光纤保护通道可靠性研究

光纤保护通道可靠性研究

张虹

国网山西省电力公司晋中供电公司，山西晋中 030600

摘要：随着各行各业的不断发展与进步，光纤通道也被广泛的应用.因此，光纤通道在电力系统继电保护领域中的应用愈发广泛,光纤通道成为继电保护信息传输重要手段。GB/T14285-2006《继电保护和安全自动装置技术规程》中明确规定：“具有光纤通信的输电线路应优先采用光纤作为传输继电保护信息的通道”。在实际应用中，光纤保护通道常因中间环节过多，一旦出现故障，诊断排查困难，事故影响重大。

关键词：光纤；保护通道；可靠性

引言

光纤保护已经成为当下电力系统的主流保护，是保证电网安全稳定运行的重要手段，光纤通道的可靠性对继电保护整体可靠性至关重要。分析了专用光纤通道和复用光纤通道的可靠性，并分别提出了可用率的计算方法。以同塔双回线路保护为例，分析了光纤通道可用率与备用芯数量的关系，同时给出了在不同备用芯数量的情况下光纤通道可用率对于纤芯可用率的灵敏度分析结果，为分析实际光纤保护通道可靠性提供了依据，也为实际工程纤芯备用数量选择提供了参考。

1光纤通道类型

1.1专用光纤通道

专用光纤通道方式是指线路两侧的光纤保护装置通过光纤直接相连。一般线路两侧的光纤保护装置在纤芯数量及传输距离允许范围内，优先采用专用光纤作为传输通道，典型的专用光纤通道配置。专用光纤通道方式的优点是整个通道涉及的设备和出现的问题较少，且更加经济；但受保护装置发信功率大小的局限，只能应用于短距离线路，光缆纤芯利用率低，且无法实现网管的远方监控，只能通过保护装置监视通道状态。

1.2复用光纤保护通道

复用光纤保护通道通信方式是将保护装置通信光信号经由通信接口装置变换成2Mbit/s数字电信号，经过DDF（数字配线架）接入光端机SDH（高速同步数字传输体系），继而不同站点之间的SDH通过电力光缆连接组成光纤通信环网，联通两站间的保护装置通信。复用光纤保护通道通信方式利用通信中继组网技术实现保护信息的长距离传输，应用于线路长度大于100km。同时，复用方式不占用专用纤芯，节约通信资源。该方式缺点在于：（1）通道延时高于专用纤芯；（2）通信链路中间环节多，降低了通道的可靠性；（3）通道不同区间由通信专业和保护专业独立管辖，通道运维沟通协调复杂。

2不同类型通道可靠性分析

（1）专用光纤通道可靠性分析。采用专用光纤通道时，一条光缆中的一对纤芯作为信号收发的传输信道，任何一条纤芯损坏，都专用光纤通道简化模型复用光纤通道简化模型将导致本保护通道不可用。当线路两侧存在多套保护，且多套保护的纤芯同时出现损坏时，如果备用芯不足，将导致部分保护通道不可用。假设线路两端为变电站A和B，两站各有n套保护通过同一光缆传输，且为单通道保护，采用专用光纤通道时，需要2n条纤芯，假设光缆中有m条备用芯。对于两侧保护，如果光缆中损坏的光纤超过m条，必然会导致某些保护通道中断。因此，可以得到A站和B站间的任何一套线路保护专用光纤通道的可用率计算方法如下:Ｒ=∑mi=0(1－μ)i×μ2n+m－i×Ci2n+m(1)式中:Ｒ为光纤通道的可用率;μ为单条纤芯可用率;i为光缆中损坏光纤数;n为同一光缆两侧保护数;m为备用纤芯数;Ci2n+m为2n+m条纤芯损坏i条组合数。（2）复用光纤通道可靠性分析。采用复用光纤通道时，假设线路两端分别为变电站A和变电站B，两站各有n套保护采用复用光纤通道，只需要2条光纤，假设光缆中还有m条备用芯。对于其中某一套保护而言，如果光缆中可用纤芯不足2条时，将造成光纤通道中断。可以得到复用光纤通道的可用率计算方法如下:Ｒ=1－(1－μ)2+m－μ×(1－μ)2+m－1×(2+m)

