應(yīng)用于縱聯(lián)電流差動保護(hù)裝置的光纖通道自檢方法

孟楠 王鵬 陳賀 楊康 李江峰

（1.石家莊科林電氣股份有限公司 2.國網(wǎng)冀北電力有限公司技能培訓(xùn)中心）

應(yīng)用于縱聯(lián)電流差動保護(hù)裝置的光纖通道自檢方法

孟楠1王鵬1陳賀1楊康2李江峰1

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闡述了縱聯(lián)電流差動保護(hù)裝置在現(xiàn)場調(diào)試過程中，光纖通道出現(xiàn)異常的影響因素。在此基礎(chǔ)上，提出了兩種自檢方法，詳述了每種方法的設(shè)計(jì)、操作流程以及可以定位的故障原因。經(jīng)現(xiàn)場實(shí)踐證明，本文提出的光纖通道自檢方法操作簡單，可以快速定位故障所在，有著廣泛推廣的現(xiàn)實(shí)意義。

縱聯(lián)電流差動保護(hù)；光纖通道；自檢

0 引言

在110kV電壓等級線路保護(hù)中，縱聯(lián)電流差動保護(hù)應(yīng)用率越來越高，它具有算法簡單，動作速度快、可靠性高等特點(diǎn)，通常被作為線路保護(hù)中的主保護(hù)使用[1]。光纖通過直連方式構(gòu)成專用通道，或經(jīng)過配套數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器和E1接口SDH設(shè)備轉(zhuǎn)接構(gòu)成復(fù)用通道，作為縱聯(lián)電流差動保護(hù)裝置之間數(shù)據(jù)傳輸?shù)拿浇閇2]。

在對縱聯(lián)電流差動保護(hù)裝置現(xiàn)場調(diào)試和運(yùn)維過程中，經(jīng)常會出現(xiàn)光纖通道通訊異常的現(xiàn)象。導(dǎo)致通訊異常的原因很多，以下三種最為常見。一是光模塊損壞，目前SFP型光模塊已經(jīng)成為各繼電保護(hù)裝置廠家使用最多的光纖收發(fā)模塊，具有功耗低、自帶數(shù)字診斷功能等特點(diǎn)[3]。雖然生產(chǎn)廠家宣稱支持熱插拔，但調(diào)試人員在帶電操作時，仍會偶發(fā)性產(chǎn)生電流過沖造成的光模塊永久性損壞。二是光纖通道受損，安置在線路兩側(cè)變電站的線路保護(hù)裝置相距較遠(yuǎn)，不論使用專用光纖還是復(fù)用光纖，傳輸通道與通訊設(shè)備受到人為或自然原因造成損壞的可能性較高。三是兩側(cè)裝置定值設(shè)定不一致，變電站正式投運(yùn)前，保護(hù)裝置定值往往會進(jìn)行修改，兩側(cè)保護(hù)定值對應(yīng)不上而引起的通訊異常情況時有發(fā)生，通常由于調(diào)試人員操作不熟練等人為因素引起。

當(dāng)遇到諸如線路檢修或舊站改造等需及時供電的情況時，可能會對通訊室設(shè)備、光纖、定值等進(jìn)行調(diào)整。如果出現(xiàn)通道異常的現(xiàn)象，若能準(zhǔn)確定位并盡快排除問題，會大大縮短施工時間，實(shí)現(xiàn)區(qū)域快速供電。本文所述的光纖通道自檢方法是針對上述三種影響因素提出的。

