通信接口在电力继电保护上的应用

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通信接口在电力继电保护上的应用

  随着电网二次技术的发展和需要,电力通信专业和电网保护、自动化等专业的配合问题显得日益重要和突出,本文从技术融合的角度上针对220kV级以上电压等级变电站内通信专业与保护专业之间的设备接口关系进行了深入论述,以此为技术突破口,探讨了通信与保护之间数据传输接口的技术关键点,从而对保护和通信专业相互之间的技术融合起到一定的促进作用。

 

随着电力系统的发展,发电、输电、变电、配电、调度及用户等六大环节均已离不开电力通信网络的贯穿。通信技术的飞速发展,国家电网公司已经提出构建信息化、自动化、互动化的现代化智能电网目标。

 

为了给智能电网的安全生产和运行监视等提供可靠的技术支撑,先进的通信技术和控制技术是必不可少的,而通信与保护之间接口的稳定性、安全性将直接给智能电网的安全稳定运行带来巨大影响,本文结合了作者在现场实际运行的设备及日常维护运行工作经验,对如何保障通信与保护之间接口的安全稳定运行进行探讨分析,希望能对通信和保护运维人员的技能提高和现场工作有一定的帮助和促进作用。

 

  一、通信接口与保护装置的应用 通信接口在变电站传送保护信号的基本结构形式下图所示。根据图示可以看出:所有的保护信息的接收与传送都是一致的,只是中间所采用的基本通信介质不同罢了,有的直接采用专用光纤接口作为传送介质,有的则是采用电接口复用通道作为传送介质。

 

  1.1通信接口与专用光纤保护装置的应用及分析

 

  1.1.1专用光纤保护的接口形式:

 

  专用光纤保护通道使用专用的一对纤芯,备用两芯,这种保护接口形式主要有两种方式,一种是保护设备上直接配置光纤接口,直接与线路光缆相连接,中间没有电接口转换设备;另一种是保护设备上的电接口与一台专门传送保护信息的接口设备相连接,然后保护信号通过保护接口设备与线路光缆相连接,两种保护方式的设备接口数据传输速率一般是2M64K

 

  1.1.2专用光纤保护的通道需求:

 

  目前光纤保护对通道误码的需求为:向量式光纤差动速度较慢、动作灵敏度低,对通道要求也低,约为 10-3-10-5;传输采样值的光纤差动,速度快、动作灵敏度高,对通道要求也高,约为10-7。当前的通信技术可以保证所提供的通道的误码率约为10-9-10-11,因此只要通信设备正常工作,就可以为保护提供符合要求的通道。为保证通信的可靠性,必须进行光器件特性测量和通道裕度的估算,要求保证系统衰减余量不少于6db

 

  1.1.3保护设备光发送功率的测试:

 

  单模光纤的实际衰耗值在0.3dB/km左右,接头衰耗为0.2-0.5dB/点,熔接衰耗为0.3dB/点。一般使用光功率计、光万用表、光误码仪、光衰耗仪等仪器仪表测量光纤通道。光发功率=测量值-接头衰耗*2,常规插件波长为1310nm的发信功率-16dbm±3dbm

 

  1.1.4光接收灵敏度测试:

 

  调节光衰耗仪的衰耗值,触发保护装置告警,再调整衰耗值,保持结果中误码值稳定1小时以上,测试光接收灵敏度=发送功率光衰耗值,一般64K通道的接收灵敏度均为-45dBm2M通道的接收灵敏度为-35 dBm2M的超长距离插件接收灵敏度为-40dBm。对侧光纤发过来的收信功率裕度,应大于6dBm以上,最好在10dBm左右,即光发射功率-光接收灵度-距离(衰耗)-接头数(衰耗)-熔接头个数>6dB.

 

  1.2通信接口与复用通道保护的应用及分析

 

  1.2.1复用保护通道的接口形式

 

复用保护通道的连接方式比较复杂,种类多,但不论是那种形式的保护接口,其保护接口的传输速率都是2M64K.一般来说,保护设备与通信设备的连接通过一个保护接口设备MUX来连接,MUX设备主要有两种:一种是2M速率的接口装置,另一种是64K速率的接口装置。

 

这两种保护接口设备与通信设备的连接主要有两种方式,一种是通过通信数字配线架的数字配线端口与光传输设备相连接,然后将保护信号通过光传输设备进行传递。另一种是通过通信音频配线架的音频配线端口与低速的PCM设备接入设备相连接,然后再通过PCM与光传输设备相连接,最后通过光传输设备再把保护信号传递到对方。

 

  1.2.2、复用保护通道的通道需求:

 

