应用于纵联电流差动保护装置的光纤通道自检方法

孟楠 王鹏 陈贺 杨康 李江峰

（1.石家庄科林电气股份有限公司 2.国网冀北电力有限公司技能培训中心）

应用于纵联电流差动保护装置的光纤通道自检方法

孟楠1王鹏1陈贺1杨康2李江峰1

（1.石家庄科林电气股份有限公司 2.国网冀北电力有限公司技能培训中心）

阐述了纵联电流差动保护装置在现场调试过程中，光纤通道出现异常的影响因素。在此基础上，提出了两种自检方法，详述了每种方法的设计、操作流程以及可以定位的故障原因。经现场实践证明，本文提出的光纤通道自检方法操作简单，可以快速定位故障所在，有着广泛推广的现实意义。

纵联电流差动保护；光纤通道；自检

0 引言

在110kV电压等级线路保护中，纵联电流差动保护应用率越来越高，它具有算法简单，动作速度快、可靠性高等特点，通常被作为线路保护中的主保护使用[1]。光纤通过直连方式构成专用通道，或经过配套数据转换器和E1接口SDH设备转接构成复用通道，作为纵联电流差动保护装置之间数据传输的媒介[2]。

在对纵联电流差动保护装置现场调试和运维过程中，经常会出现光纤通道通讯异常的现象。导致通讯异常的原因很多，以下三种最为常见。一是光模块损坏，目前SFP型光模块已经成为各继电保护装置厂家使用最多的光纤收发模块，具有功耗低、自带数字诊断功能等特点[3]。虽然生产厂家宣称支持热插拔，但调试人员在带电操作时，仍会偶发性产生电流过冲造成的光模块永久性损坏。二是光纤通道受损，安置在线路两侧变电站的线路保护装置相距较远，不论使用专用光纤还是复用光纤，传输通道与通讯设备受到人为或自然原因造成损坏的可能性较高。三是两侧装置定值设定不一致，变电站正式投运前，保护装置定值往往会进行修改，两侧保护定值对应不上而引起的通讯异常情况时有发生，通常由于调试人员操作不熟练等人为因素引起。

当遇到诸如线路检修或旧站改造等需及时供电的情况时，可能会对通讯室设备、光纤、定值等进行调整。如果出现通道异常的现象，若能准确定位并尽快排除问题，会大大缩短施工时间，实现区域快速供电。本文所述的光纤通道自检方法是针对上述三种影响因素提出的。

1 纵联电流差动保护装置的通讯流程

线路两侧纵联差动保护装置需具备相互传输可供用户整定的通道识别码[4]。我公司制定的光纤通道私有协议中，通讯帧包含了本侧识别码、对侧识别码、状态字、时间信息、采样信息以及CRC校验码。根据识别码的不同，两侧装置分为“主机”与“从机”。设备上电运行后，被设置为“从机”的装置通过光纤通道向“主机”发出通讯请求，而设置为“主机”的装置在收到“从机”通讯请求之前一直处于等待状态。“主机”收到通讯请求帧后，判断识别码、CRC校验码、压板状态以及控制字等，并返回通讯回应帧。两侧装置协同工作，测出光纤通道延时，之后进入稳定的数据传递阶段，互相传递三相电流采样信息和装置保护状态。本侧装置将对侧电流信息进行二次采样处理，实现两侧数据同步。装置人机界面将显示通道状态、两侧装置三相电流遥测值和告警信息。

2 自检方法

当通道状态、遥测值异常，或产生通道异常告警时，很难判断是哪个环节出了问题。本文提出了两种调试方法，分别称为“单纤自环检测”和“双机检测”，在设备处于检修状态时快速定位并指导技术人员排除故障。

2.1 单纤自环检测

单纤自环是在单根光纤连接某个光模块的发送和接收端口方式下进行的检测，这种方法主要用于测试装置是否存在硬件问题，其光纤连接方式如图1所示。

图1 单纤自环模式下的光纤连接方式

检测方法的设计流程为：将装置按照图1所示连接好，投入检修硬压板，装置检修指示灯亮起。通过人机界面选择并投入“单纤自环”项，装置进入单纤自环检测模式。不论是“主机”还是“从机”，装置会每隔250μs连续发送测试帧，同时开启“接收超时计时器”用来检测通道超时。测试帧沿用正常通讯时的帧格式，帧格式中通讯状态字如下表所示。

