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1、第二十九届中国电网调度运行会收录论文全集第二十九届中国电网调度运行会收录论文全集 - 1 - 基于 2Mbit/s 数字通道的 电流差动保护信号传输 王东升 1 董洁2 鲍捷1 张红红1 （1 华北电力调度局 2 北京科技大学） 摘 要摘 要：本文通过介绍华北电网电流差动保护传输的方式，分析了基于 64kbit/s 通道电流差动保护传输存在的问题，并通过对利用 2Mbit/s 数字通道传输电流差 动保护有关问题的探讨，提出了对保护装置通信接口进行标准化的思路。 关键词关键词：电力系统通信 电流差动保护 2Mbit/s 0 引言 电流差动保护具有快速、安全、可靠，且整定、维护简单等优点，其基本工
2、作原理是： 线路两侧保护将CT回路的电流进行采样，经滤波后换算为数字数据，再通过数字通信通道传 送给对侧，各侧保护利用本地和对侧电流数据按相进行差动电流计算，判定是区内还是区外 故障，决定保护是否动作。这一特性使得电流差动保护对通信通道可靠性、同步等方面的要 求比其它保护更高。 近年来随着华北电网不断发展扩大，电流差动保护在华北电网得到越来越广泛的应用。 由于其对电力通信通道的依赖，使继电保护与电力系统通信联系更加紧密，电力系统通信网 的安全稳定运行对电网的安全稳定运行已经产生至关重要的影响。 为保证复用保护特别是电流差动保护信号传输的可靠性，多年来华北电网在提高复用保 护的传输质量和可靠性、
3、 复用保护电路开通调试和运行管理等方面进行了大量的探索和研究。 随着技术的发展，采用 2Mbit/s 通道传送电流差动保护的方式已经在国内大量应用。本文将 结合华北电网的有关情况，讨论利用 2Mbit/s 通道传送电流差动保护的有关技术问题。 1 华北电网复用电流差动保护的方式 电流差动保护传输方式有两种：光纤直连方式和通信通道复用方式。其中光纤直连方式 需要采用专用光纤，受光接口通信距离的限制，常用于线路距离较短的情况，在华北电网应 用不多。 与光纤直连方式相比，采用通信通道复用电流差动保护信息，可以充分利用通信网络灵 活、可靠、便捷等特点，提高保护信息传输的质量。因此，这种方式在华北电网应
4、用较为普 遍， 目前几乎所有的500kV线路保护都采用这种方式。 传输通道既有光纤通道， 也有微波通道， 也有光纤微波混合组成的通道。 在这种方式中，保护装置配置光接口，通过光缆连接到通信机房的光电转换装置转换为 64kbit/s同向电接口， 由PCM提供的64kbit/s通道传送到远端。 这种方式可看作是光纤直连方 第二十九届中国电网调度运行会收录论文全集第二十九届中国电网调度运行会收录论文全集 - 2 - 式的扩展。目前保护装置提供的光接口没有统一的标准，不同保护装置在光接口速率，编码 技术等方面各不相同。保护装置采用“从-从”定时方式，即光电转换装置从PCM提取时钟， 保护装置从光电转换
5、装置提取时钟。一般保护专业和通信专业维护分界为PCM的音频配线端。 其典型应用形式如图一示。 图一 通信通道复用电流差动保护 11 提高传输可靠性的策略 在复用电流差动保护电路中，由于通信通道涉及的环节较多，任意一个环节出问题，都 会导致通道故障。 因此， 保障通道各个环节的有效可靠对提高复用保护通道运行率至关重要。 在华北电网，为提高复用保护通道的可靠性，在通信通道设备配置时，遵循“同一线路 的两条复用保护通道实现物理隔离”的原则，即对同一线路的两条复用保护采用不同的通信 传输设备、不同的通信电源供电，以保证在通信设备出现故障时，同一线路的两条复用保护 不会同时退出运行。 此外，对通道具备条
