目前，SDH（Synchronous Digital Hierarchy）光纖通信憑借其安全、經(jīng)濟(jì)、可靠的優(yōu)勢(shì)，已逐步替代了微波通信、電力載波通信等通信方式，成為我國電力系統(tǒng)最重要的通信方式，在其承載的業(yè)務(wù)中，僅直接與電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的主要業(yè)務(wù)就有繼電保護(hù)、安全自動(dòng)裝置、EMS、調(diào)度語音、能量計(jì)量、故障錄波、電力市場以及集控站控制等等。面對(duì)越來越多的系統(tǒng)應(yīng)用，光纖通信迎來了巨大的發(fā)展機(jī)遇，但由于電力系統(tǒng)對(duì)信號(hào)傳輸安全性、可靠性的特殊要求，光纖通信同樣也面臨著嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。

　　1通信設(shè)備自身存在的問題

　　1.1通信光纜對(duì)系統(tǒng)的影響

　　作為電力系統(tǒng)專用的特殊光纜，光纖復(fù)合架空地線（OPGW）具有強(qiáng)度高、性能穩(wěn)定、無電腐蝕等優(yōu)點(diǎn)，目前在電力系統(tǒng)光纖通信骨干網(wǎng)中應(yīng)用十分廣泛。但因其與高壓線路同桿架設(shè)，且兼做地線，因此，雷擊問題已經(jīng)成為影響OPGW安全性能的重要因素。

　　雷擊對(duì)OPGW的影響：隨著OPGW大規(guī)模投入使用，其易受雷擊的問題已變得越來越突出，國內(nèi)已發(fā)生多起因雷擊導(dǎo)致OPGW外絲斷股進(jìn)而影響內(nèi)部光纖性能的事件，而建設(shè)單位為了確保所用光纜性能更加穩(wěn)定，對(duì)OPGW更是提出了3級(jí)雷擊不斷股的近乎苛刻的要求，因此，如何提高OPGW抗雷擊性能已經(jīng)成為OPGW面臨的最嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)之一。目前較為通用的做法主要有以下2兩點(diǎn)。

　　1）改善光纜結(jié)構(gòu)和股線形狀，主要是在外層股線和內(nèi)層股線間留有空氣隙，以防止外層熱量傳導(dǎo)至內(nèi)層和光纖，這種思想主要是保護(hù)內(nèi)層光纖，對(duì)外層雷擊斷股并無實(shí)質(zhì)改善。

　　2）調(diào)整外層股線材料配比，對(duì)于雷擊多發(fā)區(qū)，采用外徑較粗的全鋁包鋼單絲，同時(shí)提高導(dǎo)電率，這種思想提高了外層單絲的抗雷擊水平，但增加了光纜的生產(chǎn)成本和自身重量，對(duì)鐵塔的承重造成了一定的壓力，同時(shí)也加大了施工難度。

　　1.2通信電源對(duì)通信系統(tǒng)的影響

　　“心臟”，通信電源運(yùn)行的好壞直接影響著整個(gè)系統(tǒng)是否能夠健康穩(wěn)定運(yùn)行?；仡櫷ㄐ烹娫吹陌l(fā)展歷程，主要經(jīng)歷了單電源單母線、單電源雙母線和雙電源雙母線等三種運(yùn)行方式。

　　1）單電源單母線運(yùn)行方式：即將整流模塊輸出、蓄電池組、負(fù)載均連接于同一條母線，由于采用這種方式對(duì)設(shè)備供電安全性較低且維護(hù)檢修不便，因此在電壓等級(jí)較高的變電站已基本不用。

　　2）(2)單電源雙母線運(yùn)行方式：即將一套充電機(jī)的整流模塊分成兩組，分別為2條母線供電，同時(shí)每條母線配置獨(dú)立的蓄電池，以實(shí)現(xiàn)2條母線相對(duì)獨(dú)立供電。該運(yùn)行方式較好的實(shí)現(xiàn)了2條母線的獨(dú)立供電，增強(qiáng)了通信電源設(shè)備的運(yùn)行可靠性，同時(shí)提高了設(shè)備檢修的靈活性，由于2條母線共用同一臺(tái)充電機(jī)，因此在充電機(jī)發(fā)生物理損壞的情況下容易導(dǎo)致2條母線同時(shí)失電，因此目前也較少使用。

