技术与应用 继电保护光纤通道异常快速诊断处理研究 陈志勇 （广东电网公司河源供电局，广东河源 ５１７０００） 摘要本文通过介绍光纤通道在继电保护中应用，简述光纤通信系统与光纤纵联差动保护。 以两起典型光纤通道异常事件为案例，采用单端站光纤通道自环方法，探讨通道异常告警处理步 骤，运用通道衰耗和通道误码率重点分析，快速诊断故障位置，提高故障处理效率，降低电网运 行风险。 关键词：继电保护；快速诊断；光纤通道异常；故障处理 Ｒｅｓｅａｒｃｈ ｏｎ ａｂｎｏｒｍａｌ ｆａｓｔ ｄｉａｇｎｏｓｉｓ ａｎｄ ｔｒｅａｔｍｅｎｔ ｏｆ ｒｅｌａｙ ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ ｏｐｔｉｃａｌ ｉｂｅｒ ｃｈａｎｎｅｌ ｆＣｈｅｎ Ｚｈ￣ｏｎｇ （Ｇｕａｎｇｄｏｎｇ Ｐｏｗｅｒ Ｇｒｉｄ Ｃｏ．，Ｌｔｄ，Ｈｅｙｕａｎ Ｐｏｗｅｒ Ｓｕｐｐｌｙ Ｂｕｒｅａｕ，Ｈｅｙｕａｎ，Ｇｕａｎｇｄｏｎｇ ５ １ ７ｏ０ｏ） Ａｂｓｔｒａｃｔ Ｂｙ ｉｎｔｒｏｄｕｃｉｎｇ ｔｈｅ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ ｆｉｂｅｒ ｃｈａｎｎｅｌ ｉｎ ｒｅｌａｙ ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ，ｔｈｅ ｏｐｔｉｃａｌ ｆｉｂｅｒ ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ ａｎｄ ｏｐｔｉｃａｌ ｆｉｂｅｒ ｌｏｎｇｉｔｕｄｉｎａｌ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ，ｔｈｒｏｕｇｈ ｔｗｏ ｔｙｐｉｃａｌ ｆｉｂｅｒ ｃｈａｎｎｅｌ ａｂｎｏｒｍａｌ ｅｖｅｎｔｓ ａｓ ａ ｃａｓｅ，ｔｈｅ ｓｉｎｇｌｅ ｅｎｄ ｓｔａｔｉｏｎ ｏｐｔｉｃａｌ ｆｉｂｅｒ ｃｈａｎｎｅｌ ｌｏｏｐ ｍｅｔｈｏｄ，ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅ ｔｈｅ ｃｈａｎｎｅｌ ａｂｎｏｒｍｉｔｙ ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ ｓｔｅｐｓ，ｕｓｉｎｇ ｔｈｅ ｃｈａｎｎｅｌ ａｔｔｅｎｕａｔｉｏｎ ａｎａｌｙｓｉｓ ａｎｄ ｃｈａｎｎｅｌ ｅｒｒｏｒ ｒａｔｅ， ｒａｐｉｄ ｄｉａｇｎｏｓｉｓ ｏｆ ｆａｕｌｔ ｌｏｃａｔｉｏｎ．Ｔｏ ｉｍｐｒｏｖｅ ｔｈｅ ｆａｕｌｔ ｈａｎｄｌｉｎｇ ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ，ｒｅｄｕｃｅ ｔｈｅ ｐｏｗｅｒ ｇｒｉｄ ｏｐｅｒａｔｉｏｎ ｒｉｓｋ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ．ｒｅｌａｙ ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ；ｒａｐｉｄ ｄｉａｇｎｏｓｉｓ；ｆｉｂｅｒ ｃｈａｎｎｅｌ ａｂｎｏｒｍａｌ；ｆａｕｌｔ ｈａｎｄｌｉｎｇ 以光纤通道为媒介的光纤纵联差动保护不受系 发送机和光接收机。