电力系统光纤通信若干问题

电力系统光纤通信若干问题分析李 玮（广东省电力设计研究院 广东 广州 510000）摘 要： 随着光纤通信在电力系统内应用水平的进一步提高，光纤通信取代微波、电力载波已成为必然。

以南方电网光纤通信骨干网为例，介绍电力系统专用光缆、通信电源、参数匹配及业务倒换等方面的现状，分析存在的问题，并在此基础上提出解决问题的措施及思路。

关键词： 通信电缆；通信电源；参数匹配；业务倒换中图分类号：TP311 文献标识码：A 文章编号：1671－7597（2012）1120128－02分成两组，分别为2条母线供电，同时每条母线配置独立的蓄电0 引言池，以实现2条母线相对独立供电。

该运行方式较好的实现了目前，SDH（synchronous digital hierarchy）光纤通2条母线的独立供电，增强了通信电源设备的运行可靠性，同信凭借其安全、经济、可靠的优势，已逐步替代了微波通信、时提高了设备检修的灵活性，由于2条母线共用同一台充电机，电力载波通信等通信方式，成为我国电力系统最重要的通信方因此在充电机发生物理损坏的情况下容易导致2条母线同时失式，在其承载的业务中，仅直接与电网安全稳定运行的主要业电，因此目前也较少使用。

务就有继电保护、安全自动装置、EMS、调度语音、能量计3）双电源双母线运行方式：即由两套充电机分别对2条母量、故障录波、电力市场以及集控站控制等等。

面对越来越多线供电，并配置独立的蓄电池，实现了双路供电的完全独立，的系统应用，光纤通信迎来了巨大的发展机遇，但由于电力系具有极高的可靠性，是目前电力通信系统中的主要供电方式。

统对信号传输安全性、可靠性的特殊要求，光纤通信同样也面伴随着通信电源运行方式的改变，南方电网光纤通信骨干临着严峻的挑战。

网已逐渐摸索出一套适合自身安全需要的供电方式：对于支持本文以南方电网光纤通信骨干网为例，就专用光缆、通信双路电源的设备，采用两路相互独立的电源对设备供电，并实电源、参数匹配及业务倒换等方面对电力系统现状进行简要介现负载均衡；对于只支持单路供电的设备，在设备前端增加电绍，分析存在的问题，并讨论解决问题的措施及思路。

源转换模块，实现两路电源输入；对于无人值守变电站，除采1 通信设备自身存在的问题用上述措施外，采用加大蓄电池组容量的方法以延长故障情况1.1 通信光缆对系统的影响下的设备运行时间。

作为电力系统专用的特殊光缆，光纤复合架空地线2 通信设备与业务系统的匹配问题（OPGW）具有强度高、性能稳定、无电腐蚀等优点，目前在电2.1 通道时延对继电保护及安自业务的影响力系统光纤通信骨干网中应用十分广泛。

但因其与高压线路同杆架设，且兼做地线，因此，雷击问题已经成为影响OPGW安全性能的重要因素。

雷击对OPGW的影响：随着OPGW大规模投入使用，其易受雷击的问题已变得越来越突出，国内已发生多起因雷击导致OPGW外丝断股进而影响内部光纤性能的事件，而建设单位为了确保所用光缆性能更加稳定，对OPGW更是提出了3级雷击不断股的近乎苛刻的要求，因此，如何提高OPGW抗雷击性能已经成为OPGW面临的最严峻的挑战之一。

目前较为通用的做法主要有以下两点。

1）改善光缆结构和股线形状，主要是在外层股线和内层股线间留有空气隙，以防止外层热量传导至内层和光纤，这种思想主要是保护内层光纤，对外层雷击断股并无实质改善。

2）调整外层股线材料配比，对于雷击多发区，采用外径较粗的全铝包钢单丝，同时提高导电率，这种思想提高了外层单丝的抗雷击水平，但增加了光缆的生产成本和自身重量，对铁塔的承重造成了一定的压力，同时也加大了施工难度。

