论述继电保护中光纤通信技术应用

胡金德

摘要：本文结合高压线路保护装置光纤电流差动光纤接口，分析了继电保护中光纤通信系统，特别是光纤通道的专用 方式、复用方式等连接方式的通信体系结构，并分析了各种连接方式下影响光纤通道通信性能的因素，最后分析了继电保护光纤通信中的通道连接状态以及常见问题的处理方法。

关键词：继电保护；光纤通信技术；应用

0 引言

光纤通道相对于常规的通信方式有许多卓越性能，如传输量大、抗电磁干扰能力强、运行可靠等，越来越广泛的应用于电力系统继电保护方面，光纤通道成为进行信息传输的主要手段。在继电保护光纤通信系统，一般采用单模光纤传输模式，传输距离不同，波长的选择也不同，继电保护装置之间进行通信的光纤通道有专用和复用两种，复用方式有两种规格，分别是64Kbit/s和2Mbit/s。

本文针对不同的通信方式，介绍了光纤通信的主要技术内容，包括通道连接方式、时钟方式、光接收功率、光发送功率、通道裕度等，最后总结了光纤通道技术在继电保护中的通道连接状态以及常见的处理方法。

1 专用光纤通信方式

在专用光纤通信方式下，为达到继电保护的目的，要敷设专用的光纤通道，负责传输继电保护信息。专用方式受到受光收、发接口距离以及敷设光缆费用的限制，一般通信距离在100千米之内。

专用方式的优点是光缆终端箱直接接入保护设备的光、收发接口，不需要增加其他设备，可靠性较强，不涉及通信调度，管理起来比较简易。专用方式主要应用于城网线路保护以及发电厂和电力系统之间进行重要线路的保护。

1.1通信性能的影响因素

专用方式下的通信距离不是很大，通信通道的中间环节也不多，传输的光信号受到的干扰较小，影响通道性能的主要是光发送的时钟方式、发送功率、接收功率、饱和功率以及通道裕度。

要使用光功率计来测试光功率，光功率计波长一般1300/1310nm和1500/1550nm两种，使用前要进行校准。

1.1.1时钟方式

专用方式下要设置一端光收、发接口的发送模块为主时钟，这样可以为光发送数据提供时钟基准。可以设置“主--主”时钟工作方式，这种方式下发送数据时时钟采用的是内部时钟，接收数据时采用从接收数据流提取的时钟。

1.1.2光发送功率

光发送功率可以影响传输距离，在专用方式下要测量和校验光发送功率。光纤跳线的一端接入光发射口，另一端接光功率计进行测试，读表上的稳定值，发送功率为稳定值加2dB，光发射功率一般大于光额定发送功率。

1.1.3光接收功率

光接收功率影响光纤的通信性能，接收功率如果小于光接收模块的灵敏度，会影响传输性能，测量发送功率后同时要测量光接收功率。将接收到的光信号接入光功率计，光功率计测量的功率值为接收功率，接收功率要满足光器件接收功率的灵敏度，要有一定的裕度。

1.1.4光器件饱和功率

如果光接收功率太低，會降低通信传输性能，如果接收功率过大也不好，所以必须监测饱和功率，要比较测量获得的接收功率和光器件饱和功率，一般最大接收功率要小于饱和功率。在专用通信方式下，一般接收功率小于饱和功率。

1.1.5通道裕度的计算

光模块在作业时会受到温度的影响，易老化，要及时校验光纤通道的裕度。在校验时发射功和接收灵敏度取值为测量修正值或者出厂标称值，其他取经验参考值，一般系统的衰减余量不小于6dB，可以满足通信要求。

1.1.6扰干扰屏蔽要求

在专用方式下传输的是光信号，由于没有中间设备，所以具有较好抗干扰屏蔽性能，不需要进行额外的处理，保护装置本身也具有较强的抗干扰屏蔽能力。

1.1.7匹配问题

专用方式的中间环节较少，进行连接的保护和通信设备都是同一个厂家生产的，在考虑设备的匹配时要注意内部阻抗、电平和编码的匹配问题，一般不会出现不同厂家生产的设备不匹配的情况。

