繼電保護(hù)光纖通道異?？焖僭\斷處理研究

陳志勇

（廣東電網(wǎng)公司河源供電局，廣東 河源 517000）

以光纖通道為媒介的光纖縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)不受系統(tǒng)振蕩、非全相運(yùn)行、平行互感等影響，保護(hù)本身具有選相能力，動(dòng)作速度快，可以及時(shí)反映各種類型的故障，很適合作為超高壓輸電線路主保護(hù)，目前，已廣泛應(yīng)用在110kV及以上高壓輸電線路保護(hù)中[1]。運(yùn)行中的光纖縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)由于通道的原因暴露出許多問(wèn)題，經(jīng)常因通道異常而退出運(yùn)行，給系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行帶來(lái)隱患[2]。下面概述光纖通信系統(tǒng)與光纖縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)，通過(guò)對(duì)通道異常及通道誤碼率過(guò)高的兩起典型案例，以 2M專用通道和64K復(fù)用通道故障兩種類型，分析故障原因、故障查找方法及對(duì)策，并總結(jié)梳理常見(jiàn)故障，提升繼保專業(yè)人員光纖縱聯(lián)通道故障快速處置能力。

1 光纖通信系統(tǒng)與光纖縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)概述

1.1 光纖通信系統(tǒng)基本概述

光纖通信系統(tǒng)是以光波為載體，光導(dǎo)纖維為傳輸媒介的通信方式，其基本組成部分是數(shù)據(jù)源、光發(fā)送機(jī)和光接收機(jī)。其中，數(shù)據(jù)源包括所有的信號(hào)源，是話音、圖像、數(shù)據(jù)等業(yè)務(wù)經(jīng)過(guò)信號(hào)源編碼所得到的信號(hào)，光發(fā)送機(jī)和調(diào)制器負(fù)責(zé)將信號(hào)轉(zhuǎn)變成適合在光纖上傳輸?shù)墓庑盘?hào)[3]。光接收或發(fā)送機(jī)則接收或發(fā)送光信號(hào)，并從中提取信息，通過(guò)光電信號(hào)轉(zhuǎn)換，最后得到對(duì)應(yīng)的話音、圖像、數(shù)據(jù)等信息。光纖通道包括常規(guī)的光纖，還有中繼光纖放大器等，圖1是光通信基本系統(tǒng)框圖。

圖1 光通信基本系統(tǒng)框圖

1.2 光纖縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)概述

縱聯(lián)保護(hù)是依據(jù)雙端電氣量的交互做出是否要發(fā)跳閘命令決定的全線速動(dòng)保護(hù)，是解決輸電線路一端電氣量變化的保護(hù)未能瞬時(shí)切除故障的問(wèn)題。縱聯(lián)保護(hù)依據(jù)通道類型分為光纖通道、載波通道和微波通道；依據(jù)交互信息的方式可分為允許式與閉鎖式縱聯(lián)保護(hù)；依據(jù)保護(hù)原理可以被分為分相電流差動(dòng)保護(hù)與反應(yīng)阻抗的距離保護(hù)。光纖縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)包括光纖電流差動(dòng)保護(hù)、光纖縱聯(lián)距離保護(hù)，以光纖通道為媒介，分別采用電流差動(dòng)保護(hù)、縱聯(lián)距離保護(hù)原理[4]。光纖電流差動(dòng)保護(hù)是將輸電線路兩端的電流、開(kāi)關(guān)量信號(hào)通過(guò)編碼形成碼流后光電轉(zhuǎn)換，進(jìn)行相位、幅值或?qū)嵦摬勘容^構(gòu)成縱差保護(hù)。通過(guò)光纖傳送的不僅可以反應(yīng)電流信號(hào)，亦可反應(yīng)該端阻抗繼電器、方向繼電器動(dòng)作行為的邏輯信號(hào)，這樣就形成光纖縱聯(lián)距離保護(hù)、光纖縱聯(lián)方向保護(hù)。

2 事件經(jīng)過(guò)及分析

2.1 案例一

2013年5月13日10時(shí)，繼保自動(dòng)化人員接到220kV ××站 220kV上升甲線主一保護(hù) RCS-931BM發(fā)“通道異常”、“裝置告警”緊急缺陷，對(duì)側(cè)站同樣出現(xiàn)相同報(bào)文?，F(xiàn)場(chǎng)兩側(cè)站端光纖通道連接示意圖如圖2所示。

繼保人員現(xiàn)場(chǎng)使用光功率計(jì) GD-4E13，設(shè)定1310nm波長(zhǎng)，單端站光纖通道測(cè)試方法采用自環(huán)測(cè)試，如圖3所示。

