光纤通道传输品质对线路保护PSL 603U影响的试验研究
许庆强1，张勇刚2，周栋骥1，朱建红2，李 珊3
【摘 要】摘要：借助实验室搭建的测试环境，在对测试系统和保护装置本体试验基础上，模拟2M光纤复用通道叠加误码、叠加延时、通道中断、装置自环和装置交叉等各种异常情况，开展了光纤通道传输品质对线路保护装置影响的试验研究，并给出了定量的试验结果。结果表明，试验所用测试系统和保护装置均满足试验要求，被测装置PSL 603U在叠加误码和延时均能满足相关标准要求，在通道其他异常情况下能可靠给出告警信息。 【期刊名称】电力系统保护与控制 【年(卷),期】2010(038)011 【总页数】7
【关键词】电力系统；继电保护；光纤通道；误码率；传输延时
0 引言
光纤分相电流差动保护具有整定简单、灵敏度高、无需选相、抗干扰能力强、不受系统振荡及负荷电流影响等优点，成为输电线路保护的主流产品，在高、中和低电压等级的输电线路中都得到了广泛应用。但是，光纤差动保护对光纤通道的依赖性很强，对通道延时、通道中断、通道衰耗和通道误码率均有严格的要求。另外，光纤通道比较脆弱，熔接不好、接头接触等原因都会影响通道的传输质量[1-2]。
目前，光纤分相电流差动保护在投运及定检时主要对保护装置的功能和回路进行检验，对通道测试内容很少，或者由于条件限制，对通道测试不够充分。大部分只是利用光功率计，对保护装置的发光功率和对侧传过来的光纤收信功率
进行简单测量，部分网、省局通过运行通信设备（SDH）对通道进行试验，此方法虽然具有真实、系统性强的优点，但试验周期比较长，测试不全面，通道的关键指标不能量化。通道延时（尤其是收发不对称延时）、严重误码、通道中断等方面对保护装置性能的影响不能进行充分测试，给电力系统的安全运行带来一定的隐患。
论文给出实验室模拟2M光纤复用通道异常情况的具体内容和试验方法，开展了光纤通道传输品质对保护装置影响的试验研究，给出了详细的测试结果。
1 相关通信知识
传统上常用长期平均误比特率（BER，又称误码率）来衡量光纤通道的稳态传输质量，但是，由于保护装置采用的是高级数据链路通信规约（HDLC），其只能对整个帧的信息进行校验，因此保护装置的误码检测实际是误帧检测。因此，需要通过试验方法确定保护装置对误帧等统计指标的正确合理性，并且对于各误帧统计指标和误码率的关系进行分析[3-7]。其有关的指标定义如下。 误码率：以某一特定观测时间内错误比特数与传输比特总数之比。
误帧数：指采用光纤通道的纵联保护装置或命令接口装置接收到通信异常帧的累计。
丢帧数：指采用纵联保护装置或命令接口装置应该收到，但没有收到的帧累计。 每分钟丢帧数：指纵联保护装置或保护命令接口装置一分钟内应该收到，但没有收到的帧累计。
每分钟误帧数：指纵联保护装置或保护命令接口一分钟内接收到通信异常帧累计。
延时：数字信号以群速通过一个数字连接所经历的时间。
2 试验仪器和系统
2.1 试验仪器
本试验采用的试验仪器和相关设备包括光功率计、光衰耗仪、光同步传输系统、通信误码发生仪、数字复用接口装置和线路光纤分相电流差动保护装置PSL 603U等，见表1所示。
利用在受检有效期内的高精度误码测试仪ACTERNA的EST-125 E1 Service Tester对通信误码发生仪TWM-1进行检测，测试结果见表2。
从表2可以看出，试验所用通信误码发生仪的生成误码率具有很高的可信度。 2.2 试验系统
验证通道异常情况下保护装置的动作行为，需要模拟区内、外短路故障。本试验采用中国电力科学研究院开发的实时数字仿真系统（ADPSS）来完成该部分模拟工作，搭建的输电系统和通道测试系统分别见图1和图2。