1.2 通信电源对通信系统的影响“心脏”，通信电源运行的好坏直接影响着整个系统是否能够健康稳定运行。

回顾通信电源的发展历程，主要经历了单电源单母线、单电源双母线和双电源双母线等三种运行方式。

1）单电源单母线运行方式：即将整流模块输出、蓄电池组、负载均连接于同一条母线，由于采用这种方式对设备供电安全性较低且维护检修不便，因此在电压等级较高的变电站已基本不用。

2）单电源双母线运行方式：即将一套充电机的整流模块继电保护和安自构成了我国电网安全稳定的三道防线，其主要功能依托通信通道承载，由于相关控制、保护信息对实时性要求很高，因此通信通道的时延将对装置的动作速动性、可靠性和灵敏性乃至电网的安全稳定速度造成严重影响。

2.1.1 通道时延对继电保护的影响目前，我国线路保护的主保护为线路纵联保护，根据实现原理，又可以分为线路纵联距离（方向）保护和线路纵差保护：对于线路纵联距离（方向）保护而言，虽然故障方向的判别只是依赖于本侧电气量，判别时间与通道时延没有关系。

但是，通道时延对装置动作速度的影响是累加的。

由于故障范围的判别决定于两个因素：一是根据本侧电气量得到的相对于本侧装置的故障方向，二是通过通道得到的相对于对侧装置的故障方向，只有相对于两侧保护装置的故障方向都确定为正方向，装置才确定本次故障时区内故障，因此通道时延对装置动作速度的影响是累加的。

1）对于线路纵联距离（方向）保护，由于故障范围的判别决定于两个因素：一是根据取决于本侧电气量得到的相对于本侧装置的故障方向，二是和通过通道得到的相对于对侧装置的故障方向，只有相对于两侧保护装置的故障方向都确定为正方向，装置才确定本次故障是区内故障。

因此，通过通道得到的相对于对侧装置的故障方向信息对保护动作的正确性至关重要，如果通道延时过长，不仅影响保护的动作速度，很可能造成保护误动甚至可能造成保护误动、拒动。

运行中，曾多次出现在功率倒向情况下因通道延时过长造成的同塔双回线保护误动的案例[3-5]。

② 由于其保护判据使用的是两侧的电气量，由于通道问对于线路纵差保护，通道时延对动作速度的影响考虑两个题导致当前数据丢失，将会影响到保护判据的后续动作特性。

因素。

首先，需要根据两侧电气量来进行差动计算，当前计算例如，线路纵差保护往往采用异步抗饱和法，防止区外故障的差动电流不是本侧当前的电气量和对侧当前的电气量之和，TA饱和导致保护误动。

故障初始阶段TA不会饱和，保护判据不而是当前收到的对侧电气量和对应的本侧的电气量之和。

因需要采取任何抗饱和措施，通信正常时线路纵差保护能快速动此，当前进行差动判据的电气量需要向前推一段时间（至少包作。

但如果正好在故障初始阶段有误帧，线路纵差保护不能快括通道时延＋报文长度）；其次，为了防止TA断线造成差动保速动作，其后需要投入抗饱和判据，导致线路纵差保护动作较护误动，通常保护装置动作不但需要本侧装置满足动作条件，慢。

若线路纵差保护设置为连续几次满足差动判据后保护才动同时还需要收到对侧的允许动作信号，因此通道时延对线路纵作，只要中间有一个误帧，则将引起差动保护延迟几帧时间动差保护动作速度的影响是双倍的。

作，可能会造成严重的后果。

2）对于线路纵差保护，通道时延对动作速度的影响考虑3）为防止线路保护因误码而误动，目前在用的保护装置有两个方面的因素：首先，在首先，需要根据两侧电气量来进均具备一定的误码检测功能。

