微机光纤差动保护原理与检验061016B教材课件.ppt

1、3 光纤电流差动保护及通讯 n3.1 3.1 参考端、同步端确定参考端、同步端确定n3.2 3.2 同步调整方法同步调整方法 n3.3 3.3 差动保护的通信方式及接口差动保护的通信方式及接口n3.4 3.4 误码及校验机制误码及校验机制n3.5 3.5 通道延时及对保护影响通道延时及对保护影响n3.6 3.6 装置自环装置自环 n3.7 3.7 装置交叉接线装置交叉接线n3.8 3.8 双通道方式双通道方式 n3.9 3.9 接口与通信终端设备的连接要求接口与通信终端设备的连接要求3.1 参考端、同步端确定参考端、同步端确定n同步调整之前首先需知道参考端（主端Master）、同步端（从端Sl

2、ave）。国内外常规的方法是：1）采用硬压板；2）采用软压板或控制字；3）采用自适应方法。3.1.1 硬压板主从确定硬压板主从确定n采用硬压板是通过在装置上设置一开关量:1)依赖于保护读的开入量状态 2)检修试验时，需通过设置硬压板或跳针为参考端（主端）做单端试验，试验完毕注意恢复。3)不方便运行管理。3.1.2 软压板或控制字主从确定 n设置软压板或控制字状态，通过读入软压板或控制字状态，确定参考端（主端Master）、同步端（从端Slave）。n试验完毕改变软压板或控制字投入运行，试验状态与投入运行不一致，容易造成设置不一致；也给管理部门带来不便利。3.1.3 自适应主从确定自适应主从确定

3、n该方法提供一个完整的逻辑供保护装置自适应的区分双端运行和自环状态，并在双端运行时自动确定参考端与同步端；作自环试验时自动切换到自环状态，试验结束后自适应随接线的改变而切换。使现场运行人员不再关心装置的状态，而且也不需要现场整定，完全摆脱了人为因素对保护状态的影响。3.2 同步调整方法同步调整方法n1）采样数据修正法；n2）采样时刻调整法；n3）时钟校正法；n4）采样序号调整法；n5）GPS同步法；n6）参考相量同步法。3.2.1 采样数据修正法采样数据修正法n两侧保护对每一帧接收数据都要进行“梯形算法”，求出两侧采样偏差角并根据计算结果对接收数据进行扭转，以达到两侧数据的“同时”的目的。n优

4、点：是两侧装置各自独立，自由采样；采样间隔均匀。n缺点：仅适用于稳态量电流差动判据，电网频率变化会影响修正精度。3.2.2 采样时刻调整法采样时刻调整法n线路两侧一主一从，主端为参考端，自由采样；从端为同步端，通过“梯形算法”可计算出主端的采样时刻，并按主端的采样时刻调整自己的采样时刻，达到两侧数据同步的目的。n优点：不必对每帧数据进行调整；主端的采样间隔均匀；受通道影响小，一定程度上可适用于自愈环网或可变光纤通道。n缺点：会造成从端采样间隔的不均匀，而且要缺点：会造成从端采样间隔的不均匀，而且要涉及硬件时钟的操作，极不方便。涉及硬件时钟的操作，极不方便。3.2.3 时钟校正法 n主端自由采样

5、。从端发信息帧，主端收到后将命令和延时时间返回给从端，从端计算两侧时钟的相对误差t，从端按照一定比率对时钟进行校正直到t为零。n该方法要求两侧晶振时钟精度高。3.2.4 采样序号调整法采样序号调整法n线路两侧保护装置以同频率自由采样，并对每一次采样标注一个采样序号；na）确定通道延时 212ttttd3.2.4 采样序号调整法采样序号调整法nb）确定同步端采样序号 当小于1/2采样间隔，参考端Mi采样序号与同步端Ni采样序号为同步采样序号 dtnT tt3.2.4 采样序号调整法采样序号调整法nc）同步校准n大于1/2采样间隔时，应调整下一采样序号 t1nT3.2.4 采样序号调整法采样序号调

6、整法nd）同步精度分析：采样频率达到4800Hz/s时，两侧同步误差最大为采样间隔的一半，即180/96 86.13.2.4 采样序号调整法采样序号调整法ne）同步调整后差流计算3.2.5 GPS同步法同步法nGPS同步法通过GPS受时信息，两侧同步采样 3.2.6 参考相量同步法 n利用线路模型计算出代表同一量的两个向量，然后利用这两个向量的相位差实现同步采样。方法56）则是独立于光纤通道，这是他们的优点。缺点：GPS同步法依赖于GPS对时，参考相量法受输电线路参数和电气量测量误差的影响，其精度不能得到保证。3.3 差动保护的通信方式及接口 n3.3.1光纤差动保护数据传输n3.3.2 专用

