線路光纖差動保護通道中斷故障分析

趙康寧，曹 健，楊 松

(國網江蘇省電力有限公司檢修分公司，江蘇 南京 210000)

0 引言

隨著變電站數字化、智能化的迅速發(fā)展，光纖保護逐步替代高頻保護，光纖差動保護作為主保護在線路保護中已經大規(guī)模應用?，F場運行情況表明，由于光纖通道故障所導致的保護通道中斷現象頻繁發(fā)生，嚴重威脅電網的安全穩(wěn)定運行[1]。因此，對光纖保護的運行維護以及故障處理的速度要求非常高，是確保電網穩(wěn)定運行的關鍵。

1 光纖保護通道類型

線路光纖差動保護通道主要采用專用光纖通道方式和復用光纖通道方式兩種[2]。

專用光纖通道方式顧名思義兩側保護裝置以光纖芯直接連接，保護信號在光纖通道上傳輸，不通過通信設備。該方式通信距離一般在80 km以內，中間環(huán)節(jié)少，可靠性能高且維護較為方便，但需占用專用光纜通道。

復用光纖通道方式則是采用數字PCM復接技術，采用現有光纖通道或者載波通道，對繼電保護信息進行傳輸[3]。保護裝置將光信號經過光電轉換裝置轉換為電信號，再經PCM通信設備連接至PDH/SDH復用設備，最后發(fā)送到對側，完成光電轉換的逆過程。該方式不需要額外敷設光纜，可延伸到網絡的每一個通信接點，傳輸距離極大提高。

整個光纖通道中，保護插件、光纖接口、裝置CPU、光纖、轉換裝置、2M線、通信設備任一環(huán)節(jié)故障均會引起通道告警。

2 故障經過及處理過程

2.1 某500 kV保護專用光纖通道中斷

2019-07-06，轄區(qū)某500 kV變電站監(jiān)控后臺出現“玉坊5650線931保護通道A故障”報警信號，玉坊5650線第一套線路保護屏(PCS-931)主保護面板“通道A異?！奔啊皥缶睙袅?，報文顯示“縱聯(lián)通道A異?！?，同時對側變電站也有相同告警。運維人員現場簡單檢查后即刻上報缺陷。保護人員接到檢修任務后迅速趕往現場，處理過程如下：

(1) 保護人員到達現場檢查發(fā)現，該套保護采用專用光纖通道，裝置告警信號持續(xù)發(fā)出，且無法復歸。詢問對側變電站保護人員之后，得知對側裝置告警同樣存在。

(2) 現場檢查發(fā)現光纖接口無松動顯現，尾纖無彎折現象，裝置電源無異常。測量光纖通道的收發(fā)功率，損耗均在正常范圍內。隨即保護人員聯(lián)系運維人員向網調申請退出“玉坊5650線第一套線路主保護”，以進一步處理。

(3) 調度允許保護退出后，保護人員決定與對側配合進行通道自環(huán)，綜合判斷故障位置。首先將裝置本側/對側識別碼修改一致，然后用尾纖將TX1(光發(fā))和RX1(光收)短接(小自環(huán))，發(fā)現“通道A異?！蔽磸蜌w，初步判斷為本側保護裝置故障。

(4) 同時采用FC/FC轉接頭將收芯與發(fā)芯短接(大自環(huán))，對側裝置通道告警消失，可以確定本側光纖至對側的通道無故障。

(5) 聯(lián)系對側保護人員進行同樣操作，本側裝置“通道A異常”仍然未復歸，基本可以鎖定故障發(fā)生在本側裝置。

(6) 現場更換新的NR1123M光口插件后，“通道A異?！毕?，報警燈滅，觀察數小時，告警未出現，保護通道恢復正常。

2.2 某500 kV保護復用光纖通道中斷

2020-03-21，轄區(qū)某500 kV變電站監(jiān)控后臺間斷出現“蘇石5213線103保護通道A故障”報警信號，蘇石5213線第二套線路保護屏(CSC-103A)主保護面板“通道告警”燈亮，保護屏“A通道故障”燈閃爍，后臺報文頻繁發(fā)出，通道A狀態(tài)時斷時續(xù)。保護人員接到搶修任務后，即可趕往現場確認故障，處理過程如下：

(1) 保護人員到達現場之后發(fā)現，該套保護采用復用光纖通道，通道狀態(tài)仍然時斷時續(xù)，保護裝置報文“通道A中斷”“通道A通信恢復”交替出現。保護人員通過查看裝置通道狀態(tài)發(fā)現，累計誤碼不斷變化，丟失幀數累計增加，聯(lián)系對側電廠確認對側并無工作，且與本側狀況相同。

