线路光纤差动保护通道中断故障分析

赵康宁，曹 健，杨 松

(国网江苏省电力有限公司检修分公司，江苏 南京 210000)

0 引言

随着变电站数字化、智能化的迅速发展，光纤保护逐步替代高频保护，光纤差动保护作为主保护在线路保护中已经大规模应用。现场运行情况表明，由于光纤通道故障所导致的保护通道中断现象频繁发生，严重威胁电网的安全稳定运行[1]。因此，对光纤保护的运行维护以及故障处理的速度要求非常高，是确保电网稳定运行的关键。

1 光纤保护通道类型

线路光纤差动保护通道主要采用专用光纤通道方式和复用光纤通道方式两种[2]。

专用光纤通道方式顾名思义两侧保护装置以光纤芯直接连接，保护信号在光纤通道上传输，不通过通信设备。该方式通信距离一般在80 km以内，中间环节少，可靠性能高且维护较为方便，但需占用专用光缆通道。

复用光纤通道方式则是采用数字PCM复接技术，采用现有光纤通道或者载波通道，对继电保护信息进行传输[3]。保护装置将光信号经过光电转换装置转换为电信号，再经PCM通信设备连接至PDH/SDH复用设备，最后发送到对侧，完成光电转换的逆过程。该方式不需要额外敷设光缆，可延伸到网络的每一个通信接点，传输距离极大提高。

整个光纤通道中，保护插件、光纤接口、装置CPU、光纤、转换装置、2M线、通信设备任一环节故障均会引起通道告警。

2 故障经过及处理过程

2.1 某500 kV保护专用光纤通道中断

2019-07-06，辖区某500 kV变电站监控后台出现“玉坊5650线931保护通道A故障”报警信号，玉坊5650线第一套线路保护屏(PCS-931)主保护面板“通道A异常”及“报警”灯亮，报文显示“纵联通道A异常”，同时对侧变电站也有相同告警。运维人员现场简单检查后即刻上报缺陷。保护人员接到检修任务后迅速赶往现场，处理过程如下：

(1) 保护人员到达现场检查发现，该套保护采用专用光纤通道，装置告警信号持续发出，且无法复归。询问对侧变电站保护人员之后，得知对侧装置告警同样存在。

(2) 现场检查发现光纤接口无松动显现，尾纤无弯折现象，装置电源无异常。测量光纤通道的收发功率，损耗均在正常范围内。随即保护人员联系运维人员向网调申请退出“玉坊5650线第一套线路主保护”，以进一步处理。

(3) 调度允许保护退出后，保护人员决定与对侧配合进行通道自环，综合判断故障位置。首先将装置本侧/对侧识别码修改一致，然后用尾纤将TX1(光发)和RX1(光收)短接(小自环)，发现“通道A异常”未复归，初步判断为本侧保护装置故障。

(4) 同时采用FC/FC转接头将收芯与发芯短接(大自环)，对侧装置通道告警消失，可以确定本侧光纤至对侧的通道无故障。

(5) 联系对侧保护人员进行同样操作，本侧装置“通道A异常”仍然未复归，基本可以锁定故障发生在本侧装置。

(6) 现场更换新的NR1123M光口插件后，“通道A异常”消失，报警灯灭，观察数小时，告警未出现，保护通道恢复正常。

2.2 某500 kV保护复用光纤通道中断

2020-03-21，辖区某500 kV变电站监控后台间断出现“苏石5213线103保护通道A故障”报警信号，苏石5213线第二套线路保护屏(CSC-103A)主保护面板“通道告警”灯亮，保护屏“A通道故障”灯闪烁，后台报文频繁发出，通道A状态时断时续。保护人员接到抢修任务后，即可赶往现场确认故障，处理过程如下：

(1) 保护人员到达现场之后发现，该套保护采用复用光纤通道，通道状态仍然时断时续，保护装置报文“通道A中断”“通道A通信恢复”交替出现。保护人员通过查看装置通道状态发现，累计误码不断变化，丢失帧数累计增加，联系对侧电厂确认对侧并无工作，且与本侧状况相同。

