电力通信网络保护路由优化的研究

陈亚琨　王一妹　李云松　宋腾

【摘 要】在电力通信网络中，利用双向复用段保护倒换环可以实现保护信息的传输。双向复用段环在环网任意段故障时可以完成业务的自愈，其采用APS倒换协议，在网络故障时，实现收发双倒换，将通信工作路由变为自动保护路由，并保证业务收发路由仍然一致。基于此，本文提出光纤通道的保护信息传输优化的方案，并论证了利用2M切换设备实现保护信息传输的高效性和实用性。

【关键词】光纤通道；保护；传输；优化

中图分类号： TN915.85 文献标识码： A 文章编号： 2095-2457（2018）26-0121-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2018.26.054

0 引言

随着电力系统装机容量不断增大，电力系统网架结构的不断扩大，电压等级不断升高，大功率、远距离输送电能的超高压交、直流输电线路对继电保护可靠性要求越来越高。具有抗电磁干扰强、衰耗低、可靠性高等优点的光纤已经作为继电保护信号传输的主要介质之一，光纤通道保护已经广泛应用于220kV及以上电压等级的线路中，故光纤通道保护的运行、维护对系统稳定有着重要的意义。

1 保护业务光纤通道的选择

1.1 专用光纤通道方式

专用光纤通道方式指线路两侧的光纤保护装置通过光纤直接相连，当前光纤纵差保护多数采用直连光纤连接。

优点：（1）涉及设备少，故障定位容易；（2）满足通道双向传输时延对称的要求。

缺点：（1）组网困难，通道可靠性难于提高；（2）占用大量的专用光纤资源，成本昂贵；（3）受制于光功率的影响，传输距离较短。

1.2 数字复用通道方式

利用已建的光纤通信传输网络，采用复用方式与其他业务共享通信带宽资源。目前常用的复用通道为N*64K通道、2M通道，采用PCM复接和SDH复接的方式实现保护信息的传输。

优点：（1）SDH环网具有自动保护功能，提高了信息传输的可靠性；（2）占用光纤资源少；（3）可实现长距离的传输。

缺点：（1）复用设备中间设备环节多，增加通道的故障点；（2）SDH网络的自愈特性对于某些继电保护业务有一定限制，如：线路纵差保护信息传输单向通道环保护和单向复用段环保护不适合。

2 保护信息传输对光纤网络的要求和光环网传输存在问题分析

2.1 保护信息的传输对光纤通道的技术要求

（1）用于继电保护的通信通道单向时延不大于10ms。

（2）继电保护的复用通道应宜环入光纤环网，提高通道的可靠性。

（3）双向通道倒换环作为线路纵差保护的信息传输通道时，不能采用通道自愈功能。

（4）双向复用段倒换环可作为纵差保护的信息传输通道。

（5）用于纵差保护的复用通道若具有自愈功能，通道正常运行或切换后，双向路由必须一致，通道切换或恢复过程中双向路由不一致的时间小于25ms。

（6）对于通道保护方式，要求倒换时间、恢复时间小于50ms；对于复用段保护方式，要求倒换时间、恢复时间小于100ms。

（7）正常运行时，禁止线路纵差保护所用通道在任何环节进行交叉、自环。

2.2 目前光纤通信网传输保护信息存在的问题

（1）基于上述保护信息传输对光纤通道的要求，目前电力通信光纤传输网络采用的是双向通道倒换自愈环传输纵差保护信息，所以没有符合上述保护信息传输对光纤通道的要求的第3条的要求。

（2）某些区域电网光传输设备缺省开通采用双向通道倒换方式实现自愈环网保护。在SDH环网上传输线路纵差保护信号的关键是实现信号传输的路由一致，从而保证数据通道的双向通道延时相等，但双向通道环在发生单纤故障时，只会发生单向倒换，将产生分离路由，形成双向传输时延差，容易引起纵差保护的误动作。

2.3 光传输网传输纵差保护未出现问题原因分析

（1）光纤环网双向通道传输基本采用同缆不同芯，光纤环网故障多数是由于光缆开断引起，既收发双向基本是同时开断，所以对于双向通道倒换环的收发保护会同时倒向另外方向光缆，即满足了收发路由一致的要求，所以不会引起保护的误动作。