其中，数据源包括所有的信号 统振荡、非全相运行、平行互感等影响，保护本身 具有选相能力，动作速度快，可以及时反映各种类 型的故障，很适合作为超高压输电线路主保护，目 前，已广泛应用在１１ＯｋＶ及以上高压输电线路保护 源，是话音、图像、数据等业务经过信号源编码所 得到的信号，光发送机和调制器负责将信号转变成 适合在光纤上传输的光信号［３］。光接收或发送机则 接收或发送光信号，并从中提取信息，通过光电信 中［１１。运行中的光纤纵联差动保护由于通道的原因 暴露出许多问题，经常因通道异常而退出运行，给 系统的安全稳定运行带来隐患【２】。下面概述光纤通 信系统与光纤纵联差动保护，通过对通道异常及通 道误码率过高的两起典型案例，以２Ｍ专用通道和 ６４Ｋ复用通道故障两种类型，分析故障原因、故障 查找方法及对策，并总结梳理常见故障，提升继保 专业人员光纤纵联通道故障快速处置能力。 号转换，最后得到对应的话音、图像、数据等信息。 光纤通道包括常规的光纤，还有中继光纤放大器等， 图ｌ是光通信基本系统框图。 图１ 光通信基本系统框图 １．２ 光纤纵联差动保护概述 纵联保护是依据双端电气量的交互做出是否要 １ 光纤通信系统与光纤纵联差动保护概述 １．１ 光纤通信系统基本概述 发跳闸命令决定的全线速动保护，是解决输电线路 端电气量变化的保护未能瞬时切除故障的问题。 一光纤通信系统是以光波为载体，光导纤维为传 输媒介的通信方式，其基本组成部分是数据源、光 纵联保护依据通道类型分为光纤通道、载波通道和 微波通道；依据交互信息的方式可分为允许式与闭 ２ｏ１８年第２期ｌｑｍ￣ｌｏ９ 技术与应用 锁式纵联保护；依据保护原理可以被分为分相电流 差动保护与反应阻抗的距离保护。光纤纵联差动保 护包括光纤电流差动保护、光纤纵联距离保护，以 光纤通道为媒介，分别采用电流差动保护、纵联距 这样就形成光纤纵联距离保护、光纤纵联方向保护。 ２事件经过及分析 ２．１ 案例一 ２０１３年５月１３日ｌ０时，继保自动化人员接到 ２２０ｋＶ Ｘ×站２２０ｋＶ上升甲线主一保护ＲＣＳ． ９３１ＢＭ发“通道异常”、“装置告警”紧急缺陷，对 侧站同样出现相同报文。现场两侧站端光纤通道连 接示意图如图２所示。 离保护原理【４］。光纤电流差动保护是将输电线路两 端的电流、开关量信号通过编码形成码流后光电转 换，进行相位、幅值或实虚部比较构成纵差保护。 通过光纤传送的不仅可以反应电流信号，亦可反应 该端阻抗继电器、方向继电器动作行为的逻辑信号， １０Ｐ ＯＤＦ屏 保护装置尾纤 尾纤 ＲＸ ０ ＴＸ —Ｑ＿一 ＴＸ ＲＸ Ｑ ｏＤＦ １２Ｐ ＯＤＦ屏 ＯＰＧＷ Ｏ ＲＸ ＴＸ １Ｐ通信 接口屏 尾纤 尾纤 ＴＸ ｎ ＲＸ ｎ ＴＸ保护 ｎ ＲＸ装置 ＲＸ Ｉｎ ＴＸ ０ＤＦ ｏＤＦ ＯＤＦ 子框 子框 子框 子框 主控室 通信机房及ＳＤＨ网络 主控室 图２ ２２０ｋＶ上升甲线主一保护专用通道连接示意图 继保人员现场使用光功率计ＧＤ．４Ｅ１３，设定 １３１０ｎｍ波长，单端站光纤通道测试方法采用自环测 试，如图３所示。 测试。 