继电保护对信息传输通道的技术要求探究

王卫东

（国网吴忠供电公司 电力调度控制中心，宁夏 吴忠751100）

0 引言

输电线路纵联保护采用光纤通道后系统的通信容量较大，较好地提高保护系统的通信性能，目前投入运行的光纤保护中，按交换信息类别可分为：光纤电流差动保护和光纤允许式、闭锁式纵联保护两类。

1 信息传输格式

光纤通道传输继电保护信息，通常釆用HDLC同步通信，按固定间隔Ts发送报文。报文头、报文内容、CRC校验值和报文尾构成完整的一顿通信报文。其中报文头和报文尾的值都是固定的，为“01111110”的8比特序列。发送端报文的内容将自动地插入一个“0”到连续5个“1”之后，用于区别报文头及报文尾；同样，接收端收到连续五个“1”后将自动地去掉插入的“0”。发送端将报文内容除以一个多项式，把余数当作CRC校验值的内容并作为报文发送；相应地，接收端也将报文内容除以同样多项式，将余数与接收到的CRC校验值进行比较，若两者相等，则表明报文没有错误，否则认为报文未通过CRC校验或发生误码。

其中，线路纵联距离（方向）保护装置传送的具体内容包括线路故障方向和地址码；线路纵联差动保护装置传送的具体内容包括三相电流采样值或电流向量值、地址码及通信时标。

2 继电保护对通道时延的要求

2.1 对时延长短的要求

线路纵联距离（方向）保护对时延的要求，虽然故障方向的判别仅仅依赖于本侧的电气量，判别时间也与通道时延没有关系，但是，因故障范围的判别由两个因素决定：一是，利用本侧的电气量确定与本侧装置相关的故障方向；二是，由通道确定的与对侧装置相关的故障方向，只有当与两侧保护装置相关的故障方向都确定为正方向时，装置才能断定此次故障是发生在区内的，因此，通道时延给装置动作的速度带来的影响是可以累加的。

线路纵联差动保护对时延的要求，因工作原理的关系，通道时延给装置动作的速度带来的影响需要从两个因素考虑。第一，需结合两侧的电气量来计算差动电流，差动电流为当前收到的对侧的电气量加上对应的本侧的电气量，而不是本侧的当前的电气量加对侧的当前的电气量，即要求当前所以进行的差动判据的电气量提前一段时间（至少包括通道时延+报文长度）；第二，为防止因TA断线而造成的差动保护误动，常用方法为：若本侧装置想进行保护动作，则设定差动方程，只有当本侧与对侧装置都同时满足差动方程，才能发生差动保护动作。一般情况下，保护装置只有在启动且满足设定的差动方程条件下才能向对侧发送允许发生保护动作的请求。可通过两种方法启动保护动作：一是，对侧装置也有发生保护动作的请求；二是，对侧装置满足差动方程且发回差动允许标志。本侧对侧两个方向都需要考虑通道时延，因此通道时延对线路纵联差动保护动作速度将产生双倍的影响。

2.2 线路纵联差动保护要求通道双向路由需一致

线路纵联差动保护要求通道双向路由必须一致，这是差动计算、保护动作正确与否的关键因素。目前常用的线路纵联差动保护的同步方法主要有采样时刻调整法、采样数据修正法和时钟校正法。由于需要借助通道完成，所以统称为基于数据通道的同步方法，具有要求通道收、发时延都相等特点。采样时刻调整法通常可分为两步：先测算通道延时，然后结合通道延时，由从站测定本对两侧装置釆样的误差，并根据结果改变从站采样脉冲的大小来实现采样的同步。

