業(yè)務(wù)收發(fā)路由仍然一致?；诖?，本文提出光纖通道的保護信息傳輸優(yōu)化的方案，并論證了利用2M切換設(shè)備實現(xiàn)保護信息傳輸?shù)母咝院蛯嵱眯浴?/p>

【關(guān)鍵詞】光纖通道；保護；傳輸；優(yōu)化

中圖分類號： TN915.85 文獻標識碼： A 文章編號： 2095-2457（2018）26-0121-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2018.26.054

0 引言

隨著電力系統(tǒng)裝機容量不斷增大，電力系統(tǒng)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的不斷擴大，電壓等級不斷升高，大功率、遠距離輸送電能的超高壓交、直流輸電線路對繼電保護可靠性要求越來越高。具有抗電磁干擾強、衰耗低、可靠性高等優(yōu)點的光纖已經(jīng)作為繼電保護信號傳輸?shù)闹饕橘|(zhì)之一，光纖通道保護已經(jīng)廣泛應(yīng)用于220kV及以上電壓等級的線路中，故光纖通道保護的運行、維護對系統(tǒng)穩(wěn)定有著重要的意義。

1 保護業(yè)務(wù)光纖通道的選擇

1.1 專用光纖通道方式

專用光纖通道方式指線路兩側(cè)的光纖保護裝置通過光纖直接相連，當前光纖縱差保護多數(shù)采用直連光纖連接。

優(yōu)點：（1）涉及設(shè)備少，故障定位容易；（2）滿足通道雙向傳輸時延對稱的要求。

缺點：（1）組網(wǎng)困難，通道可靠性難于提高；（2）占用大量的專用光纖資源，成本昂貴；（3）受制于光功率的影響，傳輸距離較短。

1.2 數(shù)字復(fù)用通道方式

利用已建的光纖通信傳輸網(wǎng)絡(luò)，采用復(fù)用方式與其他業(yè)務(wù)共享通信帶寬資源。目前常用的復(fù)用通道為N*64K通道、2M通道，采用PCM復(fù)接和SDH復(fù)接的方式實現(xiàn)保護信息的傳輸。

優(yōu)點：（1）SDH環(huán)網(wǎng)具有自動保護功能，提高了信息傳輸?shù)目煽啃?；?）占用光纖資源少；（3）可實現(xiàn)長距離的傳輸。

缺點：（1）復(fù)用設(shè)備中間設(shè)備環(huán)節(jié)多，增加通道的故障點；（2）SDH網(wǎng)絡(luò)的自愈特性對于某些繼電保護業(yè)務(wù)有一定限制，如：線路縱差保護信息傳輸單向通道環(huán)保護和單向復(fù)用段環(huán)保護不適合。

2 保護信息傳輸對光纖網(wǎng)絡(luò)的要求和光環(huán)網(wǎng)傳輸存在問題分析

2.1 保護信息的傳輸對光纖通道的技術(shù)要求

（1）用于繼電保護的通信通道單向時延不大于10ms。

（2）繼電保護的復(fù)用通道應(yīng)宜環(huán)入光纖環(huán)網(wǎng)，提高通道的可靠性。

（3）雙向通道倒換環(huán)作為線路縱差保護的信息傳輸通道時，不能采用通道自愈功能。

（4）雙向復(fù)用段倒換環(huán)可作為縱差保護的信息傳輸通道。

（5）用于縱差保護的復(fù)用通道若具有自愈功能，通道正常運行或切換后，雙向路由必須一致，通道切換或恢復(fù)過程中雙向路由不一致的時間小于25ms。

（6）對于通道保護方式，要求倒換時間、恢復(fù)時間小于50ms；對于復(fù)用段保護方式，要求倒換時間、恢復(fù)時間小于100ms。

（7）正常運行時，禁止線路縱差保護所用通道在任何環(huán)節(jié)進行交叉、自環(huán)。

2.2 目前光纖通信網(wǎng)傳輸保護信息存在的問題

（1）基于上述保護信息傳輸對光纖通道的要求，目前電力通信光纖傳輸網(wǎng)絡(luò)采用的是雙向通道倒換自愈環(huán)傳輸縱差保護信息，所以沒有符合上述保護信息傳輸對光纖通道的要求的第3條的要求。

