對2M保護(hù)通道切換裝置原理的研究

國網(wǎng)鹽城供電公司信通公司 荀思超 沈雨生 張春暉 王 軍 王海軍

引言：2M傳輸通道是電力通信網(wǎng)縱聯(lián)電流差動保護(hù)電路的主要形式，掌握其切換裝置原理，可以避免2M傳輸通道發(fā)生故障。本文首先對2M傳輸通道對于繼電保護(hù)的重要性進(jìn)行分析，進(jìn)而介紹2M保護(hù)通道的切換裝置類型。在此基礎(chǔ)上，探討2M保護(hù)通道的切換原理及應(yīng)用方式，包括電路切換及工作原理、自動切換裝置的接入、切換裝置的倒換步驟等。

前言：在傳輸網(wǎng)的正常運(yùn)行下，光纖線路或設(shè)備故障問題時有發(fā)生，不可能完全避免。一旦出現(xiàn)這些故障問題，會增加傳輸通道倒換的異常幾率和信道誤碼率，進(jìn)而可能引起電網(wǎng)中的繼電保護(hù)裝置出現(xiàn)誤動現(xiàn)象。因此，對傳輸通道切換裝置的研究關(guān)系著繼電保護(hù)裝置的動作可靠性及整個電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。為滿足繼電保護(hù)系統(tǒng)對于光纖通道時延和誤碼率等方面的要求，必須積極研究傳輸通道切換裝置原理，對保護(hù)通道進(jìn)行合理設(shè)計(jì)，將發(fā)生故障的可能降至最低。

1.2M傳輸通道對于繼電保護(hù)的重要性

2M傳輸通道中對于繼電保護(hù)的影響主要體現(xiàn)在以下幾個方面：（1）2M通道重定參數(shù)設(shè)置的影響，在采用輸出重定時方式下，通道兩端縱聯(lián)差動保護(hù)裝置通信時鐘宜采用主一主、主一從方式，而不能采用從一從方式，不然會形成時鐘環(huán)，容易產(chǎn)生滑碼。而且保護(hù)裝置的主機(jī)、從機(jī)設(shè)置錯誤，也會改變其工作狀態(tài)，可能引起差動保護(hù)停止動作或出現(xiàn)誤動現(xiàn)象；（2）保護(hù)判據(jù)的關(guān)聯(lián)性影響，在出現(xiàn)通道誤碼時，誤碼會導(dǎo)致報(bào)文內(nèi)容或CRC校驗(yàn)值中的某一位發(fā)生錯誤，從而導(dǎo)致報(bào)文無法通過CRC校驗(yàn)。如果導(dǎo)致報(bào)頭或報(bào)位尾中的某一位發(fā)生錯誤，還會破壞報(bào)文完整性，通信控制芯片將報(bào)告報(bào)文錯誤。差動保護(hù)系統(tǒng)如果檢測到不完整報(bào)文，會檢測通道時延，重新同步兩端采樣數(shù)據(jù)；（3）通道倒換方式的影響，在通道倒換環(huán)方式下，主用通道產(chǎn)生故障會切換到備用通道，當(dāng)故障排除后，在切回主用通道，如果在倒換過程中出現(xiàn)系統(tǒng)故障，會延長倒換時間，可能超出繼電保護(hù)動作規(guī)定時間?？傮w而言，2M傳輸通道的設(shè)置對繼電保護(hù)動作可靠性具有重要影響，必須在掌握其切換裝置原理的基礎(chǔ)上，進(jìn)行合理設(shè)計(jì)。

2.2M保護(hù)通道切換裝置類型

縱聯(lián)差動保護(hù)信號傳輸通道共有三種形式，2M電路相比于光纖直連和64K電路，傳輸可靠性更高，因此目前在保護(hù)通道中應(yīng)用較為廣泛。但在其安裝施工、線路檢修或通道調(diào)整切換過程中，也會出現(xiàn)一些故障問題，包括電路中斷、誤碼、時鐘偏差、時延過長、產(chǎn)生告警信號等。特別是因通道切換錯誤導(dǎo)致的保護(hù)裝置雙向時延不對稱問題，會導(dǎo)致保護(hù)裝置誤動，進(jìn)而出現(xiàn)無法彌補(bǔ)的嚴(yán)重后果。為避免出現(xiàn)這些問題，首先要明確2M保護(hù)通道切換裝置的分類。目前2M保護(hù)通道切換裝置可分為兩種：（1）1:1保護(hù)切換方式，在正常運(yùn)行情況下，采用主用通道進(jìn)行傳輸，若主用通道出現(xiàn)故障，則切換到備用通道，待其恢復(fù)正常后切換回來，支持手動和自動兩種切換方式，但會出現(xiàn)瞬時時延，容易出現(xiàn)誤碼和斷碼現(xiàn)象，屬于有損切換方式；（2）1+1保護(hù)切換方式，同時通過主用通道和備用通道進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，另一端2M保護(hù)切換裝置則采用2個數(shù)據(jù)緩存器對接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄，然后選擇正確數(shù)據(jù)傳輸給繼電保護(hù)裝置，屬于無損切換方式，目前該方式具有較大的應(yīng)用潛力。

