保护装置A/B口改造后典型通道配置模式的适应性分析

王慧芳

（国网山西信通公司，山西 太原 030001）

0 引言

继电保护装置是电力系统的第一道防线，在电网出现异常时能够快速切除故障元件，保证电网无故障部分正常运行[1-2]。自2020年起，国网山西省电力公司对全省线路继电保护装置开展了A/B口改造，以替代原有的单口保护装置。与此同时，通信专业根据国网及华北电网的相关文件要求，同步进行保护通道“三路由”改造，以提高保护通信业务的可靠性和安全性，并要求新投运的保护装置具备A/B口主备通道切换功能。因此，开展对新型保护通道的性能分析和配置优化研究非常必要。

1 山西电网线路保护通道现状

截至2020年底，山西省调管辖的220 kV及以上输电线路共779条，继电保护装置共1 558套。根据电网运行要求，1条线路需要配置2套保护装置，每套保护装置需要开通2条通信通道，每套保护装置配置的2条通信通道统称为1条保护业务。目前省内绝大多数保护业务都采用“纤芯+纤芯”“2 Mbit/s+2 Mbit/s”和“纤芯+2 Mbit/s”3种方式中的一种进行通道组织，以保证每套保护装置的2条通信通道满足“双光缆、双设备、双电源”[3]的基本配置要求。

1.1 “纤芯+纤芯”保护通道配置方式

“纤芯+纤芯”保护通道配置方式中，线路两端保护装置通过2条不同的光缆进行直接通信，主备通道满足“双路由”设置要求。通道中间没有任何中继设备，可在最大程度上减少故障点，使故障定位和故障点排查更加迅速准确。该方式的不足之处为：对光缆纤芯资源的需求较大，光缆利用率较低；光缆一旦出现纤芯衰耗过大或中断故障，只有通过更换质量好的纤芯才能完成故障排除；只能用于传输距离较短的线路。

1.2 “2 Mbit/s+2 Mbit/s”保护通道配置方式

“2 Mbit/s+2 Mbit/s”保护通道配置方式中，线路两端保护装置通过2条2 Mbit/s复用通道的方式进行通信，而且主备用通道从光缆层面也要双路由设置。该方式只需1个2 Mbit/s通道便可实现保护数据传输，占用网络资源较少。该方式尽管具有网络资源利用率高和配置灵活的优点，但由于装置接口是光口[4]，2台保护装置之间与通信相关的设备较多，故障点排查和定位难度大大增强。

1.3 “纤芯+2 Mbit/s”保护通道配置方式

“纤芯+2 Mbit/s”保护通道配置方式中，线路2套保护装置分别采用纤芯和2 Mbit/s复用的方式进行通信，在网络资源占用和故障处置难度两者之间进行了平衡。因此，“纤芯+2 Mbit/s”保护通道配置方式既具有适当的网络资源利用率，也具有故障定位和处理的便捷性，但该方式有也些不足。

2 “双装置/双接口、三路由”保护通道配置方式

2.1 新的保护通道配置原则

根据国家电网公司《线路保护和安全自动装置光纤通道典型方式安排》要求，220 kV及以上线路保护应采用双重化配置，每套线路保护装置应具备A、B通信接口。如条件允许，保护装置应配置3条独立的通信通道，称之为“双装置/双接口、三路由”。随着保护装置A/B口改造，2 Mbit/s通道切换装置会逐步退役，通道故障点进一步减少，通道可靠性明显提高。

图1给出了“双装置/双接口、三路由”新型保护通道组织示意图。该保护通道配置方式采用“一二、一三”通信通道配置方式。“一、二、三”通道之间满足两两相互独立要求，但选择全网最优组合仍面临较大技术挑战。

图1 “双装置/双接口、三路由”示意图

根据电力通信网的实际情况，500 kV站点可能配置2套及以上设备（含省网、华北网设备），“一、二、一、三”通道配置方式有可能全部使用2 Mbit/s复用通道，并利用华北网和省网共同承载保护业务。然而，220 kV站点只要求配置2套省网设备，如果通过三级网承载，则不可能实现4条路径均为2 Mbit/s复用通道的需求。图2为A、B 2个站之间仅有1条直达光缆线路图。考虑到通道配置的统一性，本文重点分析图2中A、B 2个站仅配置2套不同设备的情况。

图2 A、B 2个站之间仅有1条直达光缆

2.2 站之间仅有1条直达光缆

在图2中，当A、B 2个站之间仅有1条直达光缆时，A、B间线路保护需满足以下条件才可能具备三路由：A、B间可通过2条及以上的迂回路径互通，且迂回路径与直达光缆无重叠。如图1a所示，A、B 2个站间仅有1条直达光缆，但保护通道可通过C、D、E站点迂回，从而实现三路由配置。此时，“一、二、一、三”路由为“光缆专纤、2 Mbit/s迂回1、光缆专纤、2 Mbit/s迂回2”，此配置模式记为P0。

与此相反，图2b中的A、B 2个站间也有1条直达光缆，但仅存在1条分离的迂回路径，难以找出3条不同的路由，不能实现“三路由”通道配置方式。

2.3 站之间有2条直达光缆

当A、B 2个站之间有2条直达光缆时，“三路由”通道配置方式至少还需要一条迂回路径，且要求迂回路径与直达光缆无重叠。通常2个站点之间最多有2条直达光缆。A、B两站间线路保护可以分别采用这2条直达光缆作为2条专纤通道，也可以采用2 Mbit/s直达和2 Mbit/s迂回通道作为其他路由。很明显，2个站点之间有2条直达光缆，可以显著提高保护通道配置的灵活性。