1 縱聯(lián)電流差動保護(hù)裝置的通訊流程

線路兩側(cè)縱聯(lián)差動保護(hù)裝置需具備相互傳輸可供用戶整定的通道識別碼[4]。我公司制定的光纖通道私有協(xié)議中，通訊幀包含了本側(cè)識別碼、對側(cè)識別碼、狀態(tài)字、時間信息、采樣信息以及CRC校驗(yàn)碼。根據(jù)識別碼的不同，兩側(cè)裝置分為“主機(jī)”與“從機(jī)”。設(shè)備上電運(yùn)行后，被設(shè)置為“從機(jī)”的裝置通過光纖通道向“主機(jī)”發(fā)出通訊請求，而設(shè)置為“主機(jī)”的裝置在收到“從機(jī)”通訊請求之前一直處于等待狀態(tài)。“主機(jī)”收到通訊請求幀后，判斷識別碼、CRC校驗(yàn)碼、壓板狀態(tài)以及控制字等，并返回通訊回應(yīng)幀。兩側(cè)裝置協(xié)同工作，測出光纖通道延時，之后進(jìn)入穩(wěn)定的數(shù)據(jù)傳遞階段，互相傳遞三相電流采樣信息和裝置保護(hù)狀態(tài)。本側(cè)裝置將對側(cè)電流信息進(jìn)行二次采樣處理，實(shí)現(xiàn)兩側(cè)數(shù)據(jù)同步。裝置人機(jī)界面將顯示通道狀態(tài)、兩側(cè)裝置三相電流遙測值和告警信息。

2 自檢方法

當(dāng)通道狀態(tài)、遙測值異常，或產(chǎn)生通道異常告警時，很難判斷是哪個環(huán)節(jié)出了問題。本文提出了兩種調(diào)試方法，分別稱為“單纖自環(huán)檢測”和“雙機(jī)檢測”，在設(shè)備處于檢修狀態(tài)時快速定位并指導(dǎo)技術(shù)人員排除故障。

2.1 單纖自環(huán)檢測

單纖自環(huán)是在單根光纖連接某個光模塊的發(fā)送和接收端口方式下進(jìn)行的檢測，這種方法主要用于測試裝置是否存在硬件問題，其光纖連接方式如圖1所示。

圖1 單纖自環(huán)模式下的光纖連接方式

檢測方法的設(shè)計(jì)流程為：將裝置按照圖1所示連接好，投入檢修硬壓板，裝置檢修指示燈亮起。通過人機(jī)界面選擇并投入“單纖自環(huán)”項(xiàng)，裝置進(jìn)入單纖自環(huán)檢測模式。不論是“主機(jī)”還是“從機(jī)”，裝置會每隔250μs連續(xù)發(fā)送測試幀，同時開啟“接收超時計(jì)時器”用來檢測通道超時。測試幀沿用正常通訊時的幀格式，幀格式中通訊狀態(tài)字如下表所示。

通訊狀態(tài)字的“自環(huán)檢測”位設(shè)為有效。若裝置在發(fā)送測試幀后20ms內(nèi)收到測試幀，超時計(jì)時器清零重啟；否則，計(jì)時器到達(dá)20ms設(shè)定值后，認(rèn)為未正常收到測試幀，裝置上報“光纖通道斷鏈告警”。收到測試幀后進(jìn)行幀解析，判斷是否為本機(jī)識別碼，幀序號是否連續(xù)。若連續(xù)10s時間內(nèi)幀接收狀態(tài)和解析均正常，自環(huán)檢測完成，停止發(fā)送測試幀，并向人機(jī)界面上報一條自檢信息“光纖通道自環(huán)檢測正?！?。若出現(xiàn)幀丟失、識別碼錯誤、幀序號不連續(xù)等情況，自環(huán)檢測完成后向人機(jī)界面上報一條自檢信息“光纖通道自環(huán)檢測異?！保⒏綆Ь唧w的異常信息。

表 通訊狀態(tài)字

如圖2所示，“自環(huán)檢測”還支持通道延時測量、誤碼率計(jì)算、光模塊溫度和光功率測試，測試完成后結(jié)果會顯示在人機(jī)界面，有助于工程人員做出綜合性判斷。通常，技術(shù)人員首先會用一根短光纖進(jìn)行單纖檢測，用于排除光模塊損壞的問題。如果條件允許，可以在對側(cè)裝置處通過連接器將光纖交叉連接形成環(huán)路，再進(jìn)行單纖自環(huán)檢測，從而獲取整個光纖通道的傳輸延時。單纖自環(huán)可以快速判斷出是光纖線路出現(xiàn)故障還是SFP光模塊出現(xiàn)故障。若光模塊故障，將設(shè)備斷電，更換光模塊。若光纖線路故障，則依次對尾纖、配套數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器、光端機(jī)等進(jìn)行巡檢。

