对2M保护通道切换装置原理的研究

国网盐城供电公司信通公司 荀思超 沈雨生 张春晖 王 军 王海军

引言：2M传输通道是电力通信网纵联电流差动保护电路的主要形式，掌握其切换装置原理，可以避免2M传输通道发生故障。本文首先对2M传输通道对于继电保护的重要性进行分析，进而介绍2M保护通道的切换装置类型。在此基础上，探讨2M保护通道的切换原理及应用方式，包括电路切换及工作原理、自动切换装置的接入、切换装置的倒换步骤等。

前言：在传输网的正常运行下，光纤线路或设备故障问题时有发生，不可能完全避免。一旦出现这些故障问题，会增加传输通道倒换的异常几率和信道误码率，进而可能引起电网中的继电保护装置出现误动现象。因此，对传输通道切换装置的研究关系着继电保护装置的动作可靠性及整个电力系统的稳定运行。为满足继电保护系统对于光纤通道时延和误码率等方面的要求，必须积极研究传输通道切换装置原理，对保护通道进行合理设计，将发生故障的可能降至最低。

1.2M传输通道对于继电保护的重要性

2M传输通道中对于继电保护的影响主要体现在以下几个方面：（1）2M通道重定参数设置的影响，在采用输出重定时方式下，通道两端纵联差动保护装置通信时钟宜采用主一主、主一从方式，而不能采用从一从方式，不然会形成时钟环，容易产生滑码。而且保护装置的主机、从机设置错误，也会改变其工作状态，可能引起差动保护停止动作或出现误动现象；（2）保护判据的关联性影响，在出现通道误码时，误码会导致报文内容或CRC校验值中的某一位发生错误，从而导致报文无法通过CRC校验。如果导致报头或报位尾中的某一位发生错误，还会破坏报文完整性，通信控制芯片将报告报文错误。差动保护系统如果检测到不完整报文，会检测通道时延，重新同步两端采样数据；（3）通道倒换方式的影响，在通道倒换环方式下，主用通道产生故障会切换到备用通道，当故障排除后，在切回主用通道，如果在倒换过程中出现系统故障，会延长倒换时间，可能超出继电保护动作规定时间。总体而言，2M传输通道的设置对继电保护动作可靠性具有重要影响，必须在掌握其切换装置原理的基础上，进行合理设计。

2.2M保护通道切换装置类型

纵联差动保护信号传输通道共有三种形式，2M电路相比于光纤直连和64K电路，传输可靠性更高，因此目前在保护通道中应用较为广泛。但在其安装施工、线路检修或通道调整切换过程中，也会出现一些故障问题，包括电路中断、误码、时钟偏差、时延过长、产生告警信号等。特别是因通道切换错误导致的保护装置双向时延不对称问题，会导致保护装置误动，进而出现无法弥补的严重后果。为避免出现这些问题，首先要明确2M保护通道切换装置的分类。目前2M保护通道切换装置可分为两种：（1）1:1保护切换方式，在正常运行情况下，采用主用通道进行传输，若主用通道出现故障，则切换到备用通道，待其恢复正常后切换回来，支持手动和自动两种切换方式，但会出现瞬时时延，容易出现误码和断码现象，属于有损切换方式；（2）1+1保护切换方式，同时通过主用通道和备用通道进行数据传输，另一端2M保护切换装置则采用2个数据缓存器对接收到的数据进行记录，然后选择正确数据传输给继电保护装置，属于无损切换方式，目前该方式具有较大的应用潜力。

3.2M保护通道切换原理及应用

3.1 电路切换及工作原理

基于2M保护通道对于继电保护的重要性，其传输通道宜采用1+1保护切换方式。在该方式下，即使一条传输通道出现问题，也可以通过另一条传输通道，保证继电保护信号能够正常传输。采用1+1方式的2M通道切换装置，可实施监测两路通道的传输状态，由接收端根据通道状态，选择传输可靠性较高的继电保护信号。如果主用传输线路产生故障，会立即发出告警，并检测另一条通道状态，如果另一条通道状态正常，则执行切换操作，否则采用备用光纤进行直接信号传输。为方便使用，切换装置2M接口要同时支持成帧、非成帧的2M信号传输。同时可采用SNMP以太网网络接口管理，实现远程监控。利用功能完备的业务管理平台，提高网路管理的便捷性。采用双端同时切换实现业务通道切换控制，确保继电保护装置的收发通信通道路由一致，从而保证收发通道传输时延的一致性。切换装置还要提供双路独立电源作为热备份，可支持DC-48电源的接入，以保障设备能够稳定运行。

通道的正常切换是依靠切换装置对通道信号进行实时监测完成的，2M保护通道切换装置采用双发选收机制，发送端同时发送两路信号，正常情况下，接收端从主用通道中接收信号，如果接收到主用通道的告警信号，则改为从备用通道中接收信号。在其工作过程中，保护业务是由继电保护装置发出的，通过主用通道和备用通道连接切换装置，采用成帧2M信号中的开销比特传输告警信息，将两端保护切换设备关联起来。在此情况下，主用通道出现故障，未受到信号的2M切换装置会将倒换开关切换至备用通道。然后由备用通道的切换装置开销比特传输倒换指令，使对端能够接收到。主用通道故障排除后的切换过程与此一致，通过采用这种设计方式，可以确保收发路由的一致性，顺利完成双向倒换。

3.2 自动切换装置的接入

2M自动切换装置可以为继电保护信号传输提供保障，增强保护通道冗余，为接入部署提供方便，其实现过程也较为简单。在2M自动切换装置的接入过程中，可以在两个传输网络中，分别选择一个2M传输通道作为继电保护通道，从而提升传输通道可靠性。任意一个传输网络通道产生故障时，都能够通过切换到备用通道继续为业务传输提供支持。同理，将2M自动切换装置接入到光纤环网中，也可以在光纤环网提供双向2M通道，实现对业务传输的有效保护。

3.3 切换装置的倒换步骤

以主用通道A倒换到备用通道B的倒换过程为例，在点对点设备同时对该设备三个E1接口相关告警信息进行监测时，任意一个设备监测到主用通道A的告警信息，会作为倒换主动发起端，向对端传输数据，此时对端即为被动接收端。发起端设备通过主用通道A发送告警信息，采用透明传输方式，并将备用通道B信号由成帧模式改为非成帧模式。被动接收端在未接收到告警信息前，由于采用透明传输方式，并不能主动判断是否应进行切换，因此需要一直对接口告警信息进行监测，此时其业务传输处于中断状态。当被动接收端捕捉到告警信息后，立即执行切换操作，采用与发起端相同的切换方式，完成切换后，主用通道A在成帧模式下继续对通道状态进行监测，备用通道则在非成帧状态下对数据进行透明传输。由备用通道B切换到主用通道A的切换装置倒换步骤与此类似，在该方式下，可顺利完成倒换步骤。

4.结束语

综上所述，2M保护通道的切换装置可靠性对于继电保护功能的正常使用有直接影响，通过对其切换装置原理进行分析，可以为切换方式的选择和通道设计提供参考，确保收发路由的一致性，避免因切换时延问题等，引起继电保护装置误动现象。在2M保护通道切换装置的合理应用下，可以有效提升继电保护动作可靠性，从而确保电网的稳定运行。