关于通信通道对继电保护的探讨

摘要：随着现代电网自动化的需求，具有自愈保护功能的继电保护通信网络已成为供电业自动保护的重要手段。本文笔者结合自己多年 电力通信工作的经验 ，分析了如何满足电力系统对继电保护装置的可靠性 、选择性 、灵敏性和稳定性等方法，期望能给同行有所借鉴。

关键词： 继电保护 通信 通道

1继电保护对通道的要求

1．1光纤保护信息的内容

线路纵联距离(方向)保护装置传送的内容包括线路故障方向及地址码 ，均为逻辑信号 ，而非电气物理量 ，内容相对单一。而线路纵差保护装置传送的内容则是三相电流相量 (包括幅值和相位 )、地址码及通信时标 。

1．2 继电保护对通道时延的要求

为充分满足电力系统对继电保护装置的可靠性 、选择性 、灵敏性和速动性要求 ，国家行业标准中对继电保护提出了明确要求。（文献GB／T 15149．1―2002．电力系统远方保护设备的性 能及 试验方法[S]．2002．） 对继电保护系统的动作时间作出了规定 ，对不同保护方式的最大实际传输时间提出了建议值 ，具体要求为 ：闭锁式 15 ms(模 拟 )／10 ms(数字 )，跳 闸式 20 ms(模拟 )／10 ms(数 字 )，远方 跳 闸式 40 ms (模拟)／10 ms(数 字 )；文献（DL／T 5062―1996．微波 电路传输继 电保护 信息设计技术规 定[S]．1996．）规定微波通道 (光纤通道参照执行 )传 输主保护信息时传输时延应不大于5 ms。对于线路纵联距离 (方向)保护，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直接关系 ，但由于故障范围的判别取决于2个因素 ：一是根据本侧电气量得到相对于本侧装置的故障方向；二是通过通道得到相对于对侧装置的故障方向。只有当相对于两侧保 护装置的故障方向都确认为正方向时，装置才确认本次故障是区内故障 ，主保护才正式动作。因此 ，通道时延对保护装置动作速度的影响是累加的。对于线路纵差保护，通道时延对动作速度的影响主要体现在 2个方面。首先 ，在根据两侧电气量进行差动计算时，当前计算的差动电流并非本侧当前的电气量和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刻本侧的电气量之和，即以进行差动判据的电气量 的采集时间为当前时间

再向前推一段通道 的时延。

2光纤通信通道对继电保护的影响

2．12 M 通道重定时参数设置对继电保护的影响

SDH传送网有许多优越性 ，但 SDH网络中的PDH支路的输出信号不能作为定时基准 。当 PDH信号映射入 VC―n时，将有码速调整 ，传输过程 中的指针调整会导致 PDH支路输 出信号有较大的抖动和漂移 ，因此从 PDH支路输 出信号恢复 的定 时信号一般不能作为定时基准。重定时功能就是把来自数字同步网的定时基准信号和业务数据信号合成在一起 ，送给客户的一种方法，重定时原理 如图 1所 示 。

对输出的 2 Mbit／s数据信号 (在被从 VC一12 容 器 中恢 复出来 以后)进行重定 时，就 是用发 生 “去同步”所在的复用设备的内部时钟对这个信号进行重定时，其做法是 ：将恢复出的 2 Mbit／s数据信号读入到一个存储装置中，然后用系统时钟 (通常是一个 SEC)对该存储装置的输出进行定时 ，即按系统时钟的频率从该存储装置中读出 2 Mbit／s 信号。

目前国内光纤差动保护装置在采用复用 PCM 信道时 ，保护装置为 PCM信道分配一对时隙，和其他数据业务(如话音、传真等)一起复接到 E1速率 (2．048 Mbit／s)接 口或 64 kbit／s同向接 口上传输 ， 采用的数据调整指针类 型均为 VC一12映射方式 的Tu一12指针，通过对 PDH支路输出加重定时功能 ，来满足保护通道收发数据同步复接的要求。而两端保护装置用 的 PCM必须同步 ，否则 ，将因时钟不同步造成滑码 ，保护装置就会 出现 CRC校验码告警 ，引起保护装置异常。

目前 ，实用的线路纵差保护采用的同步方法有采样时刻调整法 、采样数据修正法 、时钟校正法几种 ，这些方法统称为基于数据通道 的同步方法 ，共同特点都是要求通道双向时延相等。