3 误码对继电保护影响的分析

3.1 误码对报文的影响

主要体现在以下三方面：

1）误码造成报文内容或者CRC校验值中的某一位的值出现错误，致使报文不能通过CRC校验；

2）误码造成报文头或报文尾中的某一位的值错误，致使报文的完整性不全，通信控制芯片报的报文出现错误；

3）报文的比特数是8的整数倍，但通道滑码有可能使比特数增加或减少，致使报文比特数不为8的整数倍，从而使通信控制芯片报变成不完整报文。

3.2 误码对两侧装置采样同步的影响

通信业务在通信路由的切换过程中将中断数毫秒，将会出现非完整的报文。但线路纵联差动保护只要检测到有非完整报文出现，就立即检测通道时延，调整两侧装置采样的时刻实现再同步。报文的完整性也会受单个随机误码的影响，使线路纵联差动保护在通道路由未发生变化就重新开启一个新的同步操作，将会使线路纵联差动保护闭锁数十毫秒。因线路纵联距离或纵联方向保护只需要允许信号，不要求通道时延也相同，不需要使两侧装置的采样时间进行同步，通道误码只影响当前通信报文的正确性，不影响之后的报文。

3.3 误码对保护判据的关联性影响

线路纵联差动保护判据只利用线路两侧的电气量，因通道问题造成当前的数据信息丢失，将会对保护判据接下来的动作产生影响。线路纵联差动保护通常采用异步抗饱和法来防止因区外故障TA饱和而导致保护误动情况发生。故障开始时刻TA不会达到饱和，保护判据不需要采用抗饱和措施，但若故障在初始阶段出现误中贞，保护动作启动较慢，则要求启动抗饱和判据，经过连续几顿判别后保护动作将变慢。如果保护设置保护动作在连续多次达到差动判据要求后才启动，差动保护将因中间出现一个误帧而延迟几顿时间后才动作。

考虑到纵联距离（方向）保护对于故障方向的判别只依赖于本侧电气量，在充分考虑采取有效措施防止功率倒向的问题后，为更好的提升保护动作的可靠性，即使装置连续收到多个误顿，最后收到对侧的信号也一直保持为动作允许标识。利用载波通道当为线路纵联保护的信息传输通道时，通常采用闭锁式保护来防止因线路的多相故障而引起的通信中断。但光纤通信中的误码及信号中断同线路故障之间没有必然的联系；并且通过光纤通道传输的数据信息，有误码并且通过CRC校验的概率趋向于零，收到通过CRC校验的报文是可靠安全的；综合光纤通信的高可靠性和纵联保护的逻辑判别特点，采用光纤通道的线路纵联距离（方向）保护作为线路主保护时，宜采用允许式。

3.4 误码对继电保护日闭锁时间的影响

通信系统在正常运行情况下，通道随机误码是唯一影响通信可靠性的因素，为监测通道误码对继电保护正常运行影响程度，可定义“日闭锁时间”如下式所示：

式中：Pe，km为每公里的通道误码率；Br为通道波特率；L为通道长度；Tf为每顿报文的长度（有效时间）；Ts为报文发送的时间间隔；Tb为每一误顿引起的保护闭锁时间。

对于特定的通道，Pe，km、L、Br为常数， 为了保证正常情况下继电保护的动作速度，Ts通常尽可能取较小的值，因此从继电保护本身出发，减小误码影响的有效途径是使得Tb、Tf值尽可能小。对于64kb/s通道，可以得到在G.821规定的通道性能要求下，线路纵联保护日闭锁时间。

4 结束语

总之，光纤通道己经成为继电保护传输通道的首选，为保证光纤保护信号的正常传输，继电保护对传输通道的抗干扰能力提出了更高的要求，而如何有效解决光纤通道干扰问题成为光纤保护正确动作的关键。

［1］许西平,王鹏.光纤通道应用于继电保护中的若干问题探讨[J].继电器,2007,35(4):75-86.

［2］宋国宏,刘川青.光纤差动保护及通道传输信号应注意的问题[J].江西电力,2008,32(4):37-39.

［3］张少凡.光纤在继电保护中的应用[J].广东电力,2003,16(4):49-52.