采用快速测试方法：将测试点３和测试点４白 环，如果站端内部故障，则保护装置面板“通道异常” 告警灯亮或通道误码数将在１ｍｉｎ内快速增加或在 保护装置的ＲＸ口测得数据严重异常，则可判断是 否本站内部故障，由于站间和两站同时出现光纤回 １２Ｐ 测Ｉ １Ｐ通信 ｝ ＯＤＦ屏 枣Ｉ枣 接口屏 测点１ ＴＸ（ 路故障的概率很低，所以对侧变电站的继保人员可 Ｔｘ 保护 ＲＸ 装置 ＲＸ（ Ｉ ）Ｉ ～ ＲＸ ＴＸ（ ＼ 不用选派，节省了人力和物力资源。采用快速测试 方法，快速隔离故障，详细的测试数据见表１，装 置ＲＸ接口测试发现光功率达到一５６．３ｄＢｍ，远大于 光功率灵敏度，判断测点６与保护装置收信ＲＸ段 尾纤损坏，在电缆室检查发现光纤套管存在被老鼠 ＯＤＦ 测 点 ｏＤＦ 子框 测点６ 子框 ４ 主控室 咬损的痕迹，套管里面尾纤撕裂，继保人员立即更 图３单端站２Ｍ专用通道试验示意图 换备用通道，使两站保护装置恢复正常运行。 表１测试数据 测试地点 发信电平ＴＸ／ｄＢｍ 收信电平ＲＸ／ｄＢｒｒ 一１２ ６ —１３ １ —１３．４ 对于ＲＣＳ．９３１ＢＭ装置，２Ｍ光纤通道的单一传 输速率光发射器发射功率不小于一１６ｄＢｍ（单模，小 于６０ｋｍ，波长１３１０ｎｍ），利用光发射器功率＝测量 值＋线衰耗十接头衰耗，单个ＦＣ接头衰耗１ｄＢｍ，光 本侧保护装置发信ＴＸ处 测点１ 测点２ 纤纤通道检查步骤如下。 常规的测试方法：①检查本保护装置光发功率 ＴＸ是否正常（大约在一１３ｄＢｍ）；②分别在测点１、 测点２、测点３进行光功率测试，如果通道异常告 警未消失；⑨将１２Ｐ ＯＤＦ屏自环，保护装置纵联码 测点３ 测点４ 测点５ 测点６ ～１４．２ —１４，６ —１５．７ —１５．９ 改为一致，再进行测点４、测点５、测点６的光功率 ｌ本侧保护装置收信ＲＸ处 一５６．３ １１０Ｉ晦曩＿ｉ技琳２０１８年第２期 技术与应用 ２．２ 案例二 后误码消除，通道告警消失，但恢复与对侧站通信 时，再次出现通道告警，在对侧站确定单端站通信 白环正常情况下，初步判断通信网络异常，经与通 ２０１５年４月，２２０ｋＶ××站２２０ｋＶ和塔线主二 保护进行双通道保护装置改造。现场验收发现，主 二保护装置面板一直报通道告警，现场保护人员对 单端站进行复用通道试验，如图４所示。现场采用 信班组沟通，发现通信班组给定的ＤＤＦ端口与现场 不对应，导致两侧通道不在同一链接而出现光纤通 自环方式，排查方法见案例一，检查发现通信机房 道异常。 的１２Ｐ ＯＤＦ屏的ＴＸ接口ＦＣ光纤接头松动，拧紧 ｌＯＰ ４Ｐ ２１Ｐ通信 １２Ｐ ｌ １Ｐ通信 光设备屏 ＤＤＦ屏 接口屏 ＯＤＦ屏 ＩＩ 接口屏 尾纤 Ｊ尾纤 尾纤 ２Ｍ缆 ２Ｍ缆 ＴＸ Ｉ ＲＸ ＲＸ Ｉｌｎ ＴＸ ｎ ＴＸ保护 ＲＸ装置 Ｉ ＩＳＤＨ ＤＤＦ ｏＤＦ Ｉ ＯＤＦ 网络端口 端口 ＭＵＸ．２Ｍ 子框 ｌ 子框 通信机房及ＳＤＨ网络 主控室 图４单端站２Ｍ复用通道试验示意图 ２．３ 案例分析总结 ， 耗：ｌｄＢ／点；③熔接衰耗：０．１ｄＢ／点，通道裕度检 案例一的问题直接原因在于没有做好防范小动 验公式：光发射功率一光接收灵敏度一０．３×距离一１ Ｘ 物工作，类似情况也曾发生在几个１１０ｋｖ变电站的 接头个数一０．１ Ｘ熔接个数》６ｄＢ。