（2）某些區(qū)域電網(wǎng)光傳輸設(shè)備缺省開通采用雙向通道倒換方式實現(xiàn)自愈環(huán)網(wǎng)保護。在SDH環(huán)網(wǎng)上傳輸線路縱差保護信號的關(guān)鍵是實現(xiàn)信號傳輸?shù)穆酚梢恢拢瑥亩ＷC數(shù)據(jù)通道的雙向通道延時相等，但雙向通道環(huán)在發(fā)生單纖故障時，只會發(fā)生單向倒換，將產(chǎn)生分離路由，形成雙向傳輸時延差，容易引起縱差保護的誤動作。

2.3 光傳輸網(wǎng)傳輸縱差保護未出現(xiàn)問題原因分析

（1）光纖環(huán)網(wǎng)雙向通道傳輸基本采用同纜不同芯，光纖環(huán)網(wǎng)故障多數(shù)是由于光纜開斷引起，既收發(fā)雙向基本是同時開斷，所以對于雙向通道倒換環(huán)的收發(fā)保護會同時倒向另外方向光纜，即滿足了收發(fā)路由一致的要求，所以不會引起保護的誤動作。

（2）在河南電網(wǎng)光傳輸環(huán)網(wǎng)傳輸網(wǎng)絡(luò)中，目前沒有出現(xiàn)某站的收或者發(fā)單向故障而引起的傳輸路由分離的情況。

（3）對于保護通信通道單向傳輸時延小于10ms，目前光傳輸網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)滿足此指標要求。經(jīng)過測試2M業(yè)務(wù)在現(xiàn)網(wǎng)運行的SDH中映射和去映射時間為0.35ms，跨節(jié)點延時為50us/節(jié)點，光纖傳輸時延為5us/km，以一個經(jīng)過20個節(jié)點的傳輸鏈路長度按照600km計算，其延時約為4.35ms， 遠小于技術(shù)要求中的10ms，而目前現(xiàn)網(wǎng)中的保護業(yè)務(wù)均沒有超出這一使用條件，所以都能滿足保護傳輸時延要求。

3 保護信息傳輸網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化方案

3.1 利用雙向復(fù)用段保護倒換環(huán)實現(xiàn)保護信息的傳輸

（1）雙向復(fù)用段環(huán)在環(huán)網(wǎng)任意段故障時可以完成業(yè)務(wù)的自愈，其采用APS倒換協(xié)議，在網(wǎng)絡(luò)故障時，實現(xiàn)收發(fā)雙倒換，將通信工作路由自動保護路由，并保證業(yè)務(wù)收發(fā)路由仍然一致?？蓾M足上述保護信息傳輸對光纖通道的要求的第4條的要求。

通道路由轉(zhuǎn)換的示意如下圖所示，由路徑A →B →C 轉(zhuǎn)移到路徑A →D →E →C。

（2）有些地區(qū)電力通信網(wǎng)絡(luò)使用愛立信設(shè)備可以實現(xiàn)雙向復(fù)用段環(huán)網(wǎng)保護設(shè)置，但是復(fù)用段保護環(huán)節(jié)點數(shù)量受最大16個環(huán)路節(jié)點的限制，并且對于電網(wǎng)拓撲結(jié)構(gòu)經(jīng)常開斷環(huán)路增減節(jié)點情況，復(fù)用段環(huán)網(wǎng)操作難度和風險遠高于SNCP保護。依據(jù)現(xiàn)網(wǎng)情況，建議考慮根據(jù)網(wǎng)絡(luò)具體情況適當采用復(fù)用段環(huán)路保護。

