继电保护装置与通信设备2+Mbit-s光接口互联技术

2011年第5卷第4期南方电网技术研究与分析2011，Vol.5，No.4SOUTHERNPOWERSYSTEMTECHNOLOGYStudy&Analysis文章编号：1674-0629(2011)04-0065-03中图分类号：TN929.11；TM774文献标志码：A继电保护装置与通信设备2Mbit/s光接口互联技术杨俊权1，王勇1，利韶聪2，李舒涛2（1.中国南方电网电力调度控制中心，广州510623；2.广东省电力设计研究院，广州510660）摘要：目前在电网运行中复用继电保护装置与通信光传输设备间以2Mbit/s电口互连，存在着连接复杂、光电转换设备缺少统一的接口标准、光电转换设备不能网管监控等问题。因此，提出了适用于保护装置和通信设备的2Mbit/s光接口方式及其技术标准，并完成了相关测试工作。结果显示，复用继电保护装置与通信光传输设备之间采用统一标准的2Mbit/s光接口直连通信是可行的，但其可靠性和稳定性尚待进一步验证。关键词：继电保护；2Mbit/s速率光接口；继电保护；通信传输设备；光接口标准The2Mbit/sOptic-interfacesTechnologyforRelayProtectionandCommunicationDeviceswithProtectionChannelMultiplexingYANGJunquan1,WANGYong1,LIShaocong2,LIShutao2(1.CSGPowerDispatchingControlCentre,Guangzhou510623,China;2.GuangdongElectricPowerDesignInstitute,Guangzhou510660,China)Abstract：Thereareproblemsincurrentpowergridoperationwith2Mbit/sopticinterfacebetweenthemultiplexingrelayprotectiondeviceandopticaltransmissiondevice,suchascomplexityofconnection,lackofaunifiedinterfacestandardofphotoelectricconversiondevice,andlackofmonitoringofphotoelectricconversiondevice.Aimingatthatproblems,thispaperproposesanewopticinterfacemodelandstandardfor2Mbit/sopticalinterconnectiontechnology,andhascarriedoutrelatedtests.Theresultsshowthatwiththeproposedstandardof2Mbit/sopticinterface,itisfeasiblefortherelayprotectionandopticaltrasmissiondevicestointerconnectandcommunicatetoeachother,butthereliabilityandstabilityaretobefurtherverified.Keywords：relayprotection;2Mbit/sopticinterface;relayprotection;opticaltransmissiondevice;opticinterfacestandard按电网的运行要求，“具有光纤通信的输电线路应优先采用光纤作为传送继电保护信息的通道”[1]。在当前500kV、220kV线路上，光纤通道电流差动保护作为主要的继电保护方式被广泛使用。传输继电保护信息的通信通道既可以是专用通道，也可以是复用通道。专用通道方式是指线路两侧保护装置之间直接通过导引线或光纤传输保护信息。一个通道独占两根导引线或纤芯,由保护装置把保护信息编码后传送到对端，中间不经过任何数字复接设备，但这种方式占用了大量光纤芯资源，且无法在长距离线路上得到应用。复用通道方式是指线路两侧保护装置通过电力通信网传输保护信息。光纤复用保护通道由于其节省资源、可自愈、资源调配灵活的优点，从而被作为远距离线路的主要保护通道被优先推荐使用。本文通过对复用保护通道方式问题的研究，提出了适用于保护装置和通信设备的2M光接口方式及其技术标准，并完成了相关测试工作。1现状及问题复用通道方式下的光电转换设备和电力通信网之间的接口一般采用2Mbit/s电接口。保护装置与通信传输设备之间连接如图1所示。这种方式的应用存在如下问题：1）由于第三方协议转换装置没有统一的接口标准，装置的故障有可能导致继电保护拒动，给电网运行带来极大安全隐患；2）大量的光电转换、跳线、跳纤使得工程实施复杂，可维护性差，且投资较大；3）光电转换设备不能网管监控，故障率高[4]。为了解决上述问题，需要研发一种继电保护装66南方电网技术第5卷图1保护装置与通信传输设备2Mbit/s电接口互联示意图Fig.1The2Mbit/sElectricalInterfaceBetweentheMultiplexingRelayProtectionDeviceandOpticalTransmissionDevice置和通信设备都适用的光接口进行直接互联，从而取消中间接口装置。本文所述的继电保护装置与通信设备互连2Mbit/s光接口开发应用研究，制定适用于继电保护装置与通信设备的互连光接口标准，实现继电保护装置与通信设备采用光接口直接通信，如图2所示。