2M光接口及其在电力通信线路保护业务中的应用研究

姜绍艳

（广东中山供电局）

1 概述

电力系统线路继电保护是指高压输电线路继电保护装置间传递的远方数字信号，要求极高的可靠性、安全性和较短的传输时延，是电力系统安全、稳定运行的可靠保证。电力系统由于受自然的、人为的因素影响，不可避免地会发生各种形式的短路故障和出现异常状态，这些状况都可能在电力系统中引起事故。继电保护的任务就是当电力系统出现故障时，给控制设备（如输电线路、发电机、变压器等）的断路器发出跳闸信号，将发生故障的主设备从系统中切除，保证无故障部分继续运行。在电力系统中，线路继电保护应用在输电线路上，包括500kV、220kV和部分110kV线路。

2 中山电网电力通信线路保护业务现状及存在问题

2.1 业务现状

对通信通道的需求，线路保护优先选择光纤通道作为主通道，采用专用光纤或E1通道，可尽量减少保护通道中的转换设备。独立通道如果全部采用传输网，则分别承载在传输A网和传输B网上。

中山电网应用的线路保护通信通道主要有光纤、E1、载波三种，如图1所示。其中：

(1) 光纤电流差动保护采用光纤通道（专用或复用）；

(2) 高频距离保护采用光纤通道（专用或复用）或载波通道；

(3) 高频方向保护采用光纤通道（专用或复用）或载波通道。

图1 线路保护通信通道类型

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2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。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。

目前，中山电力通信网承载着中山电网71条输电线路的继电保护业务，其中 500kV的输电线路 8条；220kV的输电线路57条；110kV的输电线路6条。且每条500kV线路配置两套主保护和两套过电压远跳辅助保护；每条220kV线路配置两套主保护；每条110kV线路配置一套主保护。应用的保护主要有微机高频方向保护、微机高频距离保护、光纤电流差动保护等。

2.2 存在问题

2.2.1 通信网络架构的问题

目前，中山电网运行的光纤通信网主要基于SDH/MSTP技术体制，网络结构以环网为主、链型为辅，正常情况下满足“N-1”通信通道保障。基于SDH/MSTP技术体制的传输网络缺乏智能化，网络拓扑、业务路由和业务带宽都是预先设置并固定的，缺乏灵活性。在线路、设备检修期间，难以满足网络“N-1”通道保护功能，导致线路保护业务存在可靠性风险。

2.2.2 专用光纤通道的问题

目前，中山电网运行的线路专用光纤通道均按照主备用配置，所以每条线路的每条专用光纤通道独占4根纤芯，消耗大量的纤芯资源，因此对光纤网络的覆盖范围、冗余度都有很高的要求。由于光纤网存在一些瓶颈，对于配置了两套专用纤芯保护的线路，经常出现难以安排不同物理路由的通道的情况。

2.2.3 复用2M通道的问题

目前在中山电力通信网传输继电保护信息的实际应用中，复用通道采用E1线路保护方式，通道由同步数字系列（SDH）光传输网提供。复用通道方式下保护装置与通信SDH设备之间连接如图2所示。

图2 保护装置与通信传输设备连接示意图

由图2可知，因为保护装置和通信设备之间没有统一的光接口直接连接，在保护装置与通信设备间还需光电转换设备（如MUX2M等）来实现接口匹配，即通过光电转换设备将保护装置产生的光信号转换成2Mbit/s电信号，再通过同轴电缆连接通信SDH设备的2Mbit/s电接口，从而将2Mbit/s信号传送给通信SDH设备，然后通过通信SDH光传输网将保护信号传输至对端保护装置。这种方式的应用存在如下问题：

(1) 设备连接复杂，光电转换设备不能网管监控，故障率高。从继电保护装置端到端通信连接来看，信号中间转换过程十分复杂，大量的光电转换、跳线、跳纤使得工程实施复杂，可维护性差。此外，目前一套接口装置只能对应一条线路保护通道，如果通道数量多必须配置多套接口，投资增加且占用机房屏位。

(2) 不同厂家的远方保护设备和数字复用设备无法互连。在用光纤传输继电保护信息时，远方保护设备和数字复用设备之间的光纤接口通信规范往往由各个继电保护设备厂家制定，并且仅仅使用在本厂的设备上。因此在一个线路纵差保护系统中，必须使用同一厂家的远方保护设备和数字复用设备。随着通信系统日益标准化，这一现象阻碍了光纤通信系统在继电保护信息传输中的应用。

