光端機(jī)發(fā)信功率降低引起的保護(hù)裝置閉鎖故障分析

姜志甫，龔金茹，史敬天，李朝偉

(1．鄭州輕工業(yè)學(xué)院 電氣信息工程學(xué)院，鄭州450001;2．濮陽(yáng)供電公司，河南濮陽(yáng)457001)

光纖縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)借助光纖通道傳送輸電線路兩端的信息，可以簡(jiǎn)單可靠地判斷出區(qū)內(nèi)、區(qū)外故障，是目前廣泛采用的超高壓線路主保護(hù)［1］。光纖縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)能否正確工作的一個(gè)重要因素取決于光纖傳輸通道的穩(wěn)定。光纖通道的可靠性雖然較高，但也有發(fā)生故障的可能性，如光纜斷芯、熔纖質(zhì)量不好、光纖跳線接頭松動(dòng)、光纖受潮或接頭積灰導(dǎo)致?lián)p耗增大、光端機(jī)功率不正常等。一旦光纖傳輸通道發(fā)生故障，光纖縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)將退出運(yùn)行，成為嚴(yán)重影響線路安全穩(wěn)定運(yùn)行的Ⅰ類(lèi)障礙。對(duì)此，本文用一個(gè)故障實(shí)例來(lái)說(shuō)明這類(lèi)故障的分析查找方法。

1 故障現(xiàn)象

2011－03－04T20，本地某220 kV變電站Y站220 kV YZ線第一套光纖差動(dòng)保護(hù)裝置突然發(fā)出異常信號(hào)，后臺(tái)系統(tǒng)彈出“YZ線光纖通道異?！毙盘?hào)，保護(hù)工作人員通過(guò)查看保護(hù)裝置面板，發(fā)現(xiàn)第一套光纖保護(hù)裝置的告警信息為“告警Ⅱ”燈亮，進(jìn)入程序菜單查看裝置事件報(bào)文，顯示“對(duì)側(cè)通道異常，閉鎖保護(hù)”。同時(shí)，另外一組保護(hù)工作人員在對(duì)側(cè)Z站對(duì)YZ線光纖差動(dòng)保護(hù)裝置進(jìn)行了查看，發(fā)現(xiàn)面板告警信息為“通道1”燈亮，查看裝置事件報(bào)文，顯示“通道異?！?。

2 故障分析

220 kV YZ線保護(hù)配置為雙套保護(hù)裝置，分別是許繼WXH－803光纖差動(dòng)保護(hù)裝置和南自PSL－602光纖距離保護(hù)，其中WXH－803為主保護(hù)，配置為專(zhuān)用光纖通道［2］。當(dāng)發(fā)生異常時(shí)，天氣情況良好，沒(méi)有發(fā)生惡劣氣象影響，南自PSL－602光纖距離保護(hù)裝置工作狀態(tài)正常，YZ線穿越功率為64 MW，尚未達(dá)到線路穩(wěn)定極限，一次設(shè)備沒(méi)有發(fā)生異常情況。

YZ線兩側(cè)第一套光線差動(dòng)保護(hù)配置同為許繼WXH－803光纖差動(dòng)保護(hù)裝置，運(yùn)行年限5a，尚未達(dá)到更換期限，且設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)一直良好。WXH－803采用專(zhuān)用方式光纖通道，保護(hù)間隔內(nèi)的差動(dòng)保護(hù)將數(shù)據(jù)通過(guò)光纖傳送給同向數(shù)據(jù)接口。發(fā)送數(shù)據(jù)采用內(nèi)部時(shí)鐘，即兩側(cè)裝置發(fā)送時(shí)鐘工作在“主一主”方式下，接收時(shí)鐘采用從接收數(shù)據(jù)流提取的時(shí)鐘［3］。差動(dòng)保兩側(cè)交換的是數(shù)字信號(hào)，通道采用專(zhuān)用光纖或復(fù)接PCM(微波或光纖通道)數(shù)據(jù)接口。整個(gè)保護(hù)裝置的光纖通道如圖1所示。

