线路保护与通道选择

吕海智

（广东电网有限责任公司茂名供电局，广东茂名 525100）

线路保护与通道选择

吕海智

（广东电网有限责任公司茂名供电局，广东茂名 525100）

不同线路保护对通信通道有不同的要求。通过论述传输通道和线路保护的原理要求，分析通道衰耗和SDH自愈环倒换对时延的影响，总结出当选择2M复用保护通道作为线路纵差保护通道时，不宜使用通道自愈环功能的结论。

线路保护；通信通道；衰耗；时延

1 概述

在目前的电力系统中，线路保护主要有纵联差动保护和线路纵联距离（方向）保护，为线路保护信息所提供的通信通道主要有三种形式：电力线载波、光纤直传和SDH网络传输。电力线载波因其技术的局限性，已逐渐被淘汰，故本文不再累述，利用光纤直传和SDH网络传输是当前最主要的运用形式。

2 通道衰耗对线路保护信息传输的影响

在SDH传输网中，由于线路保护装置与通信设备间的距离很近，基本上不存在信号衰减的问题，通道衰耗主要是影响光缆直传模式。

图1为线路保护光纤直传的接线图，通道衰耗指的是从A站保护装置发光口至B站保护装置接收口光信号的衰耗（或B发至A收）。整个通道的衰耗除了线路光缆的衰耗，还包括了在站内转接的衰耗，实际经验表明，在站内转接的衰耗还是挺大的，在设计时就应充分考虑。

假设光缆线路长40 km，平均衰耗0.34 DB/km（波长1 310 nm），两端站内转接衰耗均为2 DB，保护装置的发光功率为0 DBm，收光范围为-5～-15 DBm，那么通道重衰耗=0.34×40+2× 2=17.6 DB，收光光功率为-17.6 DBm，在保护装置收光的接收范围之外，这样的设备不能用于这条线路。需强调的是，在这种情况下不能使用光纤放大器，因为光纤放大器会引起保护装置的误判。

图1 线路保护光缆直传接线图

同理，若线路很短，发光功率很高，接受端可能收光功率过高，超出接收范围，这时只需要串接合适的衰耗器即可。

由于采用光纤直传方式不存在时延、带宽等问题，只要接收光功率在许可范围内，两种线路保护方式都可使用。

3 通道时延对线路保护的影响

时延是指数字信号传输的群时延，即数字信号以群速通过一个数字连接所经过的时间。引起时延的原因主要有两种：一是由传输媒质引起，此种时延与传输距离成正比，传输距离越长时延就越大，但在电、光信号传输中，这种时延几乎可以忽略不计；二是由传输链路的节点设备引起，信号的处理，如采样、量化、封装再到分插、复用都需要一定的时间，链路节点越多，信号处理所花的时间也就越多，这是时延的最主要原因。

（1）通道时延对线路纵差保护的影响

在电力系统中，线路纵差保护普遍采用基于数据通道的的同步方法。其原理是首先测定通道时延，然后根据所测的通道时延以及两侧装置采样时刻的误差，调整从机的采样脉冲，从而实现采样同步[1]。

1）纵差线路保护通道时延的测定

如图2所示，纵差保护的通道时延测定公式为：

要使式（1）成立，必须满足一个条件，那就是通道收、发双向时延相等。

2）装置采样时刻测定误差的测定

如图3所示，主机和从机根据采样时刻，可以测算得出两侧装置采样时刻的误差ΔTs。如图2所示，此时主机采样时刻滞后于从机采样时刻ΔTs，因此从机在下一个采样间隔TSS＞TSM进行调整，使得ΔTs→0。当ΔTs＜ξ时（ξ为可接受值），可以认为，两侧的继电保护装置就实现了采样同步。

图2 测量通道时延

若此时双向通道时延不一致，从机发送给主机方向的通道时延为设Td1，主机发送给从机方向的通道时延设为Td2，根据式（1）可以得出测定的通道时延，记为：

图3 采样同步

那么，两个方向实际通道时延和测定的通道时延的误差为：

因此，无论是在线路正常运行，还是发生区外故障时，由于两侧通道时延不一致，而等效得到线路的差动电流，可记录为：

其中，IL是线路的穿越电流。设k为制动系数，则装置制动电流记为Izd=k·2IL。若两侧保护装置运行中达到

线路纵差保护就可能引起装置误动。

根据以上分析，可以得出结论，即线路纵差保护要求收发通道的时延一致，这就是纵差保护通道的时延基本要求。

（2）通道时延对线路纵联距离（方向）保护影响

纵联距离保护，是指根据反应保护安装处到故障点之间的距离的远近确定动作时限的一种保护装置。但采用纵联距离保护方式，通信通道的传输质量很关键，通道质量主要由错误帧、丢失帧和通道编号三的指标决定[1]：

