利用光纤通道传输保护信号的实践研究

龚耀庭

（中国移动通信集团江苏有限公司镇江分公司，江苏 镇江 212000）

利用光纤通道传输保护信号的实践研究

龚耀庭

（中国移动通信集团江苏有限公司镇江分公司，江苏 镇江 212000）

文章首先对光纤通道传输保护信号的主要方式进行简要介绍，在此基础上对利用光纤通道传输保护信号的实现方法进行论述，以期对保护信号传输可靠性的提升有所帮助。

光纤；通道传输；保护信号

1 光纤通道传输保护信号的主要方式

现阶段，比较常见的光纤通道传输保护信号的方式主要有专用光纤通道和复用光纤通道两种。

1.1 专用光纤通道

专用光纤通道具体是指保护装置的保护信号经由光纤接口装置进行传输，信号的整个传输过程不会经过通信设备。该方式采用的是同步通信及SDLC通信帧，其较为突出的特点是便于运维、中间环节少、可靠性较高。电力系统当中使用的继电保护装置普遍都是以LED作为光源器件，该器件的输出功率相对较低。而PN二极管作为光纤接收器件，其灵敏度比较高，但保护信号的传输距离却比较短，正因如此，使得该方式较为适合在中短线路保护传送中进行应用。在此需要着重阐明的一点是，电网中的高压输电线路所采用的微机保护为双重化配置，因为配置原理不同，所以1条高压输电线至少需要占用4芯，由于备份光纤的数量更多，从而使得会占用较大的光纤资源。如果光缆采用的是光纤复合架空地线（Optical Fiber Composite Overhead Ground Wire，OPGW）或是管道光缆，其自身的可靠性较高，此时可以考虑选用这种方式[1]。

1.2 复用光纤通道

复用光纤通道具体是指保护装置经由保护光纤接口装置，将保护信号传给相关的通信设备，随后经过光纤通道传输至对侧，该方式在电压等级较高的系统中应用较多，如500 kV等。随着变电站综自化系统的广泛应用，保护全被安装到了小室当中，而通信机房位于主控制楼内，两者的距离较远。借助接口装置，保护装置将电信号转换为光信号，在利用光纤将该信号传给机房内的通信接口设备，该设备则会将接收到的光信号转换为电信号，随后传给数字复接设备，进而复接到光通信设备，最后由光通信设备将保护信号传至对侧。虽然这种方式的中间环节较多，信号的传输过程比较繁琐，但由于保护信号最终是经由光同步复用器进行传输，从而使其传输距离与通信系统实现了同步，并且不会单独对光纤资源进行占用。

2 利用光纤通道传输保护信号的实现方法

2.1 传输保护信号的影响因素

影响光纤通道传输保护信号的主要因素有延时、误码以及网同步，下面分别进行分析。

2.1.1 延时

大体上可将延时分为以下几种情况：传输系统延时、复用终端设备延时、传输设备延时等。

（1）传统系统。从本质的角度上讲，光信号和电信号全部都是电磁场信号，这种信号的特点是在一定的传输介质当中，信号的传播速度有限，传输介质的折射率决定了信号的传播速度。由相关计算结果可知，在光纤当中，光信号每1 km的延时约为50 μs。

（2）复用终端设备。该设备产生的延时主要包括以下几个环节：编码器、复用器以及分解器等。信号的复接与分解过程全部都是在2 Mbit/s的条件下完成的，抽样结果为8 000 Hz，编码为8 bit，同时将输入滤波器的延时计算在内，复用终端设备所产生的延时约为60 050 μs。

（3）传输设备。由于同步数字体系（Synchronous Digital Hierarchy，SDH）设备需要完成开销及连接处理，因此会随之产生一定的传输延时，因该数值目前尚未实现标准化，不同厂家生产的设备在设计方法上有所区别，所以必然会出现不同的结果。此外，安装质量问题或是网络拓扑发生变化，也都可能引起传输延时。

2.1.2 误码

误码对传输保护信号的影响主要体现在如下几个方面：（1）相关规定要求，进行继电保护信号传输的微波通道假设参考数字段的可用性指标不得低于99.97%，如果不足，将会对传输保护信号造成一定的影响。（2）SDH系统在运行的过程中由于其内部机制比较特殊，从而引起误码，其中典型的因素包括噪声源、码间干扰、定位抖动、复用器或交换机误码等。

2.1.3 网同步

为达到64 kbit/s收发数据同步复接的规定要求，在传输保护信号两端所采用的脉冲编码调制（Pulse Code Modulation，PCM）必须保证同步，如果不同步，将会造成滑码，从而使保护装置出现校验码报警的故障提示，由此会对运行可靠性造成影响。

2.2 光纤通道传输保护的实现

2.2.1 光缆布设

OPGW光缆承载继电保护需将光纤与地线合为一体，这种布设方式适用于新建路线，可大幅度提高光缆线路可靠性。光纤施工工艺十分复杂，必须强化施工质量控制，并且光缆传输要经过多个连接环节，包括转接端子箱、电缆层、光缆机、高压线路等。所以，要以确保光纤保护通道正常为前提，加强光缆施工过程管理，从而保证投入运行的保护装置不会出现测试误差，消除保护装置误动作隐患[2]。