图2保护装置与通信设备2Mbit/s光接口互连示意图Fig.2The2Mbit/sOpticalInterfaceBetweentheMultiplexingRelayProtectionDeviceandOpticalTransmissionDevice2互连2Mbit/s光接口技术标准研究2.1光信号接口方式2Mbit/s光信号采用非成帧方式接口，可以保证通信同步数字体系设备对继电保护信号的透明传输，通信同步数字体系设备无需关心保护信号的编解码方式等内部处理机制，使得光接口可以最大程度的兼容各种继电保护装置，也降低了通信同步数字体系设备与继电保护装置光接口的开发难度和开发成本。同时，采用非成帧方式接口，可以使用通道全时隙链路进行数据传输，提高数据传输效率[5]。2.2光信号的编码及速率要求光接口对保护侧信号编码方式不作要求，但要求保护装置编码后光信号速率为（2048±50×10.6）Kbit/s，信号中必须包含时钟信息，且不能出现4个及以上的长连“0”或长连“1”。发送端通信同步数字体系设备从收到的光信号中提取的时钟信息，不能出现4个及以上的长连“0”或长连“1”，是由于继电保护装置发过来的光信号如果出现长连“0”和长连“1”，则发送端通信同步数字体系设备无法提取出时钟，或会导致提取出来的时钟质量差。在出现3个及以下的长连“0”和长连“1”时，才能保证信号的有效识别与同步，使得发送端通信同步数字体系设备能够准确地提取时钟信息，进而利用时钟信息提取出继电保护装置发过来的信号，最终复用在SDH的帧结构中，传输到对端[3]。2.3数据传输过程利用2Mbit/s光接口，变电站之间保护装置通过电力通信网的通信方式如图3所示。2Mbit/s光信号在在A、B站保护装置之间的收发过程如图4所示。首先，A站保护装置对保护信号进行编码并将其转换为标称速率为2048Kbit/s的光信号，然后通过光纤将光信号传输到A站通信传输设备的2Mbit/s光接口，经过光电转换处理后对2Mbit/s电信号进行时钟信息提取，所得的时钟信息用来保证A站通信传输设备和B站通信传输设备信号传输的同步性。在A、B站通信设备建立同步后，A站通信设备对2Mbit/s电信号进行复用形成STM-N电信号，再经过光电转换后变成STM-N光信号通过通信通道传输至B站通信传输设备，再通过光电转换、解复用、解码等步骤最终B站保护装置接收到来自A站保护装置发送的保护信号，B站保护装置对信号进行分析处理后，以同样的方式发送相应的信号至A站保护装置，从而达到A、B站保护装置相互通信的目的。3互连光接口测试在光接口技术标准研究和开发的基础上，组织了相关厂家开展2Mbit/s光接口互联互通测试工作，验证保护装置及通信设备厂家开发出的2Mbit/s光接口是否满足保护装置与通信设备互连光接口技术要求，以及保护装置与通信设备通过新开发出的2Mbit/s光接口能否正常通信。对保护装置与通信设备互连光接口的测试包括光接口参数测试、网管监测功能测试、互通性测试及稳定性测试等。1）光接口参数测试：对光接口的数字信号标第4期杨俊权，等：复用保护通道继电保护和通信设备2Mbit/s光接口技术图3变电站之间保护装置通信连接示意图Fig.3TheInterconnectionBetweenRelayProtectionDevicesinTransformerSubstationsviaCommunicationChannel图42Mbit/s光信号收发过程示意图Fig.4TheProcessofSendingandReceivingthe2Mbit/sOpticalSignal称传输速率、工作波长、最大RMS宽度、发射功率、最小消光比、最差灵敏度、最小过载点等进行测试。2）网管监测功能测试：对保护装置告警及通信设备网管功能进行测试。3）互通性测试：测试保护装置与通信设备光接口互通性，并模拟实际工程应用进行测试。4）稳定性测试：测试保护装置与通信设备光接口长时间工作下的误码率。测试结果表明，新开发的2Mbit/s光接口各项参数满足制定的保护装置与通信设备光接口技术要求，保护装置能和通信设备能通过2Mbit/s光接口进行正确的互连互通，通信设备能够正确传输保护动作信号，保护装置能正确反映保护动作，并且两侧保护装置通过通信通道长时间通信不会产生误码和告警，完全可替代目前保护装置与通信设备之间通过转换装置连接的方式。4结论1）开展了继电保护装置与通信设备互连2Mbit/s光接口从最初的技术研究、标准制定，以及光接口开发、联合测试。通过以上工作，初步证明了保护装置与通信设备之间采用统一标准的2Mbit/s光接口直连通信是可行的。2）有必要在实际电网运行环境下进行继电保护装置与通信设备光接口的互通挂网运行测试，以进一步论证继电保护装置与通信设备之间通过2Mbit/s光接口直接通信的可靠性和稳定性。然后，进行电网运行应用试点，取得经验后逐步推广该光接口的使用。参考文献：[1]GB/T14285—2006，继电保护和安全自动装置技术规程[S].[2]ITU-TRec.G.703:1998,Physical/ElectricalCharacteristicsofHierarchicalDigitalInterfaces[S].[3]ITU-TRec.G.704:1998,SynchronousFrameStructuresUsedat1544,6312,2048,8448and44736kbit/sHierarchicalLevels[S].[4]利韶聪，黄盛.500kV输电线路继电保护复用光纤通信方式探讨[J].电力系统自动化，2008，32（12）：98-99.LIShaocong,HUANGSheng.ADiscussionon500kVTransmissionLineRelayProtectionMultiplexedwithFiber-opticCommunication[J].AutomationofElectricPowerSystems,2008，32（12）：98-99.[5]伍小刚，俞波，姚吉文，等.3种同步接口在光纤纵差保护中的设计实现[J].电力系统自动化，2006，30（20）：77-80.WUXiaogang,YUBo,YAOJiwen,etal.Desi