典型的采样 时刻调整法分 2步 ：先测试通道时延 ，再根据测试结果 ，由从机测定两侧装置采样时刻的误差 ，从而调整从机的采样脉冲，实现采样同步。

保护装置有外时钟 (从时钟)和内时钟 (主时钟)2种时钟同步模式 ，国内保护装置常用的时钟

设置方法见表 1所列。

采用 64 kbit／s复用 通 道 时 ，保 护 装置 通 信时 钟采 用 “从一从 ”方式 ，PCM 终端 采 用 “主一 从 ”方式 ；采用专用光纤或关 闭输 出再 定时功 能的 2 Mbit／s通道 ，保 护 装置通 信时 钟采用 “主一主”方式或“主一从”方式 ；打开输 出再定时功能的 2 Mbit／s通道 ，保护装置通信时钟需采用“从一从”方式 。

保护装置数字时钟通信 的 3种传输方式如

图 2所示。

SDH网所有 网元的时钟都必须同步 ，并最终跟踪到时钟同步网的定时基准 。SDH的 PDH支路输出信号欲获得可靠的定时基准 ，依靠重定时功能。对于 2 M通道可以选择打开输出重定时功能 或关闭输出重定时功能 ，两者合理配合，可以解决线路保护装置利用复用通道传送保护信息时的滑

码问题 。

2 M通道两侧均关闭输出重定时方法与采用专用光纤通道的时钟设备方式相同，通道两端的线路纵差保护装置通信时钟宜采用 “主一主”或“主一从”方式 ，但不能采用“从一从”方式 ，否则会形成时钟环 ，可能产生滑码 。在保护装置信号发送时钟能完全满足 G．823建议 的抖动和漂移容限要求的条件下 ，可以采用 “主一主”方式或“主一从”方式 。

当线路两侧差动保护装置的 “主机方式 ”、“从机方式”设置错误时 ，保护装置可能因工作状态出错 ，而行使自动闭锁差动保护并给出告警信号 ，从而引起差动保护拒动 。部分早期的保护装置若没有自动闭锁保护功能 ，可能因“滑码”起引保护误动 。

东北伊敏至冯屯 500 kV甲乙两线 电流差动保护装置上的“IN。SERVICE”指示灯在甲线上每隔 61 S闪灭 1次 ，乙线每隔 23 S闪灭 1次 ，表示装置周期性地出现瞬时故障，这就是 由于保护装 置时钟的“主”、“从”方式设置错误引起保护装置异常的典型事例。

2．2 误码对保护判据的关联性影响

光纤通道与电力线路和微波通道相 比，具有传输质量高 、误码率低(一般在 l0‘。。以下 )、频带宽 、传输信息容量大 、不受电磁干扰等优点。光纤传输系统造成误码的原因有 ：各种 噪声源 ；色散引起的码间干扰 ；定位抖动产生的误码 ；复用器 、交叉连接设备和交换机引起的误码 。 通道误码对保护判据的影 响主要体现为 以下3个 面 ：

(1)误码使得报文内容或者 CRC校验值 的某 一位值发生错误 ，导致报文通不过 CRC校验 ；

(2)误码使得报文头或报文尾 的某 一位值发生错误 ，导致报文完整性 遭到破坏 ，通信控制芯片报“报文出错”；

(3)报文的比特位数应该是 8的整数倍 ，通道滑码可能造成 比特位的增加或者丢失 ，导致通信控制芯片报“非完整报文”。

在线路纵差保护 中，一旦检测到非完整报文，则需重新检测通道时延 ，实现两侧装置采样数据 的再同步。

对于单个 随机误码 ，也可以影响报文的完整性 ，使得线路纵差保护在通道路由没有发生变化的情况下 ，也重新启动一个新 的同步过程 ，至少引起线路纵差保护数十 ms的闭锁。

线路纵联距离或纵联方 向保护需要交换 的数据仅仅是允许信号，没有通道时延一致性方面的要求 ，不需要同步两侧装置的采样 时刻 ，通道误码仅会引起当前受影响的通信报文的正确性 ，但不会影响后续报文的使用。

3结束语

从以上分析可知 ，电力光纤网应按光通信环网的电路结构建设 ，以满足继电保护专业对传输时延 、通道高可靠性的严格要求 。由于目前的光纤线路纵差保护是基于收发信通 道路由相同，因此 ，纵联差动保护不宜采用双向通道倒换环 ，而 宜采用独立双通道 ，以提高可靠性 。而线 路纵联 距离(方向)保护采用通道 白愈环，可以提高通道 可靠性。 目前 的光纤保护均有检测通道误码及通道 中 断的功能 ，通信专业 对光纤系统进行 在线误码测 试 、通道倒换等检修业务时 ，不会引起保护的误动 作 ，但会引起保护装置通道告警 ，所以应采取一定 的防范措施。

注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。