　　3）(3)雙電源雙母線運(yùn)行方式：即由兩套充電機(jī)分別對(duì)2條母線供電，并配置獨(dú)立的蓄電池，實(shí)現(xiàn)了雙路供電的完全獨(dú)立，具有極高的可靠性，是目前電力通信系統(tǒng)中的主要供電方式。

　　伴隨著通信電源運(yùn)行方式的改變，南方電網(wǎng)光纖通信骨干網(wǎng)已逐漸摸索出一套適合自身安全需要的供電方式：對(duì)于支持雙路電源的設(shè)備，采用兩路相互獨(dú)立的電源對(duì)設(shè)備供電，并實(shí)現(xiàn)負(fù)載均衡；對(duì)于只支持單路供電的設(shè)備，在設(shè)備前端增加電源轉(zhuǎn)換模塊，實(shí)現(xiàn)兩路電源輸入；對(duì)于無人值守變電站，除采用上述措施外，采用加大蓄電池組容量的方法以延長故障情況下的設(shè)備運(yùn)行時(shí)間。

　　2通信設(shè)備與業(yè)務(wù)系統(tǒng)的匹配問題

　　2.1通道時(shí)延對(duì)繼電保護(hù)及安自業(yè)務(wù)的影響

　　繼電保護(hù)和安自構(gòu)成了我國電網(wǎng)安全穩(wěn)定的三道防線，其主要功能依托通信通道承載，由于相關(guān)控制、保護(hù)信息對(duì)實(shí)時(shí)性要求很高，因此通信通道的時(shí)延將對(duì)裝置的動(dòng)作速動(dòng)性、可靠性和靈敏性乃至電網(wǎng)的安全穩(wěn)定速度造成嚴(yán)重影響。

　　2.1.1通道時(shí)延對(duì)繼電保護(hù)的影響

　　目前，我國線路保護(hù)的主保護(hù)為線路縱聯(lián)保護(hù)，根據(jù)實(shí)現(xiàn)原理，又可以分為線路縱聯(lián)距離（方向）保護(hù)和線路縱差保護(hù)：

　　對(duì)于線路縱聯(lián)距離（方向）保護(hù)而言，雖然故障方向的判別只是依賴于本側(cè)電氣量，判別時(shí)間與通道時(shí)延沒有關(guān)系。但是，通道時(shí)延對(duì)裝置動(dòng)作速度的影響是累加的。由于故障范圍的判別決定于兩個(gè)因素：一是根據(jù)本側(cè)電氣量得到的相對(duì)于本側(cè)裝置的故障方向，二是通過通道得到的相對(duì)于對(duì)側(cè)裝置的故障方向，只有相對(duì)于兩側(cè)保護(hù)裝置的故障方向都確定為正方向，裝置才確定本次故障時(shí)區(qū)內(nèi)故障，因此通道時(shí)延對(duì)裝置動(dòng)作速度的影響是累加的。

　　1）對(duì)于線路縱聯(lián)距離（方向）保護(hù)，由于故障范圍的判別決定于兩個(gè)因素：一是根據(jù)取決于本側(cè)電氣量得到的相對(duì)于本側(cè)裝置的故障方向，二是和通過通道得到的相對(duì)于對(duì)側(cè)裝置的故障方向，只有相對(duì)于兩側(cè)保護(hù)裝置的故障方向都確定為正方向，裝置才確定本次故障是區(qū)內(nèi)故障。因此，通過通道得到的相對(duì)于對(duì)側(cè)裝置的故障方向信息對(duì)保護(hù)動(dòng)作的正確性至關(guān)重要，如果通道延時(shí)過長，不僅影響保護(hù)的動(dòng)作速度，很可能造成保護(hù)誤動(dòng)甚至可能造成保護(hù)誤動(dòng)、拒動(dòng)。運(yùn)行中，曾多次出現(xiàn)在功率倒向情況下因通道延時(shí)過長造成的同塔雙回線保護(hù)誤動(dòng)的案例[3-5]。