圖2 220kV上升甲線主一保護(hù)專用通道連接示意圖圖3 單端站2M專用通道試驗(yàn)示意圖

對(duì)于RCS-931BM裝置，2M光纖通道的單一傳輸速率光發(fā)射器發(fā)射功率不小于?16dBm（單模，小于60km，波長(zhǎng)1310nm），利用光發(fā)射器功率=測(cè)量值+線衰耗+接頭衰耗，單個(gè)FC接頭衰耗1dBm，光纖纖通道檢查步驟如下。

常規(guī)的測(cè)試方法：①檢查本保護(hù)裝置光發(fā)功率TX是否正常（大約在?13dBm）；②分別在測(cè)點(diǎn)1、測(cè)點(diǎn) 2、測(cè)點(diǎn) 3進(jìn)行光功率測(cè)試，如果通道異常告警未消失；③將12P ODF屏自環(huán)，保護(hù)裝置縱聯(lián)碼改為一致，再進(jìn)行測(cè)點(diǎn)4、測(cè)點(diǎn)5、測(cè)點(diǎn)6的光功率測(cè)試。

采用快速測(cè)試方法：將測(cè)試點(diǎn)3和測(cè)試點(diǎn)4自環(huán)，如果站端內(nèi)部故障，則保護(hù)裝置面板“通道異?！备婢療袅粱蛲ǖ勒`碼數(shù)將在 1min內(nèi)快速增加或在保護(hù)裝置的 RX口測(cè)得數(shù)據(jù)嚴(yán)重異常，則可判斷是否本站內(nèi)部故障，由于站間和兩站同時(shí)出現(xiàn)光纖回路故障的概率很低，所以對(duì)側(cè)變電站的繼保人員可不用選派，節(jié)省了人力和物力資源。采用快速測(cè)試方法，快速隔離故障，詳細(xì)的測(cè)試數(shù)據(jù)見(jiàn)表 1，裝置RX接口測(cè)試發(fā)現(xiàn)光功率達(dá)到?56.3dBm，遠(yuǎn)大于光功率靈敏度，判斷測(cè)點(diǎn)6與保護(hù)裝置收信RX段尾纖損壞，在電纜室檢查發(fā)現(xiàn)光纖套管存在被老鼠咬損的痕跡，套管里面尾纖撕裂，繼保人員立即更換備用通道，使兩站保護(hù)裝置恢復(fù)正常運(yùn)行。

表1 測(cè)試數(shù)據(jù)

2.2 案例二

2015年4月，220kV ××站220kV和塔線主二保護(hù)進(jìn)行雙通道保護(hù)裝置改造?，F(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)收發(fā)現(xiàn)，主二保護(hù)裝置面板一直報(bào)通道告警，現(xiàn)場(chǎng)保護(hù)人員對(duì)單端站進(jìn)行復(fù)用通道試驗(yàn)，如圖4所示?，F(xiàn)場(chǎng)采用自環(huán)方式，排查方法見(jiàn)案例一，檢查發(fā)現(xiàn)通信機(jī)房的12P ODF屏的TX接口FC光纖接頭松動(dòng)，擰緊后誤碼消除，通道告警消失，但恢復(fù)與對(duì)側(cè)站通信時(shí)，再次出現(xiàn)通道告警，在對(duì)側(cè)站確定單端站通信自環(huán)正常情況下，初步判斷通信網(wǎng)絡(luò)異常，經(jīng)與通信班組溝通，發(fā)現(xiàn)通信班組給定的DDF端口與現(xiàn)場(chǎng)不對(duì)應(yīng)，導(dǎo)致兩側(cè)通道不在同一鏈接而出現(xiàn)光纖通道異常。

圖4 單端站2M復(fù)用通道試驗(yàn)示意圖

2.3 案例分析總結(jié)

案例一的問(wèn)題直接原因在于沒(méi)有做好防范小動(dòng)物工作，類似情況也曾發(fā)生在幾個(gè)110kV變電站的光纖保護(hù)中，解決方法是對(duì)電纜室或主控室首先進(jìn)行驅(qū)鼠、滅鼠，做好二次屏柜封堵工作；其次更換電纜室的尾纖套管。案例二的原因有兩個(gè)：①施工隊(duì)人員平常工作不細(xì)致，接頭松動(dòng)，導(dǎo)致誤碼率增加；②工作人員責(zé)任心不足，導(dǎo)致光纖通道接線圖與現(xiàn)場(chǎng)不一致?，F(xiàn)場(chǎng)中常見(jiàn)的故障除尾纖損壞與接頭松動(dòng)原因外，兩側(cè)時(shí)鐘設(shè)置錯(cuò)誤，包括SDH設(shè)備時(shí)鐘不正確。SDH硬件故障、軟件與保護(hù)不匹配[5]；接口配線錯(cuò)，或通道交叉接線亦有發(fā)生。對(duì)于光纖差動(dòng)保護(hù)誤碼產(chǎn)生原因主要有：發(fā)光功率過(guò)大、接收靈敏度不夠、接頭不好、時(shí)鐘設(shè)置不正確、光纖彎曲擠壓等。尤其在平常定檢工作，因?yàn)橐獪y(cè)試光功率的收發(fā)功率，多次插拔尾纖，增大了接頭松動(dòng)風(fēng)險(xiǎn)。正確的方法是，將通道尾纖斷開(kāi)，則尾纖的插頭需用套頭套好，防止因粘灰而導(dǎo)致接觸不好。檢查光纖頭是否清潔，用有乙醇棉花球擦拭連接頭表面，待乙醇揮發(fā)后再測(cè)試數(shù)據(jù)；光纖連接時(shí)一定要注意檢查，連接頭上的凸臺(tái)和祛瑯盤(pán)上缺口對(duì)齊然后旋緊，避免因接觸不好而導(dǎo)致通道告警缺陷處理。