  由于复用保护通道中间环节多,时延较长,故障概率较高,因此在进行保护联调之前,最好由通信专业人员先进行通道测试,确保通道切实可用、通道误码率达到标准后再移交给保护专业人员,通信专业人员应检测两端电缆的连接点,如音频配线架端口上的卡线是否牢固,数字通信接头是否有虚焊或连接不牢固等现象,再使用误码仪测试通道,通道测试时间应保持为一小时以上,待测试线路两侧误码均满足标准后,方可通知保护专业人员接入保护装置进行联调工作。

 

  (1)复用保护通道良好的判断:

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  保护装置在投运之前必须确定复用保护通道是否良好,而要判定复用保护通道良好必须满足以下两个条件:A、保护装置面板上通道异常灯为熄灭状态,装置没有出现通道异常告警信号,TDGJ(通道告警)接点不闭合。B保护状态”→“通道状态中有关通道状态统计的计数应恒定不变化。

 

  (2)误码对保护的影响:

 

电流差动保护信号在64K通道传输时,1点电流采样值的传输需要1.667毫秒,对侧电流采样值传送到达本端装置后,对应的电流采样值将进行差动计算,不同的差动元件需要不同的数据窗长度。RCS-900系列差动保护没有对通道误码采取纠错措施,单个误码对不同的差动元件污染不同长度的数据窗。单个通道误码差动保护最少需要退出30ms

 

电流差动保护信号在2M通道传输时,差动保护将会传送电流采样值和三相电流付氏值。RCS-900系列差动保护即使没有对通道误码采取纠错措施,单个误码对三相电流付氏值的影响限制在当前采样点内。单个误码,对采用三相电流付氏值进行差动计算的分相电流差动元件,只退出0.833ms。二、保护通道常见故障的判断、分析与处理:

 

  目前,电力系统继电保护装置已普遍采用光纤通道传输,由此带来的通道异常告警故障也频繁发生,特别体现在使用复用通道传输时。结合日常现场工作经验和故障统计,分析保护通道告警原因主要体现在以下几点:

 

  2.1尾纤接头接触不良或被污浊

 

  裸露的尾纤头很容易被空气中的灰尘附着,造型纤芯衰耗增加,此时应使用专用的光纤清洁工具进行清洁。在进行光纤连接时,要注意将连接头和砝琅盘上的缺口对齐后旋紧,若未完全对齐,纤芯衰耗可能会增加5-10 dB

 

  当光纤头不清洁或连接不可靠时,设备即使能收到对侧数据,收信裕度也可能大大降低,一旦系统扰动或通信设备有操作时,很容易导致通道中断或误码越限,产生保护装置通道告警。

 

  2.2通信设备与保护接口设备间的连接问题

 

  在使用64K复用通道保护时,保护接口装置与通信PCM设备之间应使用四芯带屏蔽双绞线连接,不得使用普通的音频线进行连接,四芯带屏蔽双绞线的屏蔽层应可靠一点接地。若从保护接口装置引出的屏蔽双绞线直接接至PCM设备,应采用凤凰端子拧接,不建议使用RJ45水晶头连接(RJ45水晶头末端接触性不牢固,容易增加误码数),若需要先通过配线架转接,需要保证配线架侧卡线牢固,以防松动脱落。在使用2M复用通道保护时,应注意在2M头制作时防止焊点虚汗、漏焊等情况,以及防止芯线与屏蔽线等短路现象的发生。另外,要特别注意因为2M接头与数配接头接触不良而引起的通道故障,此类故障在实际工作中较为常见。

 

  2.3保护接口装置不接地,通信电源纹波系数高

 

  保护接口装置在安装时其接地不良好或根本没有接地,导致平时能正常工作,而一旦有故障或刀闸操作时,保护装置发通道告警。通信电源一般采用-48V电源,对纹波系数有比较高的要求,一般要求不超出100mv,现场发现电源纹波比较大时,保护接口装置光电转换过程会出现误码。

 

  2.4通信设备故障

 

  保护信号传输经历的设备较多,一旦出现异常告警,中间每个环节均有出现问题的可能,在由于通信设备故障引起的通道故障中,最容易出现问题的就是PCM设备(主要是时钟设置),其次就是传输设备光板问题。一般确认为通信设备出现问题后,可以将通道自环后使用误码仪测试,检测时间应不小于24小时。

 

  三、结束语

 

  随着通信技术的发展,在电力系统中,全网保护通道的全光纤化已经成为一种趋势。在日常工作中,只有了解各种通信接口的基本知识,掌握各种保护通道的传输模式以及通道故障定位分析和处理方法,才能快速有效地处理故障,保证电网的安全稳定运行。

 

  作者:戴望 周彦华 来源:中国新通信 20165