　　對(duì)于線路縱差保護(hù)，通道時(shí)延對(duì)動(dòng)作速度的影響考慮兩個(gè)因素。首先，需要根據(jù)兩側(cè)電氣量來進(jìn)行差動(dòng)計(jì)算，當(dāng)前計(jì)算的差動(dòng)電流不是本側(cè)當(dāng)前的電氣量和對(duì)側(cè)當(dāng)前的電氣量之和，而是當(dāng)前收到的對(duì)側(cè)電氣量和對(duì)應(yīng)的本側(cè)的電氣量之和。因此，當(dāng)前進(jìn)行差動(dòng)判據(jù)的電氣量需要向前推一段時(shí)間（至少包括通道時(shí)延＋報(bào)文長度）；其次，為了防止TA斷線造成差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)，通常保護(hù)裝置動(dòng)作不但需要本側(cè)裝置滿足動(dòng)作條件，同時(shí)還需要收到對(duì)側(cè)的允許動(dòng)作信號(hào)，因此通道時(shí)延對(duì)線路縱差保護(hù)動(dòng)作速度的影響是雙倍的。

　　2）對(duì)于線路縱差保護(hù)，通道時(shí)延對(duì)動(dòng)作速度的影響考慮有兩個(gè)方面的因素。：首先，在首先，需要根據(jù)兩側(cè)電氣量來進(jìn)行差動(dòng)計(jì)算時(shí)，當(dāng)前計(jì)算的差動(dòng)電流不是本側(cè)當(dāng)前的電氣量和對(duì)側(cè)當(dāng)前的電氣量之和，而是當(dāng)前收到的對(duì)側(cè)電氣量和對(duì)應(yīng)時(shí)刻的本側(cè)的電氣量之和。，因此，當(dāng)前進(jìn)行差動(dòng)判據(jù)的電氣量需要向前推一段時(shí)間（至少包括通道時(shí)延＋報(bào)文長度）計(jì)算和補(bǔ)償通道延時(shí)；其次，為了防止TA斷線造成差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)，通常保護(hù)裝置動(dòng)作不但需要本側(cè)裝置滿足動(dòng)作條件，同時(shí)還需要收到對(duì)側(cè)的允許動(dòng)作信號(hào)，因此通道時(shí)延對(duì)線路縱差保護(hù)動(dòng)作速度的影響是雙倍的因此通道時(shí)延對(duì)線路縱差保護(hù)動(dòng)作速度的影響是雙重的。

　　為滿足繼電保護(hù)信號(hào)對(duì)速動(dòng)性的要求，各類保護(hù)信號(hào)在通道上的最大允許傳輸時(shí)間不得大于規(guī)定值，其中閉鎖式保護(hù)15ms（模擬）／10ms（數(shù)字）、允許式20ms（模擬）／10ms（數(shù)字）、直跳式40ms（模擬）／10ms（數(shù)字），同時(shí)220kV及以上線路配置雙重化主保護(hù)及適當(dāng)?shù)暮髠浔Ｗo(hù)則大大提高了繼電保護(hù)信號(hào)的可靠性。為減少傳輸時(shí)延并提高系統(tǒng)可靠性，目前較為通用的做法是將較大的光纖傳輸網(wǎng)“分割”成多各較小的環(huán)網(wǎng)。

　　3）通道時(shí)延對(duì)安自裝置的影響

　　對(duì)于安自裝置，其主要控制策略是聯(lián)絡(luò)線故障后同時(shí)切除送電側(cè)機(jī)組和受電側(cè)負(fù)荷。一詞系統(tǒng)發(fā)生變化，目前都是由就地的安自裝置根據(jù)系統(tǒng)狀態(tài)變化以及相應(yīng)的控制策略發(fā)出相應(yīng)的控制命令，從系統(tǒng)狀態(tài)變化到控制命令發(fā)出這一過程不需要考慮通道時(shí)延的影響。通道時(shí)延對(duì)安穩(wěn)系統(tǒng)動(dòng)作速度的影響主要體現(xiàn)在主站發(fā)出控制命令對(duì)執(zhí)行站執(zhí)行命令這一過程。因此，通道時(shí)延對(duì)安子系統(tǒng)動(dòng)作速度的影響不是累加的通道時(shí)延對(duì)安自系統(tǒng)動(dòng)作速度的影響不是累加的，安自裝置只需要考慮點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的最大單向時(shí)延。

 

　　2.2誤碼對(duì)繼電保護(hù)的影響

　　在通道發(fā)生切換的情況下，通信業(yè)務(wù)將發(fā)生中斷數(shù)毫秒，此時(shí)保護(hù)或者安自信號(hào)傳輸過程中必然會(huì)出現(xiàn)非完整報(bào)文等情況。：對(duì)于線路縱差保護(hù)，一旦檢測(cè)到非完整報(bào)文，就重新檢測(cè)通道時(shí)延，實(shí)現(xiàn)兩側(cè)裝置采樣數(shù)據(jù)的再同步。對(duì)于單個(gè)隨機(jī)誤碼，也可能影響報(bào)文的完整性，使得線路縱差保護(hù)在通道路由沒有發(fā)生正在變化的情況下，也重新啟動(dòng)一個(gè)新的同步過程，至少引起線路縱差保護(hù)數(shù)十毫秒的閉鎖。

