中國南方電網(wǎng)有限責任公司玉溪供電局 張海燕 李昆鴻 葛紋伉

繼電保護裝置是電力系統(tǒng)中用于保障電網(wǎng)穩(wěn)定運行、維護電力資源有序傳輸?shù)暮诵脑O(shè)備。因此，在電力系統(tǒng)運行時，除了要保證繼電設(shè)備自身具有可靠性與靈敏性特點，還要保證裝置在集成與安裝時線路的精準性，只有確保信號線路安裝可滿足裝置的運行需求，才能確保電力系統(tǒng)在運行時對信號準確、高速的識別與傳輸。

目前，電力市場內(nèi)大部分繼電保護裝置的通信標準均為2M 光接口協(xié)議，此協(xié)議中明確規(guī)定了與之相關(guān)的遠程裝置或保護設(shè)備，在進行數(shù)字復接設(shè)備間通信時，應(yīng)當參照多模光纖標準來執(zhí)行通信行為，本文所研究的2M 光接口為對端通信可提供M×64.0kbit/s 的信道帶寬，可以確保不同廠家設(shè)備應(yīng)用到相同電力系統(tǒng)后的有效通信與相互連接。

2M 光接口技術(shù)是我國電力市場較早時期提出的接口規(guī)范，其中包括幀結(jié)構(gòu)規(guī)范、時鐘定時規(guī)范與接口標準，幀結(jié)構(gòu)規(guī)范中的格式要求以實現(xiàn)對電力通信信道故障定位過程的優(yōu)化。然而在實際應(yīng)用中，2M 光接口占用了較大的機房空間，此種現(xiàn)象導致電力終端的潛在故障源呈現(xiàn)一種增加趨勢[1]。為解決與之相關(guān)的問題，本文將基于2M 光接口標準對電網(wǎng)運行的要求，設(shè)計一種針對繼電保護裝置線路的故障定位方法，以此種方式優(yōu)化電力系統(tǒng)的運行，實現(xiàn)對電力終端故障定位與故障維護提供技術(shù)保障。

1 基于2M 光接口的繼電保護裝置線路故障定位方法

1.1 基于2M 光接口標準的繼電保護裝置信號透明傳輸

為實現(xiàn)對繼電保護裝置線路的精準定位，在開展相關(guān)設(shè)計研究前引進2M 光接口標準，進行繼電保護裝置信號的透明傳輸研究[2]。在此過程中，參照ITU-T 標準，將繼電保護裝置的數(shù)據(jù)幀在傳輸信道中以字節(jié)的方式進行傳輸，將其中的幀結(jié)構(gòu)定義為矩形幀，矩形幀主要是由9行270.0×N 列字節(jié)排列組成，證明裝置在運行中的信號主要是通過數(shù)據(jù)塊字節(jié)復用形成的[3]。對應(yīng)的傳輸模式可用圖1表示。

圖1 基于2M 光接口標準的信號透明傳輸模式

在進行繼電保護裝置信號傳輸時收發(fā)端進行信號的獲取，Tx 用于執(zhí)行信號的光/電轉(zhuǎn)換，當信號數(shù)據(jù)碼流實現(xiàn)再生后，復用功能模塊即可進行信號的恢復。在上述過程中，EI 信號接口可負責或用于信號電平之間的轉(zhuǎn)換、網(wǎng)絡(luò)與信號的隔離、信號波形的映射等。

由于上述所有處理與操作都是在信號傳輸過程中發(fā)生的，因此可認為此時信號的傳輸處于一種透明狀態(tài)。

1.2 提取繼電保護裝置線路故障測量信號

確保繼電保護裝置在運行中信號可保持連續(xù)傳輸狀態(tài)后，在前端進行裝置線路故障測量信號的提取?？紤]到高頻傳輸信號可能存在特性誤差，此時線路的電壓行波無法直接在裝置側(cè)進行二次提取，因此，需要通過地線入地的方式，進行行波信號的分析[4]。對應(yīng)信號的表達為i=c×du/dt，式中：i 表示為繼電保護裝置線路或?qū)?yīng)裝置母線在運行中輸出的電流值；c 表示為裝置電容；u 表示為裝置對地電壓。

