继电保护光纤通道异常快速诊断处理

广东电网公司河源供电局的研究人员陈志勇，在2018年第2期《电气技术》杂志上撰文，通过介绍光纤通道在继电保护中应用，简述光纤通信系统与光纤纵联差动保护，以两起典型光纤通道异常事件为案例，采用单端站光纤通道自环方法，探讨通道异常告警处理步骤，运用通道衰耗和通道误码率重点分析，快速诊断故障位置，提高故障处理效率，降低电网运行风险。

以光纤通道为媒介的光纤纵联差动保护由于不受系统振荡、非全相运行、平行互感等影响，保护本身具有选相能力，动作速度快，可以及时反映各种类型的故障，很适合作为超高压输电线路主保护，目前，已广泛应用在110kV及以上高压输电线路保护中[1]。运行中的光纤纵联差动保护由于通道的原因暴露出许多问题, 经常因通道异常而退出运行, 给系统的安全稳定运行带来隐患[2]。

下面概述光纤通信系统与光纤纵联差动保护，通过对通道异常及通道误码率过高的两起典型案例，以2M专用通道和64K复用通道故障两种类型，分析故障原因、故障查找方法及对策，并总结梳理常见故障，提升继保专业人员光纤纵联通道故障快速处置能力。

1光纤通信系统与光纤纵联差动保护概述

1.1光纤通信系统基本概述

光纤通信系统是以光波为载体，光导纤维为传输媒介的通信方式，其基本组成部分是数据源、光发送机和光接收机。其中数据源包括所有的信号源、它们是话音、图像、数据等业务经过信号源编码所得到的信号，光发送机和调制器负责将信号转变成适合在光纤上传输的光信号[3]。

光接收或发送机则接收或发送光信号，并从中提取信息，通过光电信号转换，最后得到对应的话音、图像、数据等信息。光纤通道包括常规的光纤，还有中继光纤放大器等，图1是光通信基本系统。

图1：光通信基本系统

1.2光纤纵联差动保护概述

纵联保护是依据双端电气量的交互做出是否要发跳闸命令决定的全线速动保护，是解决输电线路一端电气量变化的保护未能瞬时切除故障的问题提出。

纵联保护依据通道类型分为光纤通道、载波通道和微波通道；依据交互信息的方式可分为允许式与闭锁式纵联保护；依据保护原理可以分为分相电流差动保护与反应阻抗的距离保护。

光纤纵联差动保护包括光纤电流差动保护、光纤纵联距离保护，以光纤通道为媒介，分别采用电流差动保护、纵联距离保护原理[4]。光纤电流差动保护是将输电线路两端的电流、开关量信号通过编码形成码流后光电转换，进行相位、幅值或实虚部比较构成纵差保护。

通过光纤传送的不仅可以反应电流信号，亦可反应该端阻抗继电器、方向继电器动作行为的逻辑信号，这样就形成光纤纵联距离保护、光纤纵联方向保护。

2事件经过及分析

2.1案例一

2013年5月13日10时，继保自动化人员接到220kV XX站220kV 上升甲线主一保护RCS-931BM发“通道异常”、“装置告警”紧急缺陷，对侧站同样出现相同报文。现场两侧站端光纤通道连接示意图见图2。

图2：220kV上升甲线主一保护专用通道连接示意图

继保人员现场使用光功率计GD-4E13，设定1310nm波长，单端站光纤通道测试方法采用自环测试，见图3。

图3：单端站2M专用通道试验示意图

对于RCS-931BM装置，2M光纤通道的单一传输速率光发射器发射功率不小于-16dBm（单模，小于60KM，波长1310nm），利用光发射器功率=测量值+线衰耗+接头衰耗，单个FC接头衰耗1dBm，光纤纤通道检查步骤如下：

常规的测试方法是：（1）检查本保护装置光发功率TX是否正常（大约在-13dBm）；（2）分别在测点1、测点2、测点3进行光功率测试，如果通道异常告警未消失；则（3）将12P ODF屏自环，保护装置纵联码改为一致，再进行测点4、测点5、测点6光功率测试。

采用快速测试方：将测试点3和测试点4自环，如果站端内部故障，则保护装置面板“通道异常”告警灯亮或通道误码数将在1min内快速增加或在保护装置的RX口测得数据严重异常，则可判断是否本站内部故障，由于站间和两站同时出现光纤回路故障的概率很低，所以对侧变电站的继保人员可不用选派，大大节省人力和物力资源。