　　1）對(duì)于線路縱聯(lián)距離或者縱聯(lián)方向保護(hù)而言，由于其交換的數(shù)據(jù)僅僅是允許信號(hào)由于其交換的數(shù)據(jù)僅僅是二進(jìn)制量信號(hào)，沒有通道時(shí)延一致性方面的要求，不需要同步兩側(cè)裝置的采樣時(shí)刻，因此通道誤碼會(huì)引起當(dāng)前受影響的通道報(bào)文的正確性，但不會(huì)影響后續(xù)報(bào)文的使用。

　　2）對(duì)于線路縱差保護(hù)。

　?、倏v差保護(hù)采用的兩側(cè)電氣量數(shù)據(jù)必須要求同步，因此，一旦檢測(cè)到非完整報(bào)文，縱差保護(hù)就重新檢測(cè)通道時(shí)延，實(shí)現(xiàn)兩側(cè)裝置采樣數(shù)據(jù)的再同步。這造成單個(gè)隨機(jī)誤碼也可能影響報(bào)文的完整性，使得線路縱差保護(hù)在通道路由沒有發(fā)生正在重大變化的情況下，也重新啟動(dòng)一個(gè)新的同步過程，至少引起線路縱差保護(hù)數(shù)十毫秒的閉鎖。

　?、谟捎谄浔Ｗo(hù)判據(jù)使用的是兩側(cè)的電氣量，由于通道問題導(dǎo)致當(dāng)前數(shù)據(jù)丟失，將會(huì)影響到保護(hù)判據(jù)的后續(xù)動(dòng)作特性。例如，線路縱差保護(hù)往往采用異步抗飽和法，防止區(qū)外故障TA飽和導(dǎo)致保護(hù)誤動(dòng)。故障初始階段TA不會(huì)飽和，保護(hù)判據(jù)不需要采取任何抗飽和措施，通信正常時(shí)線路縱差保護(hù)能快速動(dòng)作。但如果正好在故障初始階段有誤幀，線路縱差保護(hù)不能快速動(dòng)作，其后需要投入抗飽和判據(jù)，導(dǎo)致線路縱差保護(hù)動(dòng)作較慢。若線路縱差保護(hù)設(shè)置為連續(xù)幾次滿足差動(dòng)判據(jù)后保護(hù)才動(dòng)作，只要中間有一個(gè)誤幀，則將引起差動(dòng)保護(hù)延遲幾幀時(shí)間動(dòng)作，可能會(huì)造成嚴(yán)重的后果。

　　3）為防止線路保護(hù)因誤碼而誤動(dòng)，目前在用的保護(hù)裝置均具備一定的誤碼檢測(cè)功能。

　　電力系統(tǒng)光纖通信網(wǎng)傳輸繼電保護(hù)信息只占業(yè)務(wù)的一小部分，并且光纖通信網(wǎng)往往先于光纖通信的保護(hù)裝置而建設(shè)，因此，要求現(xiàn)存的光纖通信網(wǎng)適應(yīng)保護(hù)裝置的難度很大。同時(shí)，從保護(hù)裝置的角度出發(fā)，對(duì)通信網(wǎng)誤碼指標(biāo)也無需超過G.821標(biāo)準(zhǔn)，原則上在收到對(duì)側(cè)裝置完整的信息時(shí)，線路縱差保護(hù)能正常運(yùn)行；一旦收不到對(duì)側(cè)完整的信息，包括誤碼，線路縱差保護(hù)就只能短暫退出，直到通道恢復(fù)正常。從運(yùn)行的角度，也可以計(jì)算由通道質(zhì)量問題引起的保護(hù)日閉鎖時(shí)間，來考察通道傳輸繼電保護(hù)信號(hào)的可靠性。