行差动计算时，当前计算的差动电流不是本侧当前的电气量和电力系统光纤通信网传输继电保护信息只占业务的一小部对侧当前的电气量之和，而是当前收到的对侧电气量和对应时分，并且光纤通信网往往先于光纤通信的保护装置而建设，因刻的本侧的电气量之和，因此，当前进行差动判据的电气量需此，要求现存的光纤通信网适应保护装置的难度很大。

同时，要向前推一段时间（至少包括通道时延＋报文长度）计算和补从保护装置的角度出发，对通信网误码指标也无需超过偿通道延时；其次，为了防止TA断线造成差动保护误动，通常G.821标准，原则上在收到对侧装置完整的信息时，线路纵差保护装置动作不但需要本侧装置满足动作条件，同时还需要收保护能正常运行；一旦收不到对侧完整的信息，包括误码，线到对侧的允许动作信号，因此通道时延对线路纵差保护动作速路纵差保护就只能短暂退出，直到通道恢复正常。

从运行的角度的影响是双倍的因此通道时延对线路纵差保护动作速度的影度，也可以计算由通道质量问题引起的保护日闭锁时间，来考响是双重的。

察通道传输继电保护信号的可靠性。

2.3 通道倒换对业务的影响为满足继电保护信号对速动性的要求，各类保护信号在通道上的最大允许传输时间不得大于规定值，其中闭锁式保护南方电网光纤通信骨干网采用双向通道倒换环，通道倒换15ms（模拟）／10ms（数字）、允许式20ms（模拟）／10ms环采用“首端桥接、末端倒换”结构，正常情况下通道双向路（数字）、直跳式40ms（模拟）／10ms（数字），同时由能够保持一致，双向时延基本相等。

当但是，单根光纤中断220kV及以上线路配置双重化主保护及适当的后备保护则大大后，通道的双向路由将不一致，时延也将不一致。

经过试验得提高了继电保护信号的可靠性。

为减少传输时延并提高系统可出以下结论：靠性，目前较为通用的做法是将较大的光纤传输网“分割”成1）通道正常时，双向通道倒换环能够保证通道双向路由多各较小的环网。

一致，双向时延误差不超过100us，能够满足线路纵差保护对3）通道时延对安自装置的影响。

对于安自装置，其主要通道双向时延一致性的要求。

控制策略是联络线故障后同时切除送电侧机组和受电侧负荷。

2）具有自愈功能的双向通道倒换环，在主用通道中断后，一词系统发生变化，目前都是由就地的安自装置根据系统状态业务会暂时中断，中断时间小于50ms，不会造成装置通道报警。

变化以及相应的控制策略发出相应的控制命令，从系统状态变3）具有自愈功能的双向通道倒换环，单纤中断后通道双化到控制命令发出这一过程不需要考虑通道时延的影响。

通道向路由不一致，导致通道双向时延不一致，不能满足线路纵差时延对安稳系统动作速度的影响主要体现在主站发出控制命令保护对通道双向时延一致性的要求。

对执行站执行命令这一过程。

因此，通道时延对安子系统动作4）具有自愈功能的双向通道倒换环，通过网关切除主用速度的影响不是累加的通道时延对安自系统动作速度的影响不电路，双向业务会先后自动切换到备用通道，双向先后时间间是累加的，安自装置只需要考虑点对点的最大单向时延。

隔不超过150ms；但是当主用通道故障消失后，备用通道切换2.2 误码对继电保护的影响回主用通道过程中，将有数秒时间双向通信经不同路由可能维在通道发生切换的情况下，通信业务将发生中断数毫秒，持数秒传输信息，不能满足线路纵差保护对双向时延一致性的此时保护或者安自信号传输过程中必然会出现非完整报文等情要求。

单业务中断时间不超过50ms，不会造成装置报警。

况。

对于线路纵差保护，一旦检测到非完整报文，就重新检测5）继电保护、安自装置能检测到业务的暂时中断，同时通道时延，实现两侧装置采样数据的再同步。

对于单个随机误会瞬间退出相关功能，不会造成误动。