超高压线路光纤保护通道故障分析及定位方法

吴志宇

（中国南方电网超高压输电公司梧州局，广西 梧州 543002）

作为线路保护信号传输介质之一，光纤通道由于其抗电磁干扰强、衰耗低、可靠性高等优点[1]，已在超高压线路保护中得到了广泛应用。但在实际应用中，保护光纤通道常因外部或内部问题，导致通道故障，影响了超高压线路主保护的运行可靠性。本文在对超高压线路保护光纤通道配置介绍的基础上，结合通道故障典型事例, 总结了相应的故障定位方法。

1 线路保护光纤通道的类型

1.1 专用光纤通道

保护专用光纤通道，如图1所示，由两站保护装置（包括保护的光电转换部分）、ODF光纤配线架，通过对应线路OPGW光缆直接相连。专用光纤通道的优点是减少了信号传输的中间环节。但是，专用光纤通道存在着以下几方面局限：

图1 专用光纤通道方式

1）受保护装置发信功率大小的局限，只能应用于短距离线路。

2）OPGW 电缆需要预留足够的备用纤芯，光缆纤芯利用率低。

3）OPGW 出现断线时，专用光纤通道中断时间长，并且难以切换到复用通道。

4）无法实现网管的远方监控，只能通过保护装置监视通道状态。

因此，专用光纤通道并不能满足目前超高压线路在长距离输电、运行可靠性高的要求。对于某些220kV及以下电压等级的线路，如果满足距离和备用纤芯要求，可以使用专用光纤通道。

1.2 复用光纤通道

保护复用通道，如图2所示，由两侧的保护装置、通信接口装置，经过DDF数字配线架接入SDH光纤通信环网组成。复用通道主要有以下优点。

图2 复用光纤通道方式

1）不占用专用纤芯，节约通信资源。

2）利用通信中继技术可以实现保护信息的长距离传输，应用于线路长度大于100km[2]。

它的主要缺点如下。

1）通道延时高于专用纤芯。

2）中间环节多，降低了通道的可靠性。

3）涉及通信专业的中间环节多，不利于保护专业的通道调试和维护。

1.3 保护与通信2M光口互联通道

为了减少光电转换的中间环节，保护装置与通信设备 2M光接口在南方电网进行试点应用。这种连接方式是在复用通道的基础上取消了通信接口装置和DDF架，由保护装置与SDH设备通过2Mbit/s光信号进行两站通信，如图3所示。这种连接方式综合了专用通道与复用通道的优点，并且通过实验证明这种光接口直连通信是可行的[3]，但其稳定性和可靠性还有待实际应用论证

图3 保护与通信2M光接口互连通道

2 保护光纤通道故障的定位

2.1 保护通道故障定位的主要原则

超高压线路保护通信通道一旦出现故障，保护和通信人员必须迅速判断故障的性质、位置，并及时修复通道业务。在通道故障处理中，第一步也是最关键的一步就是对准确定位故障点。保护通道故障定位的主要原则如下。

1）先保护，后通信。先由保护人员对通道告警信息进行判断分析，再进行故障处理，如果排除保护的问题或者在保护环节难以发现问题时，则再与通信专业人员一同处理。

2）先单站，后两站。如果两站均出现通道告警，则两站各自进行本站故障排查，再进行两站联调；如果出现单站有通道告警，则先在通道告警站进行故障点排查，再进行两站联调。

3）先外围，后装置。在定位故障时，先排除外围的可能因素，如接线、接头、纤芯、电源、接地等问题，再考虑设备故障。

2.2 保护通道故障定位方法及流程

通用的通信故障定位方法及流程有：

1）告警分析法。首先通过分析保护装置告警信息、通道状态、指示灯等信息，判断故障的类型，从而定位故障范围或故障点。

2）自环法。分为光接口自环和电接口自环，通过在通道的各点逐个自环，结合告警分析法来定位故障点。

3）测量法。通过测量的方法定位故障点，核实故障原因，一般用于对外围部件的排查或故障点的核实，如设备工作电压和接地、设备光功率、纤芯衰耗、同轴电缆短路等。

4）替换法[4]。通过用正常的部件替换疑似故障部位来定位故障点，疑似故障部位可以是一段线缆、连接头、接口设备或保护插件等，通常用于告警分析法和自环法难以发现的故障。

3 保护光纤通道故障类型及案例分析

运行中，继电保护对通信通道主要有可靠性方面的要求，反应可靠性的数据包括对侧识别码、通道延时、误帧、误码及异常报文数等。另一方面是对通道时延方面的要求[5]，包括时延的长度和一致性。而这些要求也是保护装置判断光纤通道告警的依据。