6、件的电路，还采用通道保护措施，以提高复用保护通道的可靠性。 这种措施通常分两种，即采用智能 PCM 和子网连接保护方式。 智能 PCM 设备能提供 2 个 2Mbit/s 通道，PCM 的话路可在两个 2Mbit/s 通道间进行通道 切换。当这种 PCM 设备通过 2 条不同的 2Mbit/s 通道连接，任一 2Mbit/s 通道故障时，业务 信号将切换到另一条 2Mbit/s 通道，从而能极大提高复用保护信号传输可靠性。 子网连接保护（SNCP）是 SDH 中常用的一种保护方式，也称虚容器（VC）或支路单元 （TU）保护。这种技术通过将一个 PDH 接口与两个 VC 进行交叉连接来实现对路径
7、的保护。在 网络中的配置连接方面具有很大的灵活性。在电路两端设备相同的情况下，能对由不同厂家 SDH 设备组成的“SDH 岛”间的电路提供保护。因而特别适用于不断变化、对未来传输需求不 能预测的、 根据需要就可以灵活增加连接的网络,能够应用于干线网、 中继网、 接入网等网络, 以及树形、环形、网状的各种网络拓扑。 除了上述措施，在传送复用保护的通信设备配置上还采用1：1或1：N冗余等方法，提高 通信设备运行可靠性。实践表明，上述措施极大提高了复用保护电路运行的可靠性，保障了 电网的安全稳定运行。 12 存在的问题 尽管采用64kbit/s通道传输电流差动保护的方式在华北电网已应用多年， 但由于
8、该方式 本身的特点，使其在实际的工程、运行维护过程中存在诸多的问题。 （1）电路环节多，降低了信息传输的可靠性，也造成运行维护不便。 （2）电路中采用的光电转换装置由保护装置生产厂家配套提供，由于没有统一的标准， 不同保护装置厂家提供的保护装置和光电转换装置技术特性不一样，特别是通信接口特性、 对通道的检测功能等方面存在较大差异，造成运行管理不便。 第二十九届中国电网调度运行会收录论文全集第二十九届中国电网调度运行会收录论文全集 - 3 - （3）在实际的电路调试和维护过程中，常出现故障，主要表现在PCM与光电转换接口间 的配合问题和电路各组成部分时钟设置问题。 2 基于 2Mbit/s 通道
9、的电流差动保护信号传输 随着技术的发展和通信传输条件的改善，直接采用 2Mbit/s 数字通道传输电流差动保护 成为一种很好的选择。从通信传输的角度，这种方式省去了 PCM 装置，避免了采用 64kbit/s 通道传输带来得一系列运行维护方面的问题，能提高传输得可靠性；从电流差动保护来看， 这种方式增加了传输带宽， 使两侧保护装置交换的信息量大幅增加， 为保护提高采样点频率， 采用更为精确的算法提供条件，从而能提高纵差保护的性能。 这种方式的典型电路模型如图二所示。 图二 2Mbit/s 数字通道传输电流差动保护电路模型 从图示可知，该方式中光电转换装置将与保护装置相连的光信号转换成为 2Mb
10、it/s 电信 号，因而可以节省 PCM 这一环节。由于通信传输网络对于时钟信号进行透传，因此，在这种 方式下，保护装置工作于“主-从”时钟模式。 综合比较国内及国外多种型号的电流差动保护装置及配套的光电转换装置特性，可以发 现，目前实现 2Mbit/s 传输的方式主要有两种： （1）对 64kbit/s 通道模式下保护装置的通信接口模块进行改造，并利用光电转换装置 转换为 2Mbit/s 接口。 （2）将 64kbit/s 通道模式下保护装置的通信接口模块保持不变，由光电转换装置实现 64kbit/s 与 2Mbit/s 的复接/分接。 以下是国内几种光电转换装置的有关技术特性比较。 项目
11、北京四方 许继电气 南瑞继保 国电南自 电口速率(bit/s) 2M 64k/2M 64k/2M 64k/2M 电接口标准 G703 G703 G703 G703 帧结构 非成帧 非成帧 非成帧 非成帧 光口速率(bit/s) 4M 256K/8M 256K/2M 256K/4M 编码格式 曼彻斯特 1B4B 1B4B CMI 通过比较可知，目前基于 2Mbit/s 通道传输的电流差动保护装置的光信号经光电转换装 置转换为 G.703 非成帧 2Mbit/s 信号进行传输，不同装置的光接口及光信号编码方式不同， 尚无统一的标准。 第二十九届中国电网调度运行会收录论文全集第二十九届中国电网调度运