例如长度为２０ｋｍ 光纤保护中，解决方法是对电缆室或主控室首先进 的线路衰耗核算：发射功率为一１３ｄＢ；接收灵敏度 行驱鼠、灭鼠，做好二次屏柜封堵工作；其次更换 为一３２ｄＢ，线路衰减为２０ｋｍ ｘ：０．３ｄＢ／ｋｍ＝６ｄＢ，连接 电缆室的尾纤套管。案例二的原因有两个：①施工 衰减为接头８个衰减为８点×ｌｄＢ／点＝８ｄＢ，熔接两 队人员平常工作不细致，接头松动，导致误码率增 个点为２点×０．１ｄＢ／点＝０．２ｄＢ。衰减余量…１３ｄＢ 加；②工作人员责任心不足，导致光纤通道接线图 （－３２ｄＢ）一６ｄＢ一８ｄＢ￣０．２ｄＢ＝７．８ｄＢ，系统容量大于６ｄＢ， 与现场不一致。现场中常见的故障除尾纤损坏与接 满足要求。 、 ． 头松动原因外，两侧时钟设置错误，包括ＳＤＨ设备 在现场工作中，对于光纤纵差保护，首先对于 时钟不正确。ＳＤＨ硬件故障、软件与保护不匹配Ｌ５ Ｊ； 时钟同步方式：２Ｍ专用光纤通道，两段保护装置的 接口配线错，或通道交叉接线亦有发生。对于光纤 时钟方式都设置为“主一主”时钟方式。采用６４Ｋ通 差动保护误码产生原因主要有：发光功率过大、接 道，护装置的时钟方式都设置为 从一从”时钟方 收灵敏度不够、接头不好、时钟设置不正确、光纤 式；其次，对于长度为０￣３０ｋｍ的短距离输电线路， 弯曲挤压等。尤其在平常定检工作，因为要测试光 发光功率一般大于一１３ｄＢｍ，灵敏度优于～３２ｄＢ，饱 功率的收发功率，多次插拔尾纤，增大了接头松动 和功率大于一８ｄＢｍ，采用１Ｂ４Ｂ编解码。 风险。正确的方法是，将通道尾纤断开，则尾纤的 插头需用套头套好，防止因粘灰而导致接触不好。 ３ 结论 ｔ 检查光纤头是否清洁，用有乙醇棉花球擦拭连接头 由于光纤通道大范围应用在超高压输电线路保 表面，待乙醇挥发后再测试数据；光纤连接时一定 护中，而且光纤通道随着运行年限日益增加，光器 要注意检查，连接头上的凸台和祛琅盘上缺口对齐 件老化、小动物撕咬、光纤通道老化、通道接触不 然后旋紧，避免因接触不好而导致通道告警缺陷 良等原因，引起通道衰耗增大，误码率增大，轻则 处理。 影响保护运行频繁发误码告警，重则闭锁光纤差动 在平常保护验收或定检中可用下列公式计算光 保护，影响保护装置正常运行，所以在平常维护与 纤通道的衰耗：①光纤衰耗：０．３ｄＢ／ｋｍ；②接头衰 （下转第ｌ１５页） ２Ｑ１８年第２期嘲．｜ｌ攘贰Ｉ１１１ 技术‘：『应用 ４直流系统改造过程中需注意的问题 虽然此次装 造施Ｔ 过 ｒ『ｌ 的问题： 邪 持运行， ‘ 直流系统停电，就会对站内设备 造成 人影响，甚罕造成停机、停炉乃 设备损坏 等 人 Ｊ ： Ｉ－故。 直流系统改造过氍中，必须做 到谨慎、细致，确保万光 失。通过对此次直流系 动并术造成 人牛Ｊ ：ｍ故，甚 的 ； 、操作等 题。ｌ大Ｊ此， 术对 Ｊ ：造成仃 影响，ｆｌ【陔寸｝敞也暴 了 改 电 直流系统改造过 －¨，， ‘定要沣意以卜儿 而 １）改造前对老“流系统进行企，查清老系统 统大电导致快 装 动作的险肇事故分析可以发 脱，快切装 生 ：厂家 经对商流失电采取了多项 防范措施，但仍然难免存 极个别Ｂｕｇ，往直流系 统改造、甚 直流系统馈线操作过程中，必须要 先做好预防措施，对新设备投运前，除必须进行 的ｊＩｌ 试验外，还应采ＪｊＪ 能多的方式对设备进 馈线所带负荷情况，馈线电源末端分支情况，并 做好洋细的负付列农。 ２）最要馈线做好电源转接，小先选收馈电 ，将‘ 安伞ｌ 、气动阀、 ‘个临时 婴的保护装 ： 行考验，以避免 式投运后给运行和维护带来麻烦。 等直流失电可能造成生』 馈电肼， 造 束 移网。 』Ｉ勺负荷，并接伞临时 『Ｓ１． 参考文献 【１】ＧＢ／Ｔ ｌ４２８５－－２￣０６继电保护和．奠 ｆ｛ 装赶技术 ３）改造开始前制定详细的方案、作业指甘书、 市 予页窠，并要求柏火人员熟 、考试。 ４）血流系统停、送电操作，按改造方案要求， 人指挥、 纸。 ［２】 ［３］ ，邰能 ．铬ｆｌ投合 ｌ『１ｌ跚 现场运行。ｆ１的改 进Ⅲ．ＩＵ ｌ ｌ动化设备，２０１０，３０（１）：１４５．１４９． 人操作、々人 求。 海尔． 化企业ｌ ｌＯｋＶ ｆＪＩ电系统的快切装 应川 及分析［Ｊ］．电气技术，２０１５ １６（９）：ｌ０２—１０５，ｌ２２． ５）改造完成 ， 【』ｐ档师 详细ｌ 『勺负荷分配 ６）对血流供电的新改备，投』ｌＪ前必须做断电试 验，榆 “流失电过程ｒｆ１，设备 输入、输 接Ｕ 的变化情况，避免该厂 川电备川电源快速切换装 存 的类似 题 次发生。 ［４】 董德，魏林邦，ｔＩ： ， ．水力发电厂’ 流系统故障 分析 ｊ处理［Ｊ］＿电 ‘技术，２０１７，ｌ８（６）：６８－７２． 【５］ · 良．１１ＯＶ ｈ流拧 系统 常时安稳 动事故分 析【ＪＪ＿华ＩＵ披小 ＿２０ｌ５，３７（７）：４３－４４，４９． 收稿１ １ ：２０ｌ７．０７．Ｉ ８ 作者简介 王志龙（Ｉ ９８Ｉ一），ｌＪｊ， Ｉ 改衍继ｆＵ 护 、 Ｉ．作。 ｒ人，Ｉ， ｊｊｌＩｊ，１ 从。Ｊ【发ＩＵ ＩＵ ｅ ５ 结论 电站直流系统极少提供动力Ｌ乜源， 要以控制、 保护系统 川为 ，对 般性敞障，Ｉ｜丁进行简 处 （ 拨 Ｉ１ ｌ叭） ９ ７— ． 定榆Ｔ作中， 速诊断比纤通道故障，准确隔离故 障 并处 ，成为亟待解决的问题。奉义以两起典 型光纤通道 常为窠例，币点分析了埘光纤通道故 障快速 找处 的过 ，提高了继保检修人员的丁 ［３］ 瑞乍．光纤电流筹动保护 通ｉｃｉ试验技术［Ｍ】．北 京：·ｌ 电 …版社，２００６．Ｊ 【４】 陈强林，李瑞牛，马 霞，等．继电保护通道检测、卜 台 光纤 动保护测试巾的应川［Ｊ］．电力系统保护 制，２００９，３７（８）：８３—８５，９２． 【５］超尚＿『ｌｉ线路）匕纤保护通道敞障分析及定位方法【Ｊ］． 作效率，可供现场返维人贝可借 。 参考文献 【１】帏…Ｊ＝Ｉ｛． ２２０ｋＶ线路比纤 ｛，ｌ装。 “ ” ｝Ｕ ｅ技术，２０１３，ｌ４（９）：６６—６８． 缺 处 及分析［Ｊ］．ｆＵ 技术，２０１４，ｌ ５（１０）：ｌ１４一 ｌ１６． 收稿Ｉ『划：２０ｌ７－０７．１７ 作者简介 【２】刘峰，裘峰 ，刘健．光纤通道ｘ１』光纤 保｛＝Ｉ’ｌ影 陈 －３ ｒ勇（１ ９８４一）， ，广尔 ｌ』溯 人，坝Ｉ １Ｊ－ｆ究 ，１． 州ｊ，ｉ－ 研 响ｆ 试验研究Ⅲ．电 系统¨动化，２００５，２９（１３）： 究力Ｉ 为继ｌＵ 护运行竹 、测试 ｉ：护。 ２ｏ１８年第２期电号技术Ｉ１１５