3 通道和装置测试项目
3.1 装置本体测试 3.1.1 发光功率
保护装置发光功率过高或过低都会影响对侧保护的性能，该项目用于测试保护装置的光发射器功率是否满足要求。测试方法为，用跳线光纤一端接保护装置光端机发射口，另一端接光功率计，读出光功率计显示的稳定值，减去光纤接头衰耗（经验值），即得到装置发光功率。 3.1.2 接收灵敏度
接收灵敏度是光纤保护装置的重要技术指标，是指保护能正常工作的最小光功率。
参见图3（a），串联接入光衰耗仪，逐步增加光衰耗，直至保护装置发通道告警信息。拔出装置RX处尾纤，接上光功率计，参见图3（b），用光功率计测量到的接收功率，即为装置的接收灵敏度。
与参考文献[1]中方法相比，该方法不需要利用跳线光纤接头衰耗这一经验值，具有更高的测量精度。 3.1.3 装置告警机制测试
该项目用于测试保护装置报通道告警等异常信息时的通道误码率水平。在通道中串联接入通信误码发生仪，从低到高逐渐加大误码率水平，直到保护装置可靠发出通道告警等异常信息。 3.2 通道本体测试 3.2.1 通道自环延时
通道自环测试用于测量每个节点延时，验证通道延时是否满足要求。通道延时包括通道纵向对称延时及横向不对称延时[1,8-12]，假设发送信息从装置A到装置B的延时 ts为发送延时，接收信息从装置B到装置A的延时 tr为接收延时，则tz =(ts+tr)/2称为纵向对称延时，简称纵向延时，称为横向不对称延时。差动保护对通道传输延时的要求为[1]： ms且。
自环试验所用的自环位置图见下面图 4，自环点分别为本侧保护装置光口、本侧复用接口盒电口、本侧CGCS-1000光口、对侧CGCS-1000电口和对侧复用接口盒光口。
测试结果见表4，从表4数据看出，通道单向延时均很短，且具有良好的对称性，满足差动保护对通道单向传输延时要求。 3.2.2 通道设置延时
该测试内容用于验证保护装置测量通道传输延时的正确性。在通道中串联接入通信误码发生仪，设置不同的双向延时值，观察保护装置面板显示的延时。 根据前面试验结果表4，可推算出不接误码仪时，装置通道延时约为：（10＋824＋10＋812）∕4＝414μs，通道延时测试结果见表5。 3.2.3 误码检测
通过串接通信误码发生仪，设置不同的误码率，用于模拟通道受到干扰而产生误码，定性分析保护装置每分钟误帧、丢帧等统计功能的正确性。
在M侧通道中串联接入通信误码发生仪，观察N侧保护装置相关统计数据见表6。
3.3 装置功能测试
在做保护功能测试试验时，差动电流定值设为0.2A，CT二次额定电流取1.0A，负荷电流为0.7A，故障后短路电流为32.4 A。正常情况下PSL 603U的通道延时约为414μs。
在开展通道异常对保护装置功能测试前，先测试保护在通道正常，区内外金属性故障时的典型动作行为，以便为后续测试结果提供对比数据。 3.3.1 通道叠加误码
测试保护在叠加不同误码情况下，发生区内外金属性故障时的动作行为，确定待测保护装置能够正常工作的最高误码率水平。通道叠加的误码包括叠加单向误码和叠加双向误码，设置的误码率水平分别为1.0E-7、1.0E-6、1.0E-5、1.0E-4和1.0E-3。在图2的通道中叠加单向（M侧装置接收通道）和双向误码，且在区内K1和区外K2点分别设置A相和三相金属性接地故障，试验结果分别见表7和表8。本论文中符号“/”表示保护不动作。
光纤通道传输品质对线路保护PSL 603U影响的试验研究