圖1 保護(hù)裝置光纖通道示意圖

通過(guò)圖1可以看出，光纖通道基本組成部分是數(shù)據(jù)源(即保護(hù)裝置)、光發(fā)送、接收機(jī)(光端機(jī))和光纖通道。保護(hù)裝置信號(hào)整個(gè)的傳輸是一個(gè)電信號(hào)—光信號(hào)—電信號(hào)的過(guò)程。根據(jù)YZ線兩側(cè)裝置面板告警信息及后臺(tái)報(bào)文，初步懷疑為光纖通道故障所導(dǎo)致，但是故障點(diǎn)尚不能確定，分析查找過(guò)程如下:

1)分別檢查Y站和Z站側(cè)保護(hù)裝置的光纖接頭是否松動(dòng)及異常，經(jīng)過(guò)檢查后排除。

2)兩側(cè)分別進(jìn)行本端自環(huán)試驗(yàn)。即用光纖跳線(尾纖)將本端保護(hù)裝置后背的光端機(jī)TX和RX連接起來(lái)，檢測(cè)誤碼率水平，來(lái)排除保護(hù)裝置本身及光端機(jī)故障。經(jīng)檢測(cè)，線路兩側(cè)本端自環(huán)均正常。

3)兩側(cè)分別進(jìn)行遠(yuǎn)端自環(huán)試驗(yàn)。保護(hù)裝置接至光纖通道，遠(yuǎn)端光纜出線經(jīng)光纖適配器(法蘭盤(pán))自環(huán)，光端機(jī)遠(yuǎn)端自環(huán)測(cè)試用于驗(yàn)證光纖通道正確性。分別在兩側(cè)將與本端光端機(jī)TX和RX連接的光纖頭拔出并利用光纖法蘭盤(pán)進(jìn)行連接自環(huán)，經(jīng)對(duì)側(cè)站觀察，線路衰耗及誤碼率均在正常水平，證明整個(gè)光纖通道本身是正常的。

4)兩側(cè)分別進(jìn)行發(fā)射電平和收信電平檢測(cè)。利用光功率計(jì)，兩側(cè)分別對(duì)收信電平進(jìn)行檢測(cè)［4］。拆下保護(hù)裝置背后光端機(jī)接受端光纖頭并連接至光功率計(jì)，如圖2所示。

圖2 測(cè)量光端機(jī)發(fā)信功率示意圖

通過(guò)光功率計(jì)測(cè)量分別得出Y站收信電平為－17.3 dBm，Z站收信電平為－25.2 dBm?？梢钥闯鯶站收信電平明顯偏低，而經(jīng)之前的檢測(cè)可以知道光纖通道本身衰耗正常，因此重新懷疑故障是因Y站發(fā)信電平偏低所致。拆下Y站保護(hù)裝置背后光端機(jī)發(fā)信端，利用光纖跳線連接至光功率計(jì)，測(cè)得發(fā)信電平為－10.2 dBm。翻閱許繼WXH－803光纖差動(dòng)保護(hù)說(shuō)明書(shū)并同時(shí)與廠家進(jìn)行聯(lián)系咨詢(xún)后發(fā)現(xiàn)，在通道長(zhǎng)度0～50 km以?xún)?nèi)專(zhuān)用方式情況下，許繼WXH－803光纖差動(dòng)保護(hù)裝置光端機(jī)發(fā)信功率不得低于－5 dBm/1 310 nm。光纖通道數(shù)據(jù)通信參數(shù)如表1所示。

表1 WXH－803光纖通道數(shù)據(jù)通信參數(shù)表

由表1可見(jiàn)，Y站光端機(jī)發(fā)信電平大幅低于要求值，故初步判斷Y站許繼WXH－803光纖差動(dòng)保護(hù)裝置光端機(jī)發(fā)信功率偏低是此次裝置異常的原因。與廠家進(jìn)行聯(lián)系后，廠家發(fā)送新的光端機(jī)并更換后，線路通道恢復(fù)正常，此時(shí)重新測(cè)量其發(fā)信電平為－2.8 dBm/1 310 nm，驗(yàn)證了之前的判斷。