3光纤保护通道常见故障及其诊断方法

（1）光纤光缆故障。根据DL/T364-2010《光纤通道传输保护信息通用技术条件》标准要求，光纤进入变电站或电厂控制楼后，应接入光纤配线架（或分线盒）。从光纤配线架到继电保护装置间应采用室内光缆，若在同一柜内可采用尾纤连接。可见，光纤通道的收发回路一般由多段光缆及尾纤串接而成。每段光缆或尾纤断裂、接口熔接工艺不佳均会导致通道中断，光通道错位交叉也会导致通道中断。极端巧合下，双通道保护交叉连接时不会报出通道中断。诊断光纤是否断裂或错位的方法是解开同一光纤回路两端，一端接入激光笔作为发端接入测试光源，另一端作为收端检测收光。检测收光时，收端不可直接照射眼睛，可照射在档板上观察光点。未观察到光点即可判断光缆断裂或中间跳接环节立连接不牢靠、交叉错位，此类情况需要在光路上逐段排查。如果收端见到光点，证明光回路连接正确。光回路正确通信仍中断，则可能是光回路熔接损耗过大或中间跳接口环节未接牢靠所致。光纤回路损耗标准是保护装置到光纤配线架之间的损耗应在6dB以下，对整个光纤通道损耗进行测试，超出标准范围的需更换备用光纤通道。（2）光纤跳接口故障。光纤通道上有很多尾纤跳接环节，单模尾纤宜采用FC接口，多模尾纤宜采用ST、SC接口。光纤接头污塞、破损、松动均会导致通信中断或损耗增大，需逐一排查各个光纤接口与法兰连接状况，进行清洁、紧固。定期清洁光纤接口（包括光纤接头端面、光模块光口、法兰盘），并做好防尘措施。用无尘棉小方块或棉签浸少量清洁试剂，沿一个方向擦拭接头端面、连接法兰、光模块1次。再更换干燥的无尘棉，沿一个方向擦拭，保证端面干燥。不立即使用的法兰盘要盖好防尘帽。需注意，有些保护装置收发光口也会采用法兰连接方式，通过跳纤将印刷电路板上的光口连接到机箱外壳上的法兰上，此处同样要检查、清洁、紧固。光纤接头无污塞、破损、松动情况下，通信质量仍未改善的情况小，则需要测试连接头熔接质量，排查出熔接损耗过大的接头予以更换。光纤活接头的损耗一般在1dB以下，超出范围的需更换连接法兰、更换尾纤接头或重新熔接。

4光纤通道故障处理方法

（1）排查前工器具准备。进行光纤通道故障处理前，继电保护专业人员应准备好相应的工器具，如继电保护测试仪、光功率计、光源、复用通信接口装置、同轴电缆、尾纤及线路保护装置ＣＰＵ插件等。（2）通道故障处理。定位通道故障后，应对故障点进行相应处理。在消除故障且投入光纤通道后仍需进行２ｈ左右的观察，查看是否还会出现装置告警等异常现象，在确保光纤通道无异常后方可将保护投运，保证保护装置安全运行。（3）排查前检查。在处理光纤通道故障时，常需要线路两侧的专业人员共同配合完成。处理过程中，往往先由保护人员对通道告警信息进行判断分析，再进行故障处理。如果排除保护的问题或在保护环节难以发现问题，那么再与通信专业人员一同处理。如果此时线路两端站点均出现通道告警，那么两站各自进行本站故障排查，着重检查保护装置的通道延时、报文异常数、失步次数及误码总数等，查看复用通信接口装置是否有光告警或电告警等异常现象，并核实现场保护装置的运行情况，是否具备处理通道故障的条件。

结语

光纤通道虽然在光纤保护中得到了广泛应用，但是由于涉及的中间环节较多（特别是光纤复用通道），故障点排查定位比较困难。因此，通道维护人员必须提高对光纤通信的基本原理,加深保护与通信配合问题的认识和理解，并注意总结和运用好通道故障定位的原则、方法和流程，使自己在故障处理时有一个清晰的思路，这样才能快速、正确地排除故障,恢复通道的正常，从而保障光线保护的运行可靠性。

参考文献

［1］陈忠颖．高压电路光纤保护通道的应用研究［D］．广州:华南理工大学，2019．

［2］马景行．基于模糊层次法的电力通信网的可靠性管理研究［D］．广州:华南理工大学，2019．

［3］赵建立，高会生.光纤保护通道可靠性评估［J］．电力系统通信，2020，28(6):5－8．