2 64Kbit/s复用通信方式

64Kbit/s复用通信方式下，继电保护装置的光收、发接口与脉码调制复接设备和复用通道以及对侧保护装置进行连接。为了让保护装置与PCM复用设备进行连接，保护装置会有一个64Kbit/s的数据复用接口，一般进行同步通信。一般保护设备位于保护室，64Kbit/s复用接口存在于通信机房，保护装置通过光纤传输给同向数据复用接口，要将64Kbit/s信号通过PCM设备连接到SDH复用通道和对侧保护装置，这样可以相互进行信息交换。64Kbit/s复用方式主要是保护长距离的输电线路，节省成本，但是中间环节较多。

2.1通信性能影响因素

光收、发接口发送的光信号传送到数据复用接口，由于光的直接传输距离较短，所以一般发射功率、接收功率和通道裕度都可以满足要求。64Kbit/s复用方式的中间设备较多，所以会较多的影响通信性能。

2.1.1时钟方式

在64Kbit/s复用方式下PCM设备提供主时钟，其他设备设置为从时钟，两端保护装置的光发送数据的时钟方式要设置为从时钟，以发送时钟从接收数据中提取的时钟为基准时钟。

2.1.2光功率及通道裕度

复用方式在实际运行时，要对光功率进行测量和验证，光收、发接口的饱和功率也要进行检验，这样校验后接收功率不会超过饱和功率，可以预防出现通信告警信号，提高通道的传输性能。其测量方法与专用方式是一样的，同时还要测量64Kbit/s复用接口的光功率以及复用设备的电平。

2.1.3抗干扰屏蔽要求

一是64Kbit/s复用接口与PCM设备的屏蔽要求，两者之间传输的是电信号，容易受到干扰，必须要做好电磁干扰的屏蔽工作。两者之间连接的屏蔽双绞线胶用的是双屏蔽电缆，外屏蔽层两端接地，内屏蔽层一端接地，可以有效降低高频段的共模干扰，同时降低低频段的容性耦合。数字复接口设备与PCM之间的连接距离一般不超过50米。

2.1.4匹配性

在复用方式下中间环节较多，设备之间的匹配问题非常重要。匹配环节主要是时钟匹配、阻抗匹配以及电平匹配和编码匹配等。

3 2bit/s复用通信方式

2bit/s复用方式下，保护装置的光收、发接口通过数据复用接口与复用通道和对侧保护装置进行连接 。为了让保护装置与PDH/SDH复用设备相互连接，装置要设2bit/s复用接口。一般保护设备放于保护室，2bit/s数据复用接口和通信设备位于通信机房，保护装置负责将数据传输给2bit/s数据复用接口，通过复用设备及复用通道和对侧保护装置进行连接，同时进行信息交换。2bit/s增加了传输带宽，可以传输更多的信息。

3.1影响通信性能的因素

2bit/s复用方式未使用PCM复用设备，提高了通信的可靠性，通信性能也较64bit/s方式要强。

3.1.1时钟方式

如果复用接口连接PDH，将一端保护装置的时钟方式设置为“从时钟”，另一端保护装置的时钟设为“主时钟”，如果复用接口连接SDH设备，将两端保护装置的时钟方式设置为“主时钟”。

3.1.2光功率和通道裕度

2bit/s方式下，光功率、接收功率以及通道裕度充足，但是在运行时要进行一定的测量和验证，在测量时要测量光收、发接口的光功率，同时要测量2bit/s复用接口的光功率以及电平。

3.1.3屏蔽要求

2bit/s数据复用接口与PDH/SDH设备用电信号进行数据传送，一般用同轴电缆进行连接。同轴电缆具有较好的电磁屏蔽功能，所以可以满足屏蔽的要求。数字复用接口通过同轴电缆以及PDH/SDH设备进行连接，其距离一般不大于50米。

3.1.4匹配问题

在2bit/s复用方式下需要不同厂家的设备进行配合，涉及的匹配问题主要是时钟匹配、阻抗匹配以及电平匹配、编码匹配等。

4 常见故障处理

如果通道不通畅或者有较多的误码，要检查是否是以下原因造成的：

4.1光收、发接口是交叉连接还是平行连接

4.2光收、发接口的时钟工作方式设置是否正确

4.3光发送功率、接收灵敏度、饱和功率是否满足要求

4.4专用方式下的通道裕度是否滿足要求

4.5光缆接头是否松动或接触不良

4.6复用接口与复用设备的匹配性是否良好

参考文献：

[1]杨维那等.高压线路电流差动保护的现状及前景展望，继电器，2009，27（1）：4-7.

[2]黎连业.网络综合布线系统与施工技术，北京：机械工业出版社，2010.