根據(jù)公式可得到母線行波信號，將此數(shù)值作為電路電壓導出，對應(yīng)的導數(shù)頻率越大，證明信號的傳輸頻率越高[5]。因此，可將測量信號的提取過程作為行波高頻分量的提取過程。當高頻分量達到一定數(shù)值后，入地電流的故障行波突變更大，也更加有利于后續(xù)的裝置線路故障的分析。按照此種方式，獲取繼電保護裝置在運行中不同線路或母線的行波突變電流，將獲取的電流進行光/電信號轉(zhuǎn)換，以此種方式實現(xiàn)對測量信號的提取。

1.3 基于信號分析的故障識別與定位

完成上述相關(guān)研究后進行故障信號的分析，通過對信號的分析實現(xiàn)對故障的識別與定位。假設(shè)在電網(wǎng)終端存在裝置母線運行發(fā)生異常，記錄在此種狀態(tài)下行波的達到時刻。

當線路由于故障或異常發(fā)生跳閘行為時，需由終端多個調(diào)度進行行波達到時間的記錄[6]。根據(jù)行波的達到時間可初步定位到發(fā)生故障的裝置線路。在發(fā)生故障線路的兩端任意獲取一側(cè)數(shù)據(jù)進行故障的計算，假設(shè)其中一側(cè)數(shù)值表示為1，另一側(cè)數(shù)值表示為2，對應(yīng)此條線路的故障點定位過程可表示為：l1=1/2[l+v(t1-t2)]。

式中：l1表示為繼電保護裝置線路故障點與1之間的距離；l 表示為1經(jīng)過故障點后達到2端的線路最短距離；v 表示為信號在繼電保護裝置線路中的傳播速度；t1表示為繼電保護裝置線路故障信號到達1所需要的時間；t2表示為繼電保護裝置線路故障信號到達2所需要的時間。按照上述方式，記錄不同條件下故障信號的達到時間，通過此種方式定位到繼電保護裝置線路中的故障點，以此完成基于2M 光接口的繼電保護裝置線路故障定位方法的設(shè)計。

2 對比實驗

上文從三個方面完成了對基于2M 光接口的繼電保護裝置線路故障定位方法的設(shè)計，完成設(shè)計后，為了實現(xiàn)對此方法在市場內(nèi)的推廣與應(yīng)用，下述將通過對比實驗的方式，對此方法的有效性及其在使用中的可行性進行分析。

實驗前，選擇某電力單位作為此次實驗的參與對象，獲取該企業(yè)內(nèi)繼電保護裝置在電力系統(tǒng)終端的集成方式，完成對電力企業(yè)在市場運行中基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的獲取。在企業(yè)電力終端對接本文設(shè)計的方法，為了證明設(shè)計的方法可用，應(yīng)在對方法故障定位功能檢驗前進行2M 光接口基本參數(shù)的測試。

測試中，選擇OPE1Z-2M 光接口板作為測試對象，進行2M 光接口其中一端傳輸數(shù)字信號的比特率測試，測試裝置包括光電探頭儀器、示波器、SDH-測試儀器（針對繼電保護裝置運行的檢測儀器），完成測試儀器的準備后進行比特率測試的連接：SDH 測試儀（2.5G/10G）-繼電保護裝置/SDH 裝置（2M 光路）-光電探頭-示波器。

測試過程中，按照標準的測試流程與參照示意圖，使用尾部光路進行測試裝置的規(guī)范化連接，在SDH 測試儀上，配置一個168/620/10.0G 的2M 光路執(zhí)行業(yè)務(wù)，為了確保測試結(jié)果滿足要求，需要在對應(yīng)的SDH 測試儀表中配置相同的2M 光路執(zhí)行業(yè)務(wù)，將此業(yè)務(wù)作為支路業(yè)務(wù)。

考慮到測試儀器需要抽取光線路作為保護時鐘，因此，可在測試中根據(jù)實際情況選擇是否需要測試儀器作為支撐。完成測試后，終端顯示屏顯示光電探頭實現(xiàn)了將2.0Mbit/s 的光信號轉(zhuǎn)換為了對應(yīng)頻率為2.0MHz 的電壓信號，此時2.0Mbit/s 為光信號的比特率。完成測試后，將時鐘與測試儀顯示的數(shù)值整理成表（表1）。

