光端机发信功率降低引起的保护装置闭锁故障分析

姜志甫，龚金茹，史敬天，李朝伟

(1．郑州轻工业学院 电气信息工程学院，郑州450001;2．濮阳供电公司，河南濮阳457001)

光纤纵联差动保护借助光纤通道传送输电线路两端的信息，可以简单可靠地判断出区内、区外故障，是目前广泛采用的超高压线路主保护［1］。光纤纵联差动保护能否正确工作的一个重要因素取决于光纤传输通道的稳定。光纤通道的可靠性虽然较高，但也有发生故障的可能性，如光缆断芯、熔纤质量不好、光纤跳线接头松动、光纤受潮或接头积灰导致损耗增大、光端机功率不正常等。一旦光纤传输通道发生故障，光纤纵联差动保护将退出运行，成为严重影响线路安全稳定运行的Ⅰ类障碍。对此，本文用一个故障实例来说明这类故障的分析查找方法。

1 故障现象

2011－03－04T20，本地某220 kV变电站Y站220 kV YZ线第一套光纤差动保护装置突然发出异常信号，后台系统弹出“YZ线光纤通道异常”信号，保护工作人员通过查看保护装置面板，发现第一套光纤保护装置的告警信息为“告警Ⅱ”灯亮，进入程序菜单查看装置事件报文，显示“对侧通道异常，闭锁保护”。同时，另外一组保护工作人员在对侧Z站对YZ线光纤差动保护装置进行了查看，发现面板告警信息为“通道1”灯亮，查看装置事件报文，显示“通道异常”。

2 故障分析

220 kV YZ线保护配置为双套保护装置，分别是许继WXH－803光纤差动保护装置和南自PSL－602光纤距离保护，其中WXH－803为主保护，配置为专用光纤通道［2］。当发生异常时，天气情况良好，没有发生恶劣气象影响，南自PSL－602光纤距离保护装置工作状态正常，YZ线穿越功率为64 MW，尚未达到线路稳定极限，一次设备没有发生异常情况。

YZ线两侧第一套光线差动保护配置同为许继WXH－803光纤差动保护装置，运行年限5a，尚未达到更换期限，且设备运行状态一直良好。WXH－803采用专用方式光纤通道，保护间隔内的差动保护将数据通过光纤传送给同向数据接口。发送数据采用内部时钟，即两侧装置发送时钟工作在“主一主”方式下，接收时钟采用从接收数据流提取的时钟［3］。差动保两侧交换的是数字信号，通道采用专用光纤或复接PCM(微波或光纤通道)数据接口。整个保护装置的光纤通道如图1所示。

图1 保护装置光纤通道示意图

通过图1可以看出，光纤通道基本组成部分是数据源(即保护装置)、光发送、接收机(光端机)和光纤通道。保护装置信号整个的传输是一个电信号—光信号—电信号的过程。根据YZ线两侧装置面板告警信息及后台报文，初步怀疑为光纤通道故障所导致，但是故障点尚不能确定，分析查找过程如下:

1)分别检查Y站和Z站侧保护装置的光纤接头是否松动及异常，经过检查后排除。

2)两侧分别进行本端自环试验。即用光纤跳线(尾纤)将本端保护装置后背的光端机TX和RX连接起来，检测误码率水平，来排除保护装置本身及光端机故障。经检测，线路两侧本端自环均正常。

3)两侧分别进行远端自环试验。保护装置接至光纤通道，远端光缆出线经光纤适配器(法兰盘)自环，光端机远端自环测试用于验证光纤通道正确性。分别在两侧将与本端光端机TX和RX连接的光纤头拔出并利用光纤法兰盘进行连接自环，经对侧站观察，线路衰耗及误码率均在正常水平，证明整个光纤通道本身是正常的。