12、行会收录论文全集 - 4 - 3 有关标准研究 利用 2Mbit/s 通道传输电流差动保护，减少了 64kbit/s 电路中的通道环节，提高了电 路传输的可靠性，同时，也简化了复用保护电路的维护检修工作。但从前面的介绍可知，这 种方式仍然存在保护装置通信接口不标准的问题。 进行规范化、 标准化管理是规范工作流程、 降低成本，提高生产效能的必要手段。对保护装置通信接口进行规范，是提高保护信号传送 可靠性， 规范对保护信号全通道传输的监测， 以及规范对于保护通道的检修测试的必然要求。 31 国际标准 IEEE 标准 C37.94-2002 对于远方保护装置与复接设备间光接口通信进行了规范。该标 准
13、主要规定了以下几方面的技术特性： （1）传输距离范围：2km 内。 （2）采用光纤类型：多模光纤（50或62.5 m）。 （3）光接口速率：N64Kbit/s，N = 1, 212； （4）帧结构：256bit/帧，采样频率 8000Hz，符合 ITU-T G.704 标准，但数据结构非标准， 其帧结构包括帧头、开销数据、通道数据三部分，如图三。 图三 帧结构 （5）通信故障检测，包括信号丢失（LOS）的判别与清除，告警指示信号（AIS）的产生与传 送等。 （6）时钟要求，包括对频率容差、保护装置与复接设备接口对抖动、漂移的要求。 （7）光接口发送波长、光功率要求： 平均发送光功率（50 m）
14、 23.0 dBm ， 19.0 dBm ， 11.0 dBm 工作波长： 830 40 nm （8）光接收灵敏度：32 dBm 至11 dBm (BER 1E 9) （9）光连接器的物理要求：BFOC/2.5 型 32 进行接口标准规范的思路 第二十九届中国电网调度运行会收录论文全集第二十九届中国电网调度运行会收录论文全集 - 5 - 国内目前的多数保护装置不满足此标准，因此无法进行统一的规范。在 C37.94 标准中， 最核心的是对于光接口速率和帧结构的规定。这为对光电转换装置进行统一提供了基础。有 关各方应加强对于保护装置生产厂家的要求， 参照 C37.94 标准对保护装置的通信接口进行
15、规 范。考虑到国内应用的实际情况，对光接口的部分特性可以进行调整。譬如，增加对于应用 单模光纤情况下的要求等。 考虑到实际运行中常出现的故障，可以设想：若能统一保护装置的帧结构，并将多余字 节用于通道的监视和管理，对于提高复用保护运行质量，准确进行故障定位，及时恢复保护 运行将具有及其重要的意义。 4 通道保护策略 在 2Mbit/s 方式下，一些保护装置厂家研制的保护装置能直接出两路光信号，装置的接 口和控制部分为两套，两路相互独立并同时工作，彼此间不需要切换，一路异常不会影响另 一路的运行，相当于在保护装置考虑了通道异常时所谓“切换” 。 但这种方式在实际运行中存在一些问题，譬如： （1）
16、增加了一个故障点。如一路发生异常，就不排除保护装置存在问题的可能； （2）查找通道异常还得将保护退出。一路发生通道告警，处理时需通过自环确定哪段 有 问题，如不将保护退出运行，就会造成保护误动； （3）运行及维护的监视和测量手段还不完善。 因此，对这种装置的应用问题，还有待研究。 类似于 64kbit/s，在 2Mbit/s 通道环境下，为提高信号传输可靠性，可采用两种策略： 子网连接保护和采用 1+1 切换设备。其基本思路都是为一套电流差动保护装置提供两个 2Mbit/s 通道。值得注意的是，根据电流差动保护的原理，其对于通信通道收、发两个方向 传输延时差较敏感。传输延时差过大时，会产生差流。因此，在设计主备用 2Mbit/s 通道时， 应保证主备用切换后收、发两个方向传输延时满足保护装置要求。 41 子网保护方式 工作侧 VC 保护侧 SDH NE1 SDH NE2 SDH NE3 图四 子网保护方式 进行子网保护切换的准则有两种： （1） 信号失效， 包括 VC 信号 AIS， VC 信号指针