(3) 现场调试及故障定位困难。互联后，如保护装置出现误码或通道异常告警后，由于复用通道经过各级通信设备，很难区分到底是哪个环节出现问题（共有8个环节可能出现问题），只能通过分段自环的方式检查，且必须变电站两侧均派人检查，检查工作会同时涉及通信专业和保护专业，尤其在线路两侧分属不同部门时，需要各单位各专业密切配合才能检查出问题。有时各段自环没有问题，但是互联后就有问题，此时就更难检查问题出在哪里，导致人力物力的浪费。

3 2M光接口

随着计算机技术、通信技术、信息技术的飞速发展，许多新技术在电网二次设备中得到了应用和尝试。近年来，尤其是61850标准逐步推广，中山电网三乡数字化变电站改造成功，各类控制系统在厂站端趋向融合。针对中山市电力通信线路保护业务存在的问题，线路保护业务的发展在现有通信要求上，提出了接口光纤化的新要求。如继电保护与自动化在站端使用同一网络，信息共享等业务发展也对通信提出接口光纤化的要求。2M光接口的应用可以很好地解决了2.2节所述的问题。

3.1 2M光接口应用研究

在中山，电网光纤差动保护应用越来越广泛，500kV、220kV线路都作为主要继电保护方式。GB 14285《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送继电保护信息的通道”。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。

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通道组织如图3所示。

图3 变电站之间保护装置通信连接示意图

2Mbit/s光信号在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2048 kb/s的光信号，通过光纤传输到 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站和B站通信传输设备信号传输的同步性；两站同步后，A站通信设备对2Mbit/s电信号进行复用，形成STM-N电信号，然后经过光电转换变成STM-N光信号，通过通信通道传输至B站，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A站保护装置发送的保护信号；B站对信号分析处理后，以同样的方式发送相应的信号至A站，从而达到A、B站保护装置相互通信的目的。

图4 2Mbit/s光信号收发过程示意图

3.2 2M光接口业务模型

中山电网运行的500kV线路保护有主1保护、主2保护、辅A、B保护，均为双通道配置。通信通道有三种组合方式：全部采用复用光纤2M方式，共6个 2Mb/s；采用专用光纤+复用光纤 2M 方式，共 3对纤芯、3个2Mb/s；采用复用载波+复用光纤2M方式，共3对复用载波机、3个2Mb/s。

如果将复用光纤2M方式改造成2M光接口，复用载波改造成专用光纤或者2M光接口方式，中山电网 500kV线路保护业务通信通道典型配置模型如图5(a)、(b)所示。主要有以下两种组合：① 全部采用复用光纤2M方式，共6个2Mb/s；② 采用专用光纤+复用光纤2M方式，共3对纤芯、3个2Mb/s。

图5 500kV线路保护通信通道典型配置模型

中山电网运行的220kV线路保护有主1保护、主2保护，分别配置独立的通道。通信通道有两种组合方式：① 采用专用光纤+复用光纤2M方式，共1对纤芯，1个2Mb/s；② 全部采用专用光纤方式，共2对纤芯。如果将复用光纤2M方式改造成2M光接口，或考虑纤芯资源紧张的情况，中山电网220kV线路保护业务通信通道典型配置模型如图6所示，有(a)、(b)、(c)三种组合。

图6 220kV线路保护通信通道典型配置模型

在纤芯资源紧张的情况下，500kV、220kV、110kV线路保护业务均可采用2M光接口的方式。500kV共6个2Mb/s；220kV共2个2Mb/s；110kV共1个2Mb/s。

上述500kV、220kV线路保护通信通道典型配置模型中，500kV线路每套主保护采用两组完全独立的通道，不会因一条通信线路或一台通信设备故障，使线路同时失去一套或两套主保护；500kV每套过电压远跳辅助保护的信号传输通道按双重化原则配置，远跳装置的信号传输采用两组完全独立的通道；220kV线路两套主保护分别采用不同物理路由的通道，各自相互独立，不会因一条通信线路或一台通信设备出现故障，使线路同时失去两套主保护。

4 结束语

随着统一的2M光接口的应用，线路保护与其他控制系统在厂站端更加趋向融合。保护装置与通信设备之间通过2M光接口直接连接，使线路保护业务设备之间互连更加简化，现场安装调试、日常运行维护更加容易，并且可用于指导通信网规划和线路保护业务接入通信网络的实施。因此，2M光接口在变电站生产业务接入中具有很好的发展前景。

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