2.2 雙機(jī)檢測

圖2 光纖通道狀態(tài)與光功率自檢顯示

雙機(jī)檢測是對兩側(cè)裝置和光纖通道的一種全面檢測，光纖的連接方式如圖3所示。與正常通訊的區(qū)別在于：本側(cè)裝置接收對側(cè)傳遞來的數(shù)據(jù)幀后，越過判斷識別碼、壓板狀態(tài)、控制字是否正確的流程，但會將這些信息在人機(jī)界面中顯示出來。調(diào)試人員運(yùn)用這種方法可以快速獲取對側(cè)縱聯(lián)差動保護(hù)定值設(shè)置內(nèi)容，及時發(fā)現(xiàn)、排除兩側(cè)裝置定值設(shè)定不一致的隱患。雙機(jī)檢測的優(yōu)越性在于獲取對側(cè)定值信息準(zhǔn)確，效率高，并且可以測量出通道延時，判斷延時是否在合理范圍內(nèi)。雙機(jī)檢測時若出現(xiàn)“光纖通道斷鏈告警”，首先使用單纖自環(huán)檢測排除裝置硬件故障。

圖3 雙機(jī)檢測模式下光纖連接方式

檢測方法的設(shè)計(jì)流程為：兩側(cè)裝置通過光纖通道連接，投入檢修硬壓板，裝置檢修指示燈亮起。在本側(cè)裝置的人機(jī)界面中選擇并投入“雙機(jī)檢測”項(xiàng)，進(jìn)入雙機(jī)檢測模式。這種模式下發(fā)出的通訊幀狀態(tài)字的“雙機(jī)檢測”位設(shè)為有效。對側(cè)裝置識別到通訊幀狀態(tài)字“雙機(jī)檢測”位有效后，隨后也進(jìn)入雙機(jī)檢測模式。兩側(cè)裝置均處于雙機(jī)檢測模式下，無論對側(cè)通道識別碼、壓板狀態(tài)、控制字正確與否，只要數(shù)據(jù)交互能夠正常進(jìn)行，都不會上報光纖通道異常告警。檢測完成后，在人機(jī)界面中選擇并退出“雙機(jī)檢測”項(xiàng)，本側(cè)裝置將重新初始化通訊流程。對側(cè)裝置檢測到通道斷鏈后，退出“雙機(jī)檢測模式” 并重新初始化通訊流程。

雙機(jī)檢測模式下顯示的通道延時、誤碼率、丟幀數(shù)等通道狀態(tài)是該側(cè)裝置在運(yùn)行過程中的真實(shí)表現(xiàn)，具有實(shí)際意義。裝置接入模擬量數(shù)據(jù)后，可以實(shí)時顯示出三相電流的遙測值，驗(yàn)證本地采集數(shù)據(jù)與光纖通道收到數(shù)據(jù)的同步性與精確度。

3 結(jié)束語

目前我公司常規(guī)及智能化線路縱聯(lián)電流差動保護(hù)裝置均已配備光纖通道自檢功能，操作方式簡單，只要對現(xiàn)場調(diào)試人員稍加培訓(xùn)便可以熟練進(jìn)行。經(jīng)實(shí)踐證明，本文所介紹的自檢方法可以快速定位故障所在，節(jié)約時間和人力，有著廣泛推廣的現(xiàn)實(shí)意義。

上述自檢方法不僅在現(xiàn)場調(diào)試時得以應(yīng)用，在裝置出廠檢測中也發(fā)揮了借鑒作用，如：一次性檢測內(nèi)部ADC組件、光纖收發(fā)組件等硬件是否正常，有助于提高產(chǎn)品出廠合格率，降低返廠維修服務(wù)成本，具有一定的經(jīng)濟(jì)效益。

[1] 王玉強(qiáng). 一起光纖差動保護(hù)動作情況分析及探討[J].中國電力, 2015, 48(5)：51-55.

[2] 劉峰,等 光纖通道對光纖差動保護(hù)影響的試驗(yàn)研究[J]電力系統(tǒng)自動化 ,2005,29(3)：97-99.

[3] 蘇友章. 帶數(shù)字診斷監(jiān)控功能的SFP光收發(fā)模塊設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)研究[D].廈門：廈門大學(xué),2009.

[4] Q/GDW 10766-2015 10kV～110kV線路保護(hù)及輔助裝置標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

2017-04-19）