2.2.2 相关设备布设

根据继电保护通道配置的相关要求，若两套继电保护通道承载同一条线路，则必须保证光纤设备与电源设备相互独立运行，采用双配置的布设方法。电源主要包括光传输设备电源、保护PCM电源、继电保护设备电源，在对电源进行双配置时，需对上述所有电源进行双配置。在两套电源系统中，要分别接入同一输电线路的两组通信设备，设置电源转换模块，针对独立双路电源提供热备份，并使用双分路开关控制通信设备电源，从而增强通信设备与电源的安全性。

2.2.3 路由规划

若光纤网络尚未形成环网，则可将同一光缆的不同纤芯看作是相互独立运行的双通道。一旦光纤网络形成环网，为了保证其中一条光缆损坏不影响另一条线路的正常运行，也应当采用双重化的路由规划方法，保证两条路由独立运行[3]。但必须注意的是，光传输系统存在一定的时延问题，若采用1+1路由进行继电保护业务，那么极有可能在不同的路由中接收与发送信息。加之，双重化路由存在着较大的状态差异，进而易导致继电保护时延不同，若时延过大，则会引发继电保护误动作。为避免上述情况发生，应采用1+0路由规划方案，保证路由可同时收发信息。

2.2.4 光纤通道布置

主保护的光纤通道可以采取如下几种配置方式：（1）双路光纤专用通道，两路采用不同的路由器；（2）光纤专用通道+光纤复用通道；（3）双路光纤复用通道，路由的配置方式与光纤专用通道相同。OPGW光纤具备可靠性高的特点，同一光纤内存在多个纤芯，这些纤芯可被视为不同路由。为了提高光纤主保护的可靠性，可对具备SDH环网条件的光纤设置迂回通道。具体的光纤通道布置如下：（1）设置专用光纤通道，对同一线路实施双重保护，该布置方案适用于220 kV终端变电所。（2）在两路光纤通道中，设置一路专用光纤通道和一路复用通道，并且以专用光纤通道为优先选择，该布置方案适用于220 kV枢纽变电所。（3）针对500 kV线路的光纤通道布置，应根据线路距离长短设置通道。若线路距离较长，则应采用两条复用通道的方式，并将物理隔离设置在复用通道的各个传输节点上，以避免两条通道同时停止运行。若线路距离较短，可分别设置专用光纤通道和SDH光纤复用通道，保证专用光纤独立运行，与此同时还可以充分发挥复用通道迂回的作用。在对新建线路进行光纤通道配置时，应对每套主保护设置两条复用通道，这样一来，在一条通道停止运行的情况下，另一条备用通道会自动切换到运行状态，保证光纤通道运行的安全性和可靠性[4]。

2.2.5 时钟设置

时钟设置是保证光纤传输准确的重要因素，针对不同类型的光纤通道，其时钟设置也有所不同。在专用光纤通道中，时钟设置可采取主—主、主—从的方式，但由于主—从的时钟设置方式需要提取接收中的数据流，影响提取的准确性，所以在一般情况下应选择主—主的设置方式；在64 kbit/s复用通道中，时钟设置采用从—从模式，将两侧控制字均设置为0；而在2 Mbit/s复用通道中，时钟设置采用主-主模式，将两侧控制字均设置为1。

3 结语

综上所述，在电力系统的高压输电线路当中，光纤保护技术获得了广泛应用。为提高保护信号的传输可靠性，除了应当对光纤通道进行合理选择之外，还应对光纤保护通道进行科学配置，只有这样，才能使其功能和作用得以最大限度地发挥。

[1] 张苑.关于铁路通信网光纤传输安全及其保护措施分析[J].中国新通信，2016（1）：32-33.

[2] 郭侨，沈晗阳，胡诚.光纤自愈网应用于输电线路纵联差动保护的研究[J].中国新通信，2016（8）：98-99.

[3] 周瀚.基于2M光接口的继电保护信号传输可靠性研究[D].南宁：广西大学，2016.

[4] 赵本水，张玮，李磊.关于500 kV输电线路光纤保护通道的优化方案[J].齐鲁工业大学学报（自然科学版），2017（6）：76-77.

Practical research on transmitting protection signals by fi ber channel

Gong Yaoting
（Zhenjiang Branch of China Mobile Group Jiangsu Co., Ltd., Zhenjiang 212000, China）

In this article, the main ways of transmitting protection signals by fi ber channel are introduced brie fl y. On the basis of this,the realization method of using fi ber channel to transmit protection signal is discussed, with a riew to helping the improvement of the reliability of signal transmission.

optical fi ber; channel transmission; signal protection

龚耀庭（1982— ），男，江苏镇江人，工程师，学士；研究方向：光纤通信传输，光纤通信系统。