7、方式n3.3.3 复用方式n3.3.4 光纤电流差动保护时钟设置 3.3.1光纤差动保护数据传输n采用脉冲编码调制（PCM Pulse-Code Modulation）的方式传输保护模拟量、开关量信息。3.3.1光纤差动保护数据传输n 传输通道 3.3.1光纤差动保护数据传输n数据的调制解调过程 3.3.1光纤差动保护数据传输n数据的调制解调过程 1）一个时钟周期分成四个单位间隔；2）二进制的“1”被编成四个比特的码组1100；3）二进制的“0”被编成四个比特的码组1010，4）通过交替变换相邻码组的极性，把二进制信号转换成三电平信号；5)每第八组破坏了码组的极性交替。破坏的组对八比特组的最后

8、一比特进行标志。n保护装置与64k复接设备连路图 3.3.1光纤差动保护数据传输n保护装置与2M复接设备连路图 3.3.2 专用方式 n专用方式系统连接图 3.3.2 专用方式n 通道裕度计算光纤通道衰耗有：n1 光纤衰耗 0.3dB/km（单模）n2 接头衰耗 1dB/点n3 熔接衰耗 0.3dB/点（现在可降低到0.1dB/点）3.3.2 专用方式n通道裕度校验公式：光发射功率-光接收灵敏度-0.3距离-1接头个数-0.3熔接个数 6dB 3.3.3 复用方式 n复用方式利用64kbit/s的数字接口经PCM终端设备或利用2M接口直接接入现有数字用户网络系统PDH/SDH。n复用方式主要用

9、于长距离输电线路的保护。复用方式不但节省了光缆及施工费用，而且利用了SDH自愈环的高可靠性，在电力系统中的应用正逐渐增多。3.3.3 复用方式na）64k接口n64k复用方式下系统连接图 3.3.3 复用方式n接口功能要求 1）64kbit/s信息信号；2）64kHz 定时信号；3）8kHz 定时信号。3.3.3 复用方式n有三种接口类型1）同向接口3.3.3 复用方式n有三种接口类型2）反向接口 3.3.3 复用方式n有三种接口类型3）中央时钟接口 3.3.3 复用方式n接口电气特性1）同向接口的电气特性 n标称比特率：64kbit/s；n经接口传输的信号的最大容差：100ppm；n64kb

10、it/s和8kHz的定时信号和64kbit/s的信息信号在同一方向传输，对每一传输方向用一平衡线对，用编码的方法将三种信号综合在一个传输信号之中。3.3.3 复用方式n接口电气特性接口规格：n标称比特率：64kbit/s；n代码：1B4B；n输入口输入阻抗：n标称值:120欧姆平衡 (对称)；n 连接输出口与输入口的对称屏蔽线对的屏蔽层应在输出口接地，但如果需要,在输入口也可以接地。3.3.3 复用方式n输出信号特性：n接口电路的输出信号为矩形脉冲，“传号”（有脉冲）的标称峰值电压为1.0V，“空号”（无脉冲）的峰值电压为0.10V。标称脉冲宽度3.9S（信号波特率256kBd）。3.3.3

11、复用方式n2）反向接口的电气特性n反向接口与同向接口不同的是，它需要在每个传输方向使用两对平衡线，一对用于传输数据信号，另一对用于传输综合的定时信号（64 kHz和8kHz）。3.3.3 复用方式n3）中央时钟接口的电气特性：n中央时钟接口在每一个传输方向上需要用一对平衡线传输数据信号，另外还需要用一对平衡线将来自中央时钟源的综合定时信号（64 kHz和8kHz）送至局内终端设备。3.3.3 复用方式nb）2M接口n2M复用方式下系统连接图3.3.3 复用方式n一般特性：n比特率：2048kbit/sn经接口传输的信号的最大容差：50ppm。3.3.3 复用方式nHDB3码 3.3.3 复用方

12、式n 2M接口规格：n标称比特率：2048kbit/s；n 代码：HDB3；n输入口输入阻抗：n标称值:75欧姆 不平衡 (同轴)；n120欧姆 平衡 (对称)。3.3.3 复用方式n输出信号特性：n“传号”（有脉冲）的标称峰值电压为2.37V（同轴线对）或3V（对称线对）。n“空号”（无脉冲）的标称峰值电压为00.237V（同轴线对）或00.3V（对称线对）；标称脉冲宽度为244ns。3.3.4 光纤电流差动保护时钟设置n1）两侧装置发送时钟均采用内时钟方式称为“主主”时钟方式；n2）两侧装置均采用外时钟方式称为“从从”时钟方式；n3）一侧装置采用