（2）在河南电网光传输环网传输网络中，目前没有出现某站的收或者发单向故障而引起的传输路由分离的情况。

（3）对于保护通信通道单向传输时延小于10ms，目前光传输网络结构满足此指标要求。经过测试2M业务在现网运行的SDH中映射和去映射时间为0.35ms，跨节点延时为50us/节点，光纤传输时延为5us/km，以一个经过20个节点的传输链路长度按照600km计算，其延时约为4.35ms， 远小于技术要求中的10ms，而目前现网中的保护业务均没有超出这一使用条件，所以都能满足保护传输时延要求。

3 保护信息传输网络优化方案

3.1 利用双向复用段保护倒换环实现保护信息的传输

（1）双向复用段环在环网任意段故障时可以完成业务的自愈，其采用APS倒换协议，在网络故障时，实现收发双倒换，将通信工作路由自动保护路由，并保证业务收发路由仍然一致。可满足上述保护信息传输对光纤通道的要求的第4条的要求。

通道路由转换的示意如下图所示，由路径A →B →C 转移到路径A →D →E →C。

（2）有些地区电力通信网络使用爱立信设备可以實现双向复用段环网保护设置，但是复用段保护环节点数量受最大16个环路节点的限制，并且对于电网拓扑结构经常开断环路增减节点情况，复用段环网操作难度和风险远高于SNCP保护。依据现网情况，建议考虑根据网络具体情况适当采用复用段环路保护。

3.2 利用2M切换设备实现保护信息的传输

依据目前电力通信网络具体情况，网络优化原则尽量保护现有网络配置，减小网络配置改造的风险以及运维工作量。本文建议利用2M切换设备实现保护信息的传输，利用现有传输网络的工作和保护通道独立传输，从而满足保护双路由一致的技术要求，满足10ms传输时延要求，满足50ms切换要求。

将保护装置2M信号经2M切换装置后，分解成两路2M电信号去通信传输设备，这两路信号分成主、备通道，如下图所示：

根据技术要求的建议，传输网络不采用通道自愈，而是开通主备两个业务分别走不同的路由，建议在传输设备2M物理接口上也能做到独立，路由的选择由2M切换设备实现。

3.3 保护提供双2M接口利用复用设备传输

保护装置内的两路并行方式，继电保护制造厂家将保护装置出两路2M 口信号，装置的接口和控制部分为两套，两路相互独立并同时工作，彼此间不需要切换，一路异常不会影响另一路的运行，相当于在保护装置考虑了通道异常时所谓“切换”。

但取两路并行工作方式存在一些问题：

增加了一个故障点。如一路发生异常，就不排除保护装置存在问题的可能。

查找通道异常还得将保护退出。一路发生通道告警，处理时需通过自环确定哪一段有问题，如不将保护退出运行，就会造成保护误动。

综上所述，本文建议根据继电保护信号所在接入传输环网结构可以考虑采用以下两种方式：一、继电保护信号提供双2M接口利用复用设备传输。使用条件：继电保护装置提供两路2M信号，传输网主备通道时延、穿通节点环境基本相同。优势：（1）充分利用传输设备结构实现保护；（2）保护信号无需增加额外保护切换装置；二、采用2M切换设备实现继电保护信号传输的方式。使用条件：不受传输网络结构限制。优势：（1）不改造现传输网络拓扑及配置；（2）不改造现保护设备；（3）可分步实施；（4）保证网络的安全运行，减少运维成本；（5）满足传输继电保护信息的通道技术要求。

4 结语

光纤通道保护的运行、维护对电网系统稳定有着重要的意义。本文对于电力通信网络中光纤通道的保护信息如何进行传输优化展开了研究。鉴于继电保护信号的重要性及利用2M实现复用传输的必要性，充分实现传输网络2M通道的安全性尤为重要，因此，针对现有传输网络设备大部分未配置2M保护板的情况，本文建议增加现有传输网络设备2M保护板，以提高2M板卡业务处理的安全性；为进一步提升现有网络对重要业务信号的生存性需求，建议针对750kV、330kV和220kV等极重要站点实现AB网设备分别接入，通过AB网的分离路由方式来实现传输网络的安全性需求。

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