4)两侧分别进行发射电平和收信电平检测。利用光功率计，两侧分别对收信电平进行检测［4］。拆下保护装置背后光端机接受端光纤头并连接至光功率计，如图2所示。

图2 测量光端机发信功率示意图

通过光功率计测量分别得出Y站收信电平为－17.3 dBm，Z站收信电平为－25.2 dBm。可以看出Z站收信电平明显偏低，而经之前的检测可以知道光纤通道本身衰耗正常，因此重新怀疑故障是因Y站发信电平偏低所致。拆下Y站保护装置背后光端机发信端，利用光纤跳线连接至光功率计，测得发信电平为－10.2 dBm。翻阅许继WXH－803光纤差动保护说明书并同时与厂家进行联系咨询后发现，在通道长度0～50 km以内专用方式情况下，许继WXH－803光纤差动保护装置光端机发信功率不得低于－5 dBm/1 310 nm。光纤通道数据通信参数如表1所示。

表1 WXH－803光纤通道数据通信参数表

由表1可见，Y站光端机发信电平大幅低于要求值，故初步判断Y站许继WXH－803光纤差动保护装置光端机发信功率偏低是此次装置异常的原因。与厂家进行联系后，厂家发送新的光端机并更换后，线路通道恢复正常，此时重新测量其发信电平为－2.8 dBm/1 310 nm，验证了之前的判断。

但是在测试光端机发信电平试验之前进行的本端自环试验为什么没有发现光端机的故障呢?这是因为Y站光端机故障只是导致了发信电平降低，而不是消失，而在本端自环的过程中，由于省掉了整个光纤通道中的诸多环节，直接用尾纤连接了光端机的光发和光收端口，信号衰耗很小，不足以导致光端机的接收电平降低至告警水平。

另一方面，装置本身的告警信息虽然能够为排查故障点提供较强的支持，但是由于提示信息较为笼统，故障深层次的原因仍然需要按照正常的思路来逐级排查。在本例中，故障发生时，Z站保护装置报文提示通道异常，而Y站保护装置报文提示为对侧通道异常，故开始怀疑Z站侧PCM或光端机连接不正常，但是通过自环检测发现通道衰耗是正常的。而真正原因却是由于Y站发信电平偏低，从而Z站收信电平过低和误码率过高，导致Z站装置报通道异常，进而闭锁了主保护。

3 建议

为了提高光纤通道类故障的排查效率，在实际工作中，应该遵循“观察、判断、试验”的原则和顺序，逐步查找问题的所在。观察主要是查看后台和保护装置的告警信息。对于专用通道，通过查看保护装置报文中丢包情况以及装置的收发状态是否正常可以大致判断是发信还是收信有问题;对于复用通道可借助通信专业监视手段，向管辖通道故障线路通信管理部门查看通信网关相关信息，以判断是通道传输问题还是保护设备问题。

通过判断得出问题的大致范围后，就需要通过试验来排除故障。在动手测试时，首先检查回路中相关光纤接头是否接触牢靠，测试保护装置发收光功率数据是否在技术要求范围内。对于采用复用通道的光纤保护，一般采用通道逐级自环试验方式检查通道问题。

另外，为保证高压输电线路的安全运行和作为主保护的纵差保护不致由于通道故障而退出运行，应该考虑为同一套纵差保护装置配置备用光纤通道。不论采用专用光纤通道或复用通道，在工程设计中，敷设的光缆要留有一定的备用芯线，当工作的纤芯由于断芯等各种故障导致数据传输误码率增大或中断时，可切换到备用芯线继续进行数据通信，以保证保护装置的安全可靠运行。

［1］ 朱声石．高压电网继电保护原理与技术［M］．北京:中国电力出版社，1995．

［2］ 李峥峰，杨曙年，喻道远，等．继电保护中光纤通信技术应用［J］．电力自动化议备，2007，27(2):75 －79．

［3］ 李瑞生，王强，文明浩，等．WXH－803光纤电流差动保护的研究［J］．继电器，2004，32(2):41 －43．

［4］ 倪伟东，李瑞生，李峥峰．光纤电流差动保护通道试验及研究［J］．继电器，2005，33(8):68 －70．