(2) 考慮到通道狀態(tài)時斷時續(xù)，保護人員懷疑是光纖回路接口接觸不良導致。仔細檢查光纖及2M線接口并無松動現象。用功率計測量發(fā)現光纖功率衰耗不大，排除光纖破損原因?，F場輪流更換收發(fā)備用芯后，通道暫時恢復，但隨后又出現通道中斷。

(3) 保護人員即刻聯(lián)系運維人員向網調申請退出“蘇石5213線第二套線路主保護”。待調度許可操作后，繼續(xù)開展故障原因分析和故障點排查。

(4) 為確定站內設備有無故障，保護人員決定采取自環(huán)檢查，逐步定位故障位置。自環(huán)試驗前將裝置本側/對側識別碼修改一致，縱差控制字中“通道環(huán)回試驗”設置為“1”。接著在接口裝置背板處將“環(huán)回選擇”撥碼打到運行自環(huán)位置。自環(huán)后，“通道告警”信號未復歸，累計誤碼仍在增加。

(5) 在接口裝置背板采用FC/FC轉接頭將光發(fā)送芯與光接收芯短接，保護裝置報文顯示“通道A通信恢復”，同時“A通道故障”燈滅?；九卸ü收宵c在CSC-186B通信接口裝置。

(6) 現場更換通信接口裝置備品后，將保護裝置恢復到初始設置，通道告警消失，觀察數小時，告警未出現，保護裝置通道恢復正常。接口裝置經返廠測試后確認已損壞。

3 故障處理方法

3.1 典型方法

針對兩起500 kV線路光纖通道中斷故障案例，檢修人員進入現場處理方法可整理歸納為：

(1) 檢查現場故障情況。進入現場，首先要了解故障發(fā)生時間與發(fā)展情況，然后檢查裝置是否失電，通道告警有無持續(xù)發(fā)生，通道誤碼率是否持續(xù)增加，明確故障現象。

(2) 與對側變電站溝通。及時與對側變電站聯(lián)系，詢問對側是否存在異常情況，同時確定對側變電站是否有工作正在進行，便于檢修人員盡早確認故障點。

(3) 檢查站內光纖回路。認真檢查裝置背后的光纖有無明顯彎折、尾纖頭臟[3]，光纖接口有無松動，如有上述現象可捋直、擰緊加固后觀察通道告警是否消失。

(4) 光纖通道功率測量。使用光功率計測量光纖功率，判斷光纖通道衰耗是否滿足技術要求[5]。若更換備用芯后，通道恢復正常，即可判定為光纖回路故障導致，一旦故障排除，便可避免停退保護。

(5) 自環(huán)試驗。申請退出保護后，逐步開展自環(huán)試驗，如果自環(huán)不成功，則可確定本側裝置存在故障；如果自環(huán)成功，則可排除本側裝置，同時聯(lián)系對側開展自環(huán)試驗，綜合判斷對側裝置或者通道是否異常。

3.2 自環(huán)測試新思路

(1) 專用通道自環(huán)試驗，如圖1所示，通過尾纖將保護裝置光發(fā)和光收端口①處短接，若“通道異?！毙盘栂?，則證明保護裝置無異?！，F場可采用FC/FC轉接頭將收芯與發(fā)芯②處短接，若保護裝置“通道異?！毙盘枏蜌w，則證明整個通道的光纖和保護裝置均無異常；相反，即可綜合確定故障位置。

圖1 專用通道自環(huán)測試位置

(2) 復用通道自環(huán)試驗，如圖2所示，通常復用方式采取逐級縮小范圍的方式自環(huán)。若接口裝置⑤處撥碼自環(huán)告警消失即可排除本側裝置故障；若接口裝置③、④處尾纖自環(huán)告警消失，即可確定保護裝置與站內光纖無異常；若保護背板①、②處光纖自環(huán)告警消失，則可確定本側裝置無異常。

圖2 復用通道自環(huán)測試位置

實際運行中，檢修人員發(fā)現2M線松動或損壞也會導致保護通道中斷，提出在⑥、⑦處通過2M短接線自環(huán)，以及在⑧、⑨處數字配線屏連接器自環(huán)，可綜合判斷接口裝置至數字配線屏之間的2M電纜是否異常，同時也可判斷本側接口裝置與對側保護裝置是否正常，進一步準確鎖定故障位置。

4 結束語

結合兩起500 kV線路保護通道中斷現場消缺的工作案例，詳細梳理了處理過程，總結了常見的光纖通道故障排查的處理經驗。同時提出新的自環(huán)思路，便于檢修現場快速準確鎖定故障位置，為繼電保護人員處理類似缺陷提供參考，便于提升現場工作效率。