线路保护光纤通道异常分析与处理

李 炎， 王 伟， 张昭源

(国网安徽省电力有限公司超高压分公司, 安徽 合肥 231131)

0 引言

电网的安全稳定运行事关国计民生,随着电网的高速发展，超特高压电网成为我国主网架。光纤通道作为超高压线路的主保护通道方式已逐步替代过去的高频保护通道方式，成为主流。光纤通道的安全稳定运行是电网主网架稳定运行的基础与前提。因此做好光纤通道的运行维护工作异常重要。文章通过对常见的光纤通道异常现象进行分析，结合通道的路径及工作现场实际，为保护通道、处理故障提供了思路。

1 光纤通道的原理

光纤保护通道是利用光纤将线路两侧的保护相关信号传输至对侧，进行数据通信。具有通信容量大，抗干扰能力强，架设方便等优点。主要分为专用光纤通道方式和数字复用光纤通道方式两种。

1.1 专用光纤通道

线路两侧的保护装置不经过相关通信设备，而通过光纤(OPGW或ADSS)直接相连，通道只传输保护相关信息的通道方式称为专用光纤通道，如图1所示。由于受到保护装置本身发出功率大小的影响，传输距离相对较短(100 km以内)。

图1 专用光纤通道典型结构(TX为发信端，RX为收信端)

1.2 复用光纤通道

保护装置将需发送至对侧的相关信息首先利用光电转换装置，将光信号转换称成电信号，利用通信网络设备的通道进行传输，该通道不仅传输保护本身的信息，也传输通信相关设备信息，整个通道中设备较多，适合长距离传输。当前主流复用方式分为64 Kbit/s(以下简称64 K)复用通道和2 Mbit/s(以下称简2 M)复用通道两种，结构如图2、3所示，其中64 K复用通道经过的环节更多，故障点更多，因此在超高压线路中较少使用，文章仅讨论2 M复用通道。

图2 64 K复用光纤通道典型结构

图3 2 M复用光纤通道典型结构

2 光纤通道故障的原因

2.1 光纤熔接问题

光纤通道受制于环境及距离等因素影响，在整个通道中不可避免地存在熔接点, 熔接质量直接关系着光传输的衰耗大小。熔接质量不好时会产生严重衰耗，即相关信息将不能实时、完整地传输给对侧。

2.2 光纤弯曲损耗

光纤包括尾纤是可以弯曲的，但弯曲到一定程度后，会使光的传输途径改变，使一部分光信号能渗透到包层中或穿过包层向外泄漏损失掉，导致传输损耗逐渐增大，传输效率逐渐降低。当弯曲半径大于5 cm时，由弯曲造成的损耗就可以忽略。因此尾纤在屏内捆扎或多余尾纤盘绕时,要保证最小弯曲半径大于5 cm，尽量做到自然弯曲，且应尽量将尾纤放置在专用光纤配线盒内，以防挤压过度弯曲、变形或破损。行业相关规范对折弯半径要求为，尾纤弯曲半径大于5 cm，光缆弯曲半径大于70 cm。

2.3 光接口问题

光接口损耗是光通道中损耗较大的环节，因此一定要注意光接口部位的清洁及维护, 在安装时应避免沾染油污和灰尘。备用光纤端口及备用光纤应有防尘护套。当开展保护检修、全面巡视时，应当检查光纤接口是否存在松动，接触不良。这些都是造成通道故障的主要原因。

2.4 保护或接口装置故障

保护装置的故障或者通信接口装置的故障等原因也会导致通道中断，即如果故障在站内则主要原因可能是光纤问题或者装置本身出现故障。

2.5 其他原因

当站内光缆无保护套时，因工作环境恶劣或者长期磨损导致光纤中断；因站内小动物活动咬噬光缆导致通信中断；或者因站内人员工作不当导致光缆中断等原因。

3 通道故障的现象及后果

3.1 通道故障可能出现的现象

(1)保护装置及监控后台均报通道异常的信号，保护装置异常灯点亮。

(2)保护装置通道延时较大。

(3)光收功率越限。

(4)通道实时误码率较大，且误码、丢帧统计的计数不断增大。

(5)如果为复用通道，光电转换装置的光口或电口告警灯亮等。

根据现场实际发生的故障现象，结合保护通道“判收”原理，即仅在装置收不到信号方判断通道故障，可对故障点进行初步定位。

如果是复用通道，在线路上发生通道中断，通道经通信设备传输，则复用通信设备也会发出相关告警信息。反之，如是专用通道，不经通信设备传输，无法根据通信设备判断故障(除非通道发生严重断裂事故，致使通信用光纤也发生损伤)。