3.2 利用2M切換設(shè)備實現(xiàn)保護信息的傳輸

依據(jù)目前電力通信網(wǎng)絡(luò)具體情況，網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化原則盡量保護現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)配置，減小網(wǎng)絡(luò)配置改造的風險以及運維工作量。本文建議利用2M切換設(shè)備實現(xiàn)保護信息的傳輸，利用現(xiàn)有傳輸網(wǎng)絡(luò)的工作和保護通道獨立傳輸，從而滿足保護雙路由一致的技術(shù)要求，滿足10ms傳輸時延要求，滿足50ms切換要求。

將保護裝置2M信號經(jīng)2M切換裝置后，分解成兩路2M電信號去通信傳輸設(shè)備，這兩路信號分成主、備通道，如下圖所示：

根據(jù)技術(shù)要求的建議，傳輸網(wǎng)絡(luò)不采用通道自愈，而是開通主備兩個業(yè)務(wù)分別走不同的路由，建議在傳輸設(shè)備2M物理接口上也能做到獨立，路由的選擇由2M切換設(shè)備實現(xiàn)。

3.3 保護提供雙2M接口利用復(fù)用設(shè)備傳輸

保護裝置內(nèi)的兩路并行方式，繼電保護制造廠家將保護裝置出兩路2M 口信號，裝置的接口和控制部分為兩套，兩路相互獨立并同時工作，彼此間不需要切換，一路異常不會影響另一路的運行，相當于在保護裝置考慮了通道異常時所謂“切換”。

但取兩路并行工作方式存在一些問題：

增加了一個故障點。如一路發(fā)生異常，就不排除保護裝置存在問題的可能。

查找通道異常還得將保護退出。一路發(fā)生通道告警，處理時需通過自環(huán)確定哪一段有問題，如不將保護退出運行，就會造成保護誤動。

綜上所述，本文建議根據(jù)繼電保護信號所在接入傳輸環(huán)網(wǎng)結(jié)構(gòu)可以考慮采用以下兩種方式：一、繼電保護信號提供雙2M接口利用復(fù)用設(shè)備傳輸。使用條件：繼電保護裝置提供兩路2M信號，傳輸網(wǎng)主備通道時延、穿通節(jié)點環(huán)境基本相同。優(yōu)勢：（1）充分利用傳輸設(shè)備結(jié)構(gòu)實現(xiàn)保護；（2）保護信號無需增加額外保護切換裝置；二、采用2M切換設(shè)備實現(xiàn)繼電保護信號傳輸?shù)姆绞健Ｊ褂脳l件：不受傳輸網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)限制。優(yōu)勢：（1）不改造現(xiàn)傳輸網(wǎng)絡(luò)拓撲及配置；（2）不改造現(xiàn)保護設(shè)備；（3）可分步實施；（4）保證網(wǎng)絡(luò)的安全運行，減少運維成本；（5）滿足傳輸繼電保護信息的通道技術(shù)要求。

4 結(jié)語

光纖通道保護的運行、維護對電網(wǎng)系統(tǒng)穩(wěn)定有著重要的意義。本文對于電力通信網(wǎng)絡(luò)中光纖通道的保護信息如何進行傳輸優(yōu)化展開了研究。鑒于繼電保護信號的重要性及利用2M實現(xiàn)復(fù)用傳輸?shù)谋匾裕浞謱崿F(xiàn)傳輸網(wǎng)絡(luò)2M通道的安全性尤為重要，因此，針對現(xiàn)有傳輸網(wǎng)絡(luò)設(shè)備大部分未配置2M保護板的情況，本文建議增加現(xiàn)有傳輸網(wǎng)絡(luò)設(shè)備2M保護板，以提高2M板卡業(yè)務(wù)處理的安全性；為進一步提升現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)對重要業(yè)務(wù)信號的生存性需求，建議針對750kV、330kV和220kV等極重要站點實現(xiàn)AB網(wǎng)設(shè)備分別接入，通過AB網(wǎng)的分離路由方式來實現(xiàn)傳輸網(wǎng)絡(luò)的安全性需求。

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