错误帧，每帧数据进行CRC校验，当错误帧大于设定值时，报通道失效；

丢失帧，通信速率恒定，每秒钟收帧数恒定，当丢失帧数大于设定值，报通道中断；

通道编号，通道增加编号校验，如果通道连接错误，报通道编号不匹配。

若出现以上三种情况，纵联保护收信状态立即置为无收信状态，在分相允许式逻辑下可以实现对纵联保护的闭锁。纵联距离保护信息数据的传输速率一般采用复用2 Mb/s，保护通道满足相关技术要求，整个通道时延通常不大于5 ms（经过多条通道实测），满足线路两侧保护间的电流数据和开关量同步交换要求。

对于线路距离（方向）保护而言，其继电保护信息传送的是开关量，不需要考虑两侧保护装置的采样同步问题，即使存在通道时延，也不需要启动较长的同步过程。因此，通道时延对线路纵联距离（方向）保护没有影响。

4 SDH自愈环保护倒换引起的时延不一致问题

茂名电网SDH传输网采用二纤双向通道倒换环的自愈环技术，为“双发选收”的结构。如图4（a）所示，假设主用路由为S1，保护路由为P1。在通道正常情况下，收端只接收主用方向，即S1上的信号。如图4（b）所示，当S1中某一节点发生故障时（如光纤线路中断、设备故障等），收端将启动通道自动倒换（APS），只接收保护路由P1上的信号，从而使业务保持正常通信，用户甚至不能检测出通道发生故障[2]。这就是SDH传输网采用二纤双向通道倒换环的自愈倒换，但这一看似简单的倒换过程，却因为信号经过的链路与原来的不一致，而产生了传输时延的差异。故障排除后，收端的倒换开关将自动切换回主用路由S1。对于通道倒换环，业务的保护是以通道为基础的，倒换的发生与主备用通道路由的信号质量优劣有关，通常利用简单的通道AIS（Alarm Indication Signal）信号来决定是否倒换。

对于上述的二纤双向通道倒换环，在正常情况下，通道双向收发路由能基本保持一致，或者时延差足够小可以忽略。但是，在单纤故障等情况下，会发生单侧倒换的情况，造成两侧装置的通道收发路由不一致，传输距离、传输链路节点都可能不一致，这必定产生双向路由时延的差异。这种通道收发时延差，不符合线路纵差保护对通道双向时延一致性的基本要求。因此，与线路纵联距离保护不同，在使用2M复用通道作为线路纵差保护通道时，电路配置不可采用自愈环保护，以避免保护切换时出现通道双向时延不一致的现象而影响线路保护动作。

图4 二纤双向通道倒换环

5 结论

综上所述，可得出如下结论。

（1）光纤直传模式可用于线路纵联差动保护和线路纵联距离（方向）保护信息传输，但应注意保护装置通信性能与通道衰耗。

（2）线路纵联差动保护，其通道不能采用SDH的自愈环功能，即不能配置SNCP（子网连接保护），否则将可能引起保护装置的误动；对于每套线路纵差保护，可采用独立的双通道方式以提高可靠性。

（3）用于线路纵联距离（方向）保护、安全自动装置及其他辅助保护通道，可以采用SDH的自愈环功能以保证业务的可靠性。

［1］杨晓敏.电力系统继电保护原理及应用［M］.北京：中国电力出版社，2006.

［2］韦乐平.光同步数字传送网［M］.北京：人民邮电出版社，1995.

Line Protection and Communication Channel Selection

LV Hai-zhi
（Guangdong Power Grid Co.，Ltd.Maoming Power Supply Bureau，Maoming525100，China）

Different line protection type has different requirements on communication channel.This paper discusses the transmission channel and line protection principle requirements，analyzcs how channel attenuation and SDH self-healing switching delay affect line protection，and comes to the conclusion that while choosing 2M multiplexing channel as line differential protection channel，the channel should not use self-healing capabilities.

line protection；communication channel；attenuation；delay

TM75

：A

：1009－9492(2014)12－0162－03

10.3969/j.issn.1009-9492.2014.12.041

吕海智，男，1976年生，广东高州人，大学本科，工程师。研究领域：电力系统通信运维及管理。已发表论文3篇。

(编辑：向 飞)

2014－11－17