3.2 通道故障的后果

(1)如果线路保护是单通道运行，发生通道故障，则保护将被闭锁，该套线路保护将无法运行，如果线路仅配置单套保护，一旦发生相关故障，故障不能被快速切除，将严重危害电网安全稳定运行。

(2)如果是双通道运行，发生单通道故障，则差动保护仍可正常运行，但运行工况较为薄弱。一旦另一通道再发生故障，则该套保护将被闭锁，任一通道恢复后，保护自动投入。

为满足继电保护“四性”，确保能够瞬时将故障切除，保障电网稳定运行，要求220 kV及以上主设备不得无主保护运行。

4 通道故障的处理方法

(1)首先根据不同设备的职责，与通道相关的其他运维方，如通信设备运维方、对侧变电站(发电厂)取得联系，并进行信息交换。结合全部信息进行故障位置的初步判断。如在光电转换装置上光告警灯点亮但电告警灯未点亮，基本可判断故障出在本侧保护装置至本侧光电转换装置之间；如光告警灯未点亮但电告警灯点亮，则基本可判断故障点位于光电转换装置至线路对侧之间的位置；如果两侧光电转换装置电告警灯均点亮，则故障点大概在两侧光电转换装置之间。

(2)当通信传输方式为专用光纤或无法根据告警信息对故障点进行初步判断时，应首先对站内该故障回路进行逐步排查，重点检查光口有无松动或法兰盘有无损伤，光纤是否有明显断裂等，尽量排除站内有无相关问题。

(3)综合所有故障信息及初步排查结果，如通道异常无法恢复，则汇报调度，申请保护停用。对站内保护装置、光电转换装置、光纤配线屏(数字配线屏)进行自环试验。自环后装置自发自收，若环线以内通道和设备完好，则“通道异常”消失。

4.1 自环步骤

(1)向调度申请将保护装置停用。

(2)将本侧保护装置内本侧检验码与对侧校验码设为一致(一般修改对侧校验码)。

(3)将需要自环的收发光口(2 M电口)拔下，将尾纤(短接片)接至原收发端口，检查通道故障是否消失，故障时的通道故障现象是否全部恢复。如果故障现象恢复则故障点不在自环范围内。

(4)沿着通道逐级测试，逐级自环，最终自环到光配与数配屏。

(5)如可与对侧变电站(发电厂)取得联系，可两侧相互配合做大自环试验(即包含线路通道在内做大自环试验)，如大自环站内通道故障可以消失，则可判断故障点不在本侧。

(6)如果自环发现故障点确在站内，应当用备用尾纤将故障尾纤进行更换，并将故障光纤做好标记。如果无备用尾纤应及时联系相关保护人员。

4.2 自环注意事项

(1)根据不同厂家实际情况进行自环前参数修改，部分厂家除改纵联码一致外，还需改“通道自环试验”控制字等。

(2)工作前将需要改变的定值拍照或记录下来，恢复定值后，打印定值与保护定值单进行重新核对。

(3)工作中注意监护，禁止拉动运行光纤，光纤要轻拿轻放，光纤拔出后要立即套上塑料保护套，尾纤的光纤插头注意保持清洁，弄脏了需用棉球蘸无水酒精擦拭。

(4)拔出屏后光纤，并将光纤收、光纤发的芯号记录下来,便于恢复。

(5)根据业务分界面进行工作，如需改变其他业务单位的设备状态，应征得其同意后方可工作。

(6)故障尾纤更换时应当两侧同时更换，且将故障尾纤做好标记。

5 结论及建议

线路保护通道故障严重时将会闭锁差动保护，电网稳定性将会大大减弱，严重时可能会危及电网安全稳定运行。当发生通道故障时，应结合故障现象及装置自环结果逐步缩小故障范围，直至确定故障点并予以处理。

建议逐步落实《国家电网有限公司十八项电网重大反事故措施》的要求，积极开展220 kV及以上线路通信电源双重化配置改造工作，满足“双设备、双路由、双电源”的要求。同时应利用技改项目，将线路保护单通道逐步改造为双通道，增强线路保护通道稳定裕度，保障主网安全稳定运行。