(2) 考虑到通道状态时断时续，保护人员怀疑是光纤回路接口接触不良导致。仔细检查光纤及2M线接口并无松动现象。用功率计测量发现光纤功率衰耗不大，排除光纤破损原因。现场轮流更换收发备用芯后，通道暂时恢复，但随后又出现通道中断。

(3) 保护人员即刻联系运维人员向网调申请退出“苏石5213线第二套线路主保护”。待调度许可操作后，继续开展故障原因分析和故障点排查。

(4) 为确定站内设备有无故障，保护人员决定采取自环检查，逐步定位故障位置。自环试验前将装置本侧/对侧识别码修改一致，纵差控制字中“通道环回试验”设置为“1”。接着在接口装置背板处将“环回选择”拨码打到运行自环位置。自环后，“通道告警”信号未复归，累计误码仍在增加。

(5) 在接口装置背板采用FC/FC转接头将光发送芯与光接收芯短接，保护装置报文显示“通道A通信恢复”，同时“A通道故障”灯灭。基本判定故障点在CSC-186B通信接口装置。

(6) 现场更换通信接口装置备品后，将保护装置恢复到初始设置，通道告警消失，观察数小时，告警未出现，保护装置通道恢复正常。接口装置经返厂测试后确认已损坏。

3 故障处理方法

3.1 典型方法

针对两起500 kV线路光纤通道中断故障案例，检修人员进入现场处理方法可整理归纳为：

(1) 检查现场故障情况。进入现场，首先要了解故障发生时间与发展情况，然后检查装置是否失电，通道告警有无持续发生，通道误码率是否持续增加，明确故障现象。

(2) 与对侧变电站沟通。及时与对侧变电站联系，询问对侧是否存在异常情况，同时确定对侧变电站是否有工作正在进行，便于检修人员尽早确认故障点。

(3) 检查站内光纤回路。认真检查装置背后的光纤有无明显弯折、尾纤头脏[3]，光纤接口有无松动，如有上述现象可捋直、拧紧加固后观察通道告警是否消失。

(4) 光纤通道功率测量。使用光功率计测量光纤功率，判断光纤通道衰耗是否满足技术要求[5]。若更换备用芯后，通道恢复正常，即可判定为光纤回路故障导致，一旦故障排除，便可避免停退保护。

(5) 自环试验。申请退出保护后，逐步开展自环试验，如果自环不成功，则可确定本侧装置存在故障；如果自环成功，则可排除本侧装置，同时联系对侧开展自环试验，综合判断对侧装置或者通道是否异常。

3.2 自环测试新思路

(1) 专用通道自环试验，如图1所示，通过尾纤将保护装置光发和光收端口①处短接，若“通道异常”信号消失，则证明保护装置无异常。现场可采用FC/FC转接头将收芯与发芯②处短接，若保护装置“通道异常”信号复归，则证明整个通道的光纤和保护装置均无异常；相反，即可综合确定故障位置。

图1 专用通道自环测试位置

(2) 复用通道自环试验，如图2所示，通常复用方式采取逐级缩小范围的方式自环。若接口装置⑤处拨码自环告警消失即可排除本侧装置故障；若接口装置③、④处尾纤自环告警消失，即可确定保护装置与站内光纤无异常；若保护背板①、②处光纤自环告警消失，则可确定本侧装置无异常。

图2 复用通道自环测试位置

实际运行中，检修人员发现2M线松动或损坏也会导致保护通道中断，提出在⑥、⑦处通过2M短接线自环，以及在⑧、⑨处数字配线屏连接器自环，可综合判断接口装置至数字配线屏之间的2M电缆是否异常，同时也可判断本侧接口装置与对侧保护装置是否正常，进一步准确锁定故障位置。

4 结束语

结合两起500 kV线路保护通道中断现场消缺的工作案例，详细梳理了处理过程，总结了常见的光纤通道故障排查的处理经验。同时提出新的自环思路，便于检修现场快速准确锁定故障位置，为继电保护人员处理类似缺陷提供参考，便于提升现场工作效率。