综合考虑2个站点之间的直达光缆数量，保护装置A/B口改造后保护通道的所有配置情况如表1所示。

表1给出了A、B 2个站点之间线路保护通道满足“三路由”原则的通道配置方案。其中，P0表示A、B 2个站点之间仅有1条直达光缆的通道配置情况；P1至P5表示站间有2条直达光缆的通道配置情况。表1中光缆1和光缆2不区分顺序，可互换。各种配置模式的特点如下。

表1 保护装置A/B口改造后保护通道配置情况

配置模式P1：采用了纤芯直达的通道，故障点最少，运维最方便，适用于2个站点之间纤芯充足的情况。配置模式P2：相比P1节约了纤芯资源，适用于2个站点之间纤芯资源相对充足，但还需合理规划使用的情况。配置模式P3：相比P1、P2均节约了纤芯资源，但主用通道相比备用通道增加了传输设备、光电转换装置、数配和光配等环节，运行故障风险增加，适用于2个站点之间纤芯资源紧张的情况。配置模式P4：不仅占用的纤芯资源最多，还使得主用通道运行风险高于P3，一般不使用这种配置模式。配置模式P5：最节约纤芯资源，但主用通道的运行风险也最高，一般不使用这种配置模式。

综合考虑安全性和光缆纤芯资源的利用，配置模式以P2为最佳，P1次之。当光缆纤芯资源紧张时，线路保护可考虑P3配置模式。配置模式P4和P5在工程应用中最为少见。

3 典型应用场景分析

表1给出的保护通道配置模式及其特点，可为新站开通、旧站改造等线路保护通道“三路由”配置提供高效的决策参考。为验证配置模式分类的正确性，选取常见的场景进行实际应用分析。

3.1 新建站点

新建站点通常分为2种情况，一是通过某个已有站点直连并网；二是利用已有光缆π接新站。新建站点连接方式如图3所示。

图3 新建站点的入网场景

在图3a中，新建站点A并网后成为末端站点。A、B站点之间除新建光缆外无迂回路径，A、B线路保护无法实现“三路由”保护通道配置。在图3b中，新建站点A通过B、C双回光缆π接入网。这样，站点A、B和A、C之间均有2条直达光缆，如果站点B、C间还有其他路径可达，那么A、B间可通过C形成一条迂回路径。因此，此类场景可实现“三路由”配置，并且优先选用配置模式P2进行通道配置。同理，AC线路保护也可实现“三路由”配置。在图3c中，新建站点A通过B、C单回光缆π接入网，A、B和A、C间均有1条直达光缆及1条迂回光缆。但是，A为新建站点，没有其他分离路径可以与站点B或C接通，所以无法实现“三路由”配置。

可以看出，新建站点需要全面考虑现有网络资源的分配情况，合理规划入网方式，才能实现“三路由”保护通道配置，否则，可能存在“三路由”保护通道无法实现的可能。

3.2 旧站改造

根据山西电网线路保护通道现状，针对旧站间的3种保护通道配置方式，本文结合图4的网络实例，分析各种配置方式的特点。

a）“纤芯+纤芯”方式。该方式代表原有A、B站点间2条直达光缆，只需再有1条迂回路径即可完成“三路由”配置。因此，改造难度最小，宜采用配置模式P2进行改造。以图4中的代宁I、II线为例，原有保护方式为“纤芯+纤芯”，代县和宁远间有2条直达光缆，且可通过安荣、原平迂回，因此可配置“三路由”方式，宜采用配置模式P2进行改造。

b）“纤芯+2 Mbit/s”方式。针对这种方式，如原有A、B站点间有2条直达光缆，则只需再有1条迂回路径即可完成“三路由”配置，采用配置模式P2进行改造较为合理。如原有A、B站点间只有1条直达光缆，则需再有2条迂回路径才能完成“三路由”配置，采用配置模式P0进行改造。以图4中的泉灵II线为例，原有保护方式为“纤芯+2 Mbit/s”，壶泉和灵丘间仅1条直达光缆，可通过浑源、平城迂回，但再无其他路径可达，无法实现“三路由”改造。

图4 旧站改造实例示意图

c）“2 Mbit/s+2 Mbit/s”方式。现有通信网中的“2 Mbit/s+2 Mbit/s”方式改造难度最大。通常原有A、B站点间仅有1条直达光缆，需考虑旧光缆是否还有纤芯余量的问题，同时还需要额外2条迂回路径。以图4的阳昔线为例，原有保护方式为“2 Mbit/s+2 Mbit/s”，阳昔线仅有1根光缆，昔阳处于单链“昔阳—斯能风电场—莲花山风电场”之中，昔阳—阳光电厂仅有1条迂回路径，可通过黄岩。因此，保护通道无法改造为“三路由”配置方式。

4 结束语

截至目前，国网山西省电力公司220 kV输电线路保护业务的配置情况为：A/B口12条，单口1 546条。其中，单口配置1+1 2 Mbit/s切换装置的保护业务数量864条，其余为光纤直达。完成“三路由”改造的数量仅1条，2 Mbit/s切换装置尚无退运。可以看出，保护装置A/B口改造和三路由改造任务仍然艰巨。