采用快速测试方法，快速隔离故障，详细的测试数据见表1，装置RX接口测试发现光功率达到-56.3dBm，远大于光功率灵敏度，判断测点6与保护装置收信RX段尾纤损坏，在电缆室检查发现光纤套管存在被老鼠咬损的痕迹，套管里面尾纤撕裂，继保人员立即更换备用通道，两站保护装置恢复正常运行。

表1 测试数据

2.2案例二

2015年4月，220kV XX站220kV和塔线主二保护进行双通道保护装置改造。现场验收发现，主二保护装置面板一直报通道告警，现场保护人员对单端站进行复用通道试验，见图四。

现场采用自环方式，排查方法见案例一，检查发现通信机房的12P ODF屏的TX接口FC光纤接头松动，拧紧后误码消除，通道告警消失，但恢复与对侧站通信时，再次出现通道告警，在对侧站确定单端站通信自环正常情况下，初步判断通信网络异常，经与通信班组沟通，发现通信班组给定的DDF端口与现场不对应，导致两侧通道不在同一链接而出现光纤通道异常。

图4：单端站2M复用通道试验示意图

2.3案例分析总结

案例一的问题直接原因在于没有做好防范小动物工作，类似情况也曾发生在几个110kV变电站的光纤保护中，解决方法是对电缆室或主控室首先进行驱鼠、灭鼠，做好二次屏柜封堵工作；其次更换电缆室的尾纤套管；案例二的原因有两个，一个是施工队人员在于平常工作不细致，接头松动，导致误码率增加。另外一个原因是工作人员责任心不足，导致光纤通道接线图与现场不一致。

现场中常见的故障除尾纤损坏与接头松动原因外，两侧时钟设置错误，包括SDH设备时钟不正确。SDH硬件故障、软件与保护不匹配[5]；接口配线错，或通道交叉接线亦有发生。

对于光纤差动保护误码产生原因主要有：发光功率过大、接收灵敏度不够、接头不好、时钟设置不正确、光纤弯曲挤压等。尤其在平常定检工作，因为要测试光功率的收发功率，多次插拔尾纤，增大了接头松动风险。正确的方法是将通道尾纤断开, 则尾纤的插头需用套头套好, 防止因粘灰而导致接触不好。

检查光纤头是否清洁, 用有乙醇棉花球擦拭连接头表面，待乙醇挥发后再测试数据；光纤连接时一定要注意检查，连接头上的凸台和祛琅盘上缺口对齐然后旋紧，避免因接触不好而导致通道告警缺陷处理。

在平常保护验收或定检中可用下列公式计算光纤通道的衰耗：（1）光纤衰耗：0.3dB/km；（2）接头衰耗：1dB/点；（3）熔接衰耗：0.1dB/点，通道裕度检验公式：光发射功率-光接收灵敏度-0.3 距离-1 接头个数-0.1 熔接个数》6dB。

例如长度为20km的线路衰耗核算：发射功率：-13dB；接收灵敏度：-32 dB，线路衰减：20km 0.3dB/km=6dB，连接衰减：接头8个衰减为8点 1dB/点=8dB，熔接两个点为：2点 0.1dB/点=0.2 dB。衰减余量=-13dB-（-32 dB）-6 dB -8 dB -0.2 dB =7.8dB，系统容量大于6dB，满足要求。

在现场工作中，对于光纤纵差保护，首先对于时钟同步方式：2M专用光纤通道，两段保护装置的时钟方式都设置为“主-主”时钟方式。采用64k通道，护装置的时钟方式都设置为“从-从”时钟方式；其次，对于长度为0~30km的短距离输电线路，发光功率一般大于-13dBm，灵敏度优于-32 dB，饱和功率大于-8dBm，采用1B4B编解码。

3结论

由于光纤通道大范围应用在超高压输电线路保护中，而且光纤通道随着运行年限日益增加，光器件老化、小动物撕咬、光纤通道老化、通道接触不良等原因，引起通道衰耗增大, 误码率增大，轻则影响保护运行频繁发误码告警，重则闭锁光纤差动保护，影响保护装置正常运行。

所以在平常维护与定检工作中，快速诊断光纤通道故障，准确隔离故障点并处置，成为亟待解决的问题，本文以两起典型光纤通道异常为案例，重点分析光纤通道故障快速查找处置过程，提高继保检修人员工作效率，现场运维人员可借鉴。