通讯状态字的“自环检测”位设为有效。若装置在发送测试帧后20ms内收到测试帧，超时计时器清零重启；否则，计时器到达20ms设定值后，认为未正常收到测试帧，装置上报“光纤通道断链告警”。收到测试帧后进行帧解析，判断是否为本机识别码，帧序号是否连续。若连续10s时间内帧接收状态和解析均正常，自环检测完成，停止发送测试帧，并向人机界面上报一条自检信息“光纤通道自环检测正常”。若出现帧丢失、识别码错误、帧序号不连续等情况，自环检测完成后向人机界面上报一条自检信息“光纤通道自环检测异常”，并附带具体的异常信息。

表 通讯状态字

如图2所示，“自环检测”还支持通道延时测量、误码率计算、光模块温度和光功率测试，测试完成后结果会显示在人机界面，有助于工程人员做出综合性判断。通常，技术人员首先会用一根短光纤进行单纤检测，用于排除光模块损坏的问题。如果条件允许，可以在对侧装置处通过连接器将光纤交叉连接形成环路，再进行单纤自环检测，从而获取整个光纤通道的传输延时。单纤自环可以快速判断出是光纤线路出现故障还是SFP光模块出现故障。若光模块故障，将设备断电，更换光模块。若光纤线路故障，则依次对尾纤、配套数据转换器、光端机等进行巡检。

2.2 双机检测

图2 光纤通道状态与光功率自检显示

双机检测是对两侧装置和光纤通道的一种全面检测，光纤的连接方式如图3所示。与正常通讯的区别在于：本侧装置接收对侧传递来的数据帧后，越过判断识别码、压板状态、控制字是否正确的流程，但会将这些信息在人机界面中显示出来。调试人员运用这种方法可以快速获取对侧纵联差动保护定值设置内容，及时发现、排除两侧装置定值设定不一致的隐患。双机检测的优越性在于获取对侧定值信息准确，效率高，并且可以测量出通道延时，判断延时是否在合理范围内。双机检测时若出现“光纤通道断链告警”，首先使用单纤自环检测排除装置硬件故障。

图3 双机检测模式下光纤连接方式

检测方法的设计流程为：两侧装置通过光纤通道连接，投入检修硬压板，装置检修指示灯亮起。在本侧装置的人机界面中选择并投入“双机检测”项，进入双机检测模式。这种模式下发出的通讯帧状态字的“双机检测”位设为有效。对侧装置识别到通讯帧状态字“双机检测”位有效后，随后也进入双机检测模式。两侧装置均处于双机检测模式下，无论对侧通道识别码、压板状态、控制字正确与否，只要数据交互能够正常进行，都不会上报光纤通道异常告警。检测完成后，在人机界面中选择并退出“双机检测”项，本侧装置将重新初始化通讯流程。对侧装置检测到通道断链后，退出“双机检测模式” 并重新初始化通讯流程。

双机检测模式下显示的通道延时、误码率、丢帧数等通道状态是该侧装置在运行过程中的真实表现，具有实际意义。装置接入模拟量数据后，可以实时显示出三相电流的遥测值，验证本地采集数据与光纤通道收到数据的同步性与精确度。

3 结束语

目前我公司常规及智能化线路纵联电流差动保护装置均已配备光纤通道自检功能，操作方式简单，只要对现场调试人员稍加培训便可以熟练进行。经实践证明，本文所介绍的自检方法可以快速定位故障所在，节约时间和人力，有着广泛推广的现实意义。

上述自检方法不仅在现场调试时得以应用，在装置出厂检测中也发挥了借鉴作用，如：一次性检测内部ADC组件、光纤收发组件等硬件是否正常，有助于提高产品出厂合格率，降低返厂维修服务成本，具有一定的经济效益。

[1] 王玉强. 一起光纤差动保护动作情况分析及探讨[J].中国电力, 2015, 48(5)：51-55.

[2] 刘峰,等 光纤通道对光纤差动保护影响的试验研究[J]电力系统自动化 ,2005,29(3)：97-99.

[3] 苏友章. 带数字诊断监控功能的SFP光收发模块设计与实现研究[D].厦门：厦门大学,2009.

[4] Q/GDW 10766-2015 10kV～110kV线路保护及辅助装置标准化设计规范[S].

2017-04-19）