　　2.3通道倒換對(duì)業(yè)務(wù)的影響

　　南方電網(wǎng)光纖通信骨干網(wǎng)采用雙向通道倒換環(huán)。，通道倒換環(huán)采用“首端橋接、末端倒換”結(jié)構(gòu)，正常情況下通道雙向路由能夠保持一致，雙向時(shí)延基本相等。當(dāng)?shù)牵瑔胃饫w中斷后，通道的雙向路由將不一致，時(shí)延也將不一致。經(jīng)過試驗(yàn)得出以下結(jié)論：

　　1）通道正常時(shí)，雙向通道倒換環(huán)能夠保證通道雙向路由一致，雙向時(shí)延誤差不超過100us，能夠滿足線路縱差保護(hù)對(duì)通道雙向時(shí)延一致性的要求。

　　2）、具有自愈功能的雙向通道倒換環(huán)，在主用通道中斷后，業(yè)務(wù)會(huì)暫時(shí)中斷，中斷時(shí)間小于50ms，不會(huì)造成裝置通道報(bào)警。

　　3）具有自愈功能的雙向通道倒換環(huán)，單纖中斷后通道雙向路由不一致，導(dǎo)致通道雙向時(shí)延不一致，不能滿足線路縱差保護(hù)對(duì)通道雙向時(shí)延一致性的要求。

　　4）、具有自愈功能的雙向通道倒換環(huán)，通過網(wǎng)關(guān)切除主用電路，雙向業(yè)務(wù)會(huì)先后自動(dòng)切換到備用通道，雙向先后時(shí)間間隔不超過150ms；但是當(dāng)主用通道故障消失后，備用通道切換回主用通道過程中，將有數(shù)秒時(shí)間雙向通信經(jīng)不同路由可能維持?jǐn)?shù)秒傳輸信息，不能滿足線路縱差保護(hù)對(duì)雙向時(shí)延一致性的要求。單業(yè)務(wù)中斷時(shí)間不超過50ms，不會(huì)造成裝置報(bào)警。

　　5）繼電保護(hù)、安自裝置能檢測(cè)到業(yè)務(wù)的暫時(shí)中斷，同時(shí)會(huì)瞬間退出相關(guān)功能，不會(huì)造成誤動(dòng)。

　　基于以上試驗(yàn)結(jié)果，目前南方電網(wǎng)雙向通道倒換環(huán)用于線路縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)時(shí)，不能采用通道的自愈功能，在線路長度和通道條件滿足時(shí)，線路縱差保護(hù)最好采用獨(dú)立的雙通道，以提高可靠性。而安自裝置和線路縱聯(lián)距離（方向）保護(hù)以及原跳裝置保護(hù)以及遠(yuǎn)跳裝置，可以采用通道自愈功能，以提高通道的可靠性。

　　2.4 2M通道重定時(shí)對(duì)通信業(yè)務(wù)的影響

　　SDH傳送網(wǎng)有很多的優(yōu)越性，但是也有缺點(diǎn)，例如SDH的PDH支路輸出信號(hào)不能作為定時(shí)基準(zhǔn)。當(dāng)PDH信號(hào)異步映射入VC-n時(shí)將有碼速調(diào)整，傳輸過程中將有指針調(diào)整，這些將導(dǎo)致PDH支路輸出信號(hào)有較大的抖動(dòng)和漂移，所以從輸入信號(hào)恢復(fù)的定時(shí)信號(hào)質(zhì)量很差，不能作為定時(shí)基準(zhǔn)。經(jīng)研究，線路保護(hù)、安自裝置采用2M通道的，通信專業(yè)不要打開2M通道輸出重定時(shí)功能，線路保護(hù)、安自裝置本身的通信時(shí)鐘采用“主－主”方式。線路保護(hù)、安自裝置采用64k通道的，通信專業(yè)也不要打開2M通道的重定時(shí)功能，線路保護(hù)、安自裝置自身的同心式中必須采用“從－從”方式。

　　3結(jié)束語

　　通過對(duì)上述問題的分析，保護(hù)及自動(dòng)化專業(yè)對(duì)光纖通信有了更進(jìn)一步的了解，通信專業(yè)也對(duì)保護(hù)及自動(dòng)化專業(yè)的業(yè)務(wù)需求有了更深入的認(rèn)識(shí)。隨著光纖通信在電力系統(tǒng)內(nèi)應(yīng)用水平的進(jìn)一步提高，光纖通信取代微波、電力載波已成為必然，通信專業(yè)只有充分理解各專業(yè)的業(yè)務(wù)需求，才能更好的為系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行保駕護(hù)航，作出自己的貢獻(xiàn)。