在平常保護(hù)驗(yàn)收或定檢中可用下列公式計(jì)算光纖通道的衰耗：①光纖衰耗：0.3dB/km；②接頭衰耗：1dB/點(diǎn)；③熔接衰耗：0.1dB/點(diǎn)，通道裕度檢驗(yàn)公式：光發(fā)射功率?光接收靈敏度?0.3×距離?1×接頭個(gè)數(shù)?0.1×熔接個(gè)數(shù)》6dB。例如長(zhǎng)度為 20km的線路衰耗核算：發(fā)射功率為?13dB；接收靈敏度為?32dB，線路衰減為20km×0.3dB/km=6dB，連接衰減為接頭8個(gè)衰減為8點(diǎn)×1dB/點(diǎn)=8dB，熔接兩個(gè)點(diǎn)為 2點(diǎn)×0.1dB/點(diǎn)=0.2dB。衰減余量=?13dB?(?32dB)?6dB?8dB?0.2dB=7.8dB，系統(tǒng)容量大于6dB，滿足要求。

在現(xiàn)場(chǎng)工作中，對(duì)于光纖縱差保護(hù)，首先對(duì)于時(shí)鐘同步方式：2M專用光纖通道，兩段保護(hù)裝置的時(shí)鐘方式都設(shè)置為“主-主”時(shí)鐘方式。采用64K通道，護(hù)裝置的時(shí)鐘方式都設(shè)置為“從—從”時(shí)鐘方式；其次，對(duì)于長(zhǎng)度為0～30km的短距離輸電線路，發(fā)光功率一般大于?13dBm，靈敏度優(yōu)于?32dB，飽和功率大于?8dBm，采用1B4B編解碼。

3 結(jié)論

由于光纖通道大范圍應(yīng)用在超高壓輸電線路保護(hù)中，而且光纖通道隨著運(yùn)行年限日益增加，光器件老化、小動(dòng)物撕咬、光纖通道老化、通道接觸不良等原因，引起通道衰耗增大，誤碼率增大，輕則影響保護(hù)運(yùn)行頻繁發(fā)誤碼告警，重則閉鎖光纖差動(dòng)保護(hù)，影響保護(hù)裝置正常運(yùn)行，所以在平常維護(hù)與定檢工作中，快速診斷光纖通道故障，準(zhǔn)確隔離故障點(diǎn)并處置，成為亟待解決的問(wèn)題。本文以兩起典型光纖通道異常為案例，重點(diǎn)分析了對(duì)光纖通道故障快速查找處置的過(guò)程，提高了繼保檢修人員的工作效率，可供現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)維人員可借鑒。

[1] 韓國(guó)邦. 某 220kV線路光纖保護(hù)裝置“嚴(yán)重誤碼”缺陷處理及分析[J]. 電氣技術(shù), 2014, 15(10): 114-116.

[2] 劉峰, 裘峰源, 劉健. 光纖通道對(duì)光纖差動(dòng)保護(hù)影響的試驗(yàn)研究[J]. 電力系統(tǒng)自動(dòng)化, 2005, 29(13):97-99.

[3] 李瑞生. 光纖電流差動(dòng)保護(hù)與通道試驗(yàn)技術(shù)[M]. 北京: 中國(guó)電力出版社, 2006.

[4] 陳強(qiáng)林, 李瑞生, 馬全霞, 等. 繼電保護(hù)通道檢測(cè)平臺(tái)在光纖差動(dòng)保護(hù)測(cè)試中的應(yīng)用[J]. 電力系統(tǒng)保護(hù)與控制, 2009, 37(8): 83-85, 92.

[5] 超高壓線路光纖保護(hù)通道故障分析及定位方法[J].電氣技術(shù), 2013, 14(9): 66-68.