3.2M保護(hù)通道切換原理及應(yīng)用

3.1 電路切換及工作原理

基于2M保護(hù)通道對于繼電保護(hù)的重要性，其傳輸通道宜采用1+1保護(hù)切換方式。在該方式下，即使一條傳輸通道出現(xiàn)問題，也可以通過另一條傳輸通道，保證繼電保護(hù)信號能夠正常傳輸。采用1+1方式的2M通道切換裝置，可實(shí)施監(jiān)測兩路通道的傳輸狀態(tài)，由接收端根據(jù)通道狀態(tài)，選擇傳輸可靠性較高的繼電保護(hù)信號。如果主用傳輸線路產(chǎn)生故障，會立即發(fā)出告警，并檢測另一條通道狀態(tài)，如果另一條通道狀態(tài)正常，則執(zhí)行切換操作，否則采用備用光纖進(jìn)行直接信號傳輸。為方便使用，切換裝置2M接口要同時支持成幀、非成幀的2M信號傳輸。同時可采用SNMP以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)接口管理，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控。利用功能完備的業(yè)務(wù)管理平臺，提高網(wǎng)路管理的便捷性。采用雙端同時切換實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)通道切換控制，確保繼電保護(hù)裝置的收發(fā)通信通道路由一致，從而保證收發(fā)通道傳輸時延的一致性。切換裝置還要提供雙路獨(dú)立電源作為熱備份，可支持DC-48電源的接入，以保障設(shè)備能夠穩(wěn)定運(yùn)行。

通道的正常切換是依靠切換裝置對通道信號進(jìn)行實(shí)時監(jiān)測完成的，2M保護(hù)通道切換裝置采用雙發(fā)選收機(jī)制，發(fā)送端同時發(fā)送兩路信號，正常情況下，接收端從主用通道中接收信號，如果接收到主用通道的告警信號，則改為從備用通道中接收信號。在其工作過程中，保護(hù)業(yè)務(wù)是由繼電保護(hù)裝置發(fā)出的，通過主用通道和備用通道連接切換裝置，采用成幀2M信號中的開銷比特傳輸告警信息，將兩端保護(hù)切換設(shè)備關(guān)聯(lián)起來。在此情況下，主用通道出現(xiàn)故障，未受到信號的2M切換裝置會將倒換開關(guān)切換至備用通道。然后由備用通道的切換裝置開銷比特傳輸?shù)箵Q指令，使對端能夠接收到。主用通道故障排除后的切換過程與此一致，通過采用這種設(shè)計(jì)方式，可以確保收發(fā)路由的一致性，順利完成雙向倒換。

3.2 自動切換裝置的接入

2M自動切換裝置可以為繼電保護(hù)信號傳輸提供保障，增強(qiáng)保護(hù)通道冗余，為接入部署提供方便，其實(shí)現(xiàn)過程也較為簡單。在2M自動切換裝置的接入過程中，可以在兩個傳輸網(wǎng)絡(luò)中，分別選擇一個2M傳輸通道作為繼電保護(hù)通道，從而提升傳輸通道可靠性。任意一個傳輸網(wǎng)絡(luò)通道產(chǎn)生故障時，都能夠通過切換到備用通道繼續(xù)為業(yè)務(wù)傳輸提供支持。同理，將2M自動切換裝置接入到光纖環(huán)網(wǎng)中，也可以在光纖環(huán)網(wǎng)提供雙向2M通道，實(shí)現(xiàn)對業(yè)務(wù)傳輸?shù)挠行ПＷo(hù)。

3.3 切換裝置的倒換步驟

以主用通道A倒換到備用通道B的倒換過程為例，在點(diǎn)對點(diǎn)設(shè)備同時對該設(shè)備三個E1接口相關(guān)告警信息進(jìn)行監(jiān)測時，任意一個設(shè)備監(jiān)測到主用通道A的告警信息，會作為倒換主動發(fā)起端，向?qū)Χ藗鬏敂?shù)據(jù)，此時對端即為被動接收端。發(fā)起端設(shè)備通過主用通道A發(fā)送告警信息，采用透明傳輸方式，并將備用通道B信號由成幀模式改為非成幀模式。被動接收端在未接收到告警信息前，由于采用透明傳輸方式，并不能主動判斷是否應(yīng)進(jìn)行切換，因此需要一直對接口告警信息進(jìn)行監(jiān)測，此時其業(yè)務(wù)傳輸處于中斷狀態(tài)。當(dāng)被動接收端捕捉到告警信息后，立即執(zhí)行切換操作，采用與發(fā)起端相同的切換方式，完成切換后，主用通道A在成幀模式下繼續(xù)對通道狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測，備用通道則在非成幀狀態(tài)下對數(shù)據(jù)進(jìn)行透明傳輸。由備用通道B切換到主用通道A的切換裝置倒換步驟與此類似，在該方式下，可順利完成倒換步驟。

4.結(jié)束語

綜上所述，2M保護(hù)通道的切換裝置可靠性對于繼電保護(hù)功能的正常使用有直接影響，通過對其切換裝置原理進(jìn)行分析，可以為切換方式的選擇和通道設(shè)計(jì)提供參考，確保收發(fā)路由的一致性，避免因切換時延問題等，引起繼電保護(hù)裝置誤動現(xiàn)象。在2M保護(hù)通道切換裝置的合理應(yīng)用下，可以有效提升繼電保護(hù)動作可靠性，從而確保電網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行。