但是在測(cè)試光端機(jī)發(fā)信電平試驗(yàn)之前進(jìn)行的本端自環(huán)試驗(yàn)為什么沒(méi)有發(fā)現(xiàn)光端機(jī)的故障呢?這是因?yàn)閅站光端機(jī)故障只是導(dǎo)致了發(fā)信電平降低，而不是消失，而在本端自環(huán)的過(guò)程中，由于省掉了整個(gè)光纖通道中的諸多環(huán)節(jié)，直接用尾纖連接了光端機(jī)的光發(fā)和光收端口，信號(hào)衰耗很小，不足以導(dǎo)致光端機(jī)的接收電平降低至告警水平。

另一方面，裝置本身的告警信息雖然能夠?yàn)榕挪楣收宵c(diǎn)提供較強(qiáng)的支持，但是由于提示信息較為籠統(tǒng)，故障深層次的原因仍然需要按照正常的思路來(lái)逐級(jí)排查。在本例中，故障發(fā)生時(shí)，Z站保護(hù)裝置報(bào)文提示通道異常，而Y站保護(hù)裝置報(bào)文提示為對(duì)側(cè)通道異常，故開(kāi)始懷疑Z站側(cè)PCM或光端機(jī)連接不正常，但是通過(guò)自環(huán)檢測(cè)發(fā)現(xiàn)通道衰耗是正常的。而真正原因卻是由于Y站發(fā)信電平偏低，從而Z站收信電平過(guò)低和誤碼率過(guò)高，導(dǎo)致Z站裝置報(bào)通道異常，進(jìn)而閉鎖了主保護(hù)。

3 建議

為了提高光纖通道類(lèi)故障的排查效率，在實(shí)際工作中，應(yīng)該遵循“觀察、判斷、試驗(yàn)”的原則和順序，逐步查找問(wèn)題的所在。觀察主要是查看后臺(tái)和保護(hù)裝置的告警信息。對(duì)于專(zhuān)用通道，通過(guò)查看保護(hù)裝置報(bào)文中丟包情況以及裝置的收發(fā)狀態(tài)是否正?？梢源笾屡袛嗍前l(fā)信還是收信有問(wèn)題;對(duì)于復(fù)用通道可借助通信專(zhuān)業(yè)監(jiān)視手段，向管轄通道故障線路通信管理部門(mén)查看通信網(wǎng)關(guān)相關(guān)信息，以判斷是通道傳輸問(wèn)題還是保護(hù)設(shè)備問(wèn)題。

通過(guò)判斷得出問(wèn)題的大致范圍后，就需要通過(guò)試驗(yàn)來(lái)排除故障。在動(dòng)手測(cè)試時(shí)，首先檢查回路中相關(guān)光纖接頭是否接觸牢靠，測(cè)試保護(hù)裝置發(fā)收光功率數(shù)據(jù)是否在技術(shù)要求范圍內(nèi)。對(duì)于采用復(fù)用通道的光纖保護(hù)，一般采用通道逐級(jí)自環(huán)試驗(yàn)方式檢查通道問(wèn)題。

另外，為保證高壓輸電線路的安全運(yùn)行和作為主保護(hù)的縱差保護(hù)不致由于通道故障而退出運(yùn)行，應(yīng)該考慮為同一套縱差保護(hù)裝置配置備用光纖通道。不論采用專(zhuān)用光纖通道或復(fù)用通道，在工程設(shè)計(jì)中，敷設(shè)的光纜要留有一定的備用芯線，當(dāng)工作的纖芯由于斷芯等各種故障導(dǎo)致數(shù)據(jù)傳輸誤碼率增大或中斷時(shí)，可切換到備用芯線繼續(xù)進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，以保證保護(hù)裝置的安全可靠運(yùn)行。

［1］ 朱聲石．高壓電網(wǎng)繼電保護(hù)原理與技術(shù)［M］．北京:中國(guó)電力出版社，1995．

［2］ 李崢?lè)澹瑮钍锬?，喻道遠(yuǎn)，等．繼電保護(hù)中光纖通信技術(shù)應(yīng)用［J］．電力自動(dòng)化議備，2007，27(2):75 －79．

［3］ 李瑞生，王強(qiáng)，文明浩，等．WXH－803光纖電流差動(dòng)保護(hù)的研究［J］．繼電器，2004，32(2):41 －43．

［4］ 倪偉東，李瑞生，李崢?lè)澹饫w電流差動(dòng)保護(hù)通道試驗(yàn)及研究［J］．繼電器，2005，33(8):68 －70．