常见通道故障类型有两种：一是通道中断，即收不到对侧数据；二是通道异常，即通道没有中断，可以收到对侧数据，但数据错误。在实际处理中发现，光纤或同轴电缆接口松动、光纤老化以及接口装置故障是通道故障的常见原因，运用上述通道故障定位方法都可以定位故障点并进行处理。但也有些案例比较特别，处理起来也比较麻烦。

3.1 案例1

220kV贺道Ⅰ线主二保护配置为RCS-931+MUX-2MC，为复用通道。通道故障时，贺州站保护无告警，道石站保护有通道告警。根据定位原则，道石站首先进行排查，没有发现问题。当贺州站在MUX-2MC的电口和光口分别自环时，虽然保护没有报警，但保护通道状态里的数据变化是不一样的。在光口自环时，保护通道状态正常；在电口自环时，通道状态中“误码总数”、“失步次数”显著增加。对MUX-2MC接口装置光口的收发光进行测量，收发光功率测量结果也正常。由于在MUX-2MC电口自环时，有通道异常的现象，此时可以运用替换法，将最大疑点的MUX-2MC装置更换。更换后通道恢复正常。

3.2 案例2

500kV来梧Ⅱ主三保护及辅A保护通道一配置如图4所示，出现这种接线方式是由于通信设备厂家的配线错误，两站的DDF至SDH光端机间配线均出现交叉，两站同时交叉即“负负得正”，通信正常，但不规范。

图4 SDH设备更换前的500kV来梧Ⅱ线保护通道

当梧州站单侧对SDH设备进行技改更换后，两站的通道变成了图5的连接方式。在图5连接方式下，梧州站保护可以收到来宾站保护信息，但RCS-902保护中“对侧异常报文数”显著增加，属于通道异常；来宾站两套保护的收信则完成交叉，属于通道中断。在这种情况下，两站人员在自己站内都无法进行故障定位，当两站联调时，环回给对方都是通道中断。由于梧州站对通道进行较大的改动，当一端收信正常，另一端收信中断时，此时可以考虑通道出现了交叉。通过对比新旧设备的接线就可以发现交叉点，但梧州站不能将接线改回原来图4的连接方式。根据接线规范，来宾站将交叉点恢复正常接线后通道恢复正常。

图5 SDH设备更换后的500kV来梧Ⅱ线保护通道

3.3 案例3

500kV梧罗Ⅰ主一保护通道二配置为 RCS-931+MUX-2MC，为复用通道。通道故障时，梧州站RCS-931通道状态“对侧异常数”、“失步次数”“误帧总数”显著增加，保护没有告警，而罗洞站保护有通道告警，MUX-2MC光告警。罗洞站用备品更换MUX-2MC后通道告警消失。几天后，罗洞站再次出现通道告警。在两站联调时，发现两站MUX-2MC的版本不一致，梧州站是08G版，罗洞站是08F版。经厂家分析，08F版MUX-2MC装置与RCS-931装置的锁相环芯片存在个别的性能差异，保护和复用通道装置的数据收发时序配合存在裕度不足的现象，导致通道告警。罗洞站用备品更换MUX-2MC后通道恢复正常。

4 结论

光纤通道虽然在超高压线路保护中得到了广泛应用，但是由于涉及的中间环节较多，特别是复用通道，通道的故障点排查定位比较困难。因此，通道维护人员必须提高对光纤通信的基本原理, 特别是保护与通信配合问题的认识和理解，并注意总结和运用好通道故障定位的原则、方法和流程，使自己在故障处理时有一个清晰的思路，这样才能快速、正确地排除故障, 恢复通道的正常，从而保障超高压线路的运行可靠性。

[1] 王志亮.光纤保护通道故障处理及方法[J].电力系统通信, 2010, 31(215)：70-73.

[2] 张立刚,石卓.光纤纵联保护通道可靠性分析[J].电气工程应用, 2011(3)：18-21.

[3] 杨俊权,王勇,利韶聪,李舒涛.继电保护装置与通信设备2Mbit/s光接口互联技术[J].南方电网技术,2011,5(4)：65-67.

[4] FonsWeaver780B设备使用维护手册[ Z].烽火通信科技股份有限公司, 2006.

[5] 高鹏, 陈新南, 陆明, 金华锋.南方电网 SDH 光纤通信环网继电保护通道分析[J].南方电网技术,2007,1(2)：43-48.