表1 2M 光接口比特率測試結(jié)果

根據(jù)國家電網(wǎng)技術(shù)執(zhí)行標準與2M 光接口信號標稱比特要求可知，對應(yīng)接口的比特率有效范圍為2.048×106ppmkb/s±50.0ppm（容差有效范圍），因此，可認為2M 光接口信號比特率標準范圍為2.048×107bit/s±10.03bit/s。將標準數(shù)值與表1中數(shù)值進行對接，可知此次測試，2M 光接口比特率測試結(jié)果在光接口有效范圍內(nèi)，證明本文設(shè)計的基于2M 光接口的繼電保護裝置線路故障定位方法在實際應(yīng)用中具有一定可行性。

完成上述研究后，選擇基于ESMD-TEO 的電路故障定位方法作為傳統(tǒng)方法，將其與本文設(shè)計的定位方法進行功能對比，考慮到此次實驗受到時間與實驗場地的限制，因此，實驗中選擇故障光信號傳輸距離作為實驗指標。根據(jù)電力企業(yè)內(nèi)現(xiàn)有的實驗場地，設(shè)置不同繼電保護設(shè)備與光傳輸設(shè)備之間的距離為30.0m、50.0m、80.0m、200.0m、500.0m、＞500.0m。

實驗中，分別使用本文方法與傳統(tǒng)方法對不同距離下的故障信號進行傳輸，根據(jù)傳輸?shù)慕Y(jié)果定位前端故障與異常。當在超遠距離下，光信號可實現(xiàn)傳輸時，證明方法可在定位繼電保護裝置故障時實現(xiàn)對網(wǎng)管盲點的規(guī)避，反之，當光信號在達到終端出現(xiàn)傳輸異常時證明方法無法實現(xiàn)對網(wǎng)管盲點的規(guī)避，此時對于繼電保護裝置線路故障的定位可能存在偏差。按照上述設(shè)計的步驟執(zhí)行此次對比實驗，獲取顯示端對光信號的獲取結(jié)果，將結(jié)果數(shù)據(jù)整理成表格（表2）。

表2 繼電保護裝置故障線路定位方法對比結(jié)果

已知傳輸信號強度的有效范圍在10.0dBm～20.0dBm 之間，根據(jù)表2所示的實驗數(shù)據(jù)可看出，隨著繼電保護設(shè)備與光傳輸設(shè)備之間的距離的增加，本文故障定位方法接收信號強度未發(fā)生顯著變化，對應(yīng)數(shù)值均在有效取值范圍內(nèi)。而傳統(tǒng)故障定位方法，接收的信號強度在＞200.0m 后明顯被削弱，當繼電保護設(shè)備與光傳輸設(shè)備之間的距離＞500.0m 時，顯示端無法正常顯示接收到的信號。

因此，可在完成此次實驗后得出對比實驗的最終結(jié)論：相比基于ESMD-TEO 的電路故障定位方法，本文設(shè)計的基于2M 光接口的繼電保護裝置線路故障定位方法，在實際應(yīng)用中可實現(xiàn)對故障定位信號的遠程傳輸，且傳輸距離不受到外界限制，在定位故障點的同時可實現(xiàn)對網(wǎng)管盲點的規(guī)避，可為終端電力企業(yè)與有關(guān)單位的繼電保護裝置線路故障定位工作實施提供參照依據(jù)。

3 結(jié)語

本文通過基于2M 光接口標準的繼電保護裝置信號透明傳輸、提取繼電保護裝置線路故障測量信號、基于信號分析的故障識別與定位三個方面，完成對繼電保護裝置線路故障定位方法的設(shè)計。完成設(shè)計后，通過基礎(chǔ)參數(shù)測試，證明了于2M 光接口在實際應(yīng)用中的可行性，并選擇基于ESMD-TEO的電路故障定位方法作為傳統(tǒng)方法，對比本文方法與傳統(tǒng)方法在使用中的性能，以此種方式，證明了本文方法可實現(xiàn)對故障定位信號的遠程傳輸，且傳輸距離不受到外界限制，在定位故障點的同時，可實現(xiàn)對網(wǎng)管盲點的規(guī)避。

但是由于此次實驗研究受到時間與場地的限制，僅僅從一個方面進行了方法有效性的檢驗，而未能從多個測試指標層面進行方法綜合性能的評估。因此，還需要在后續(xù)的研究中從多個方面進行設(shè)計方法的測試，根據(jù)測試結(jié)果進行方法的優(yōu)化，從而實現(xiàn)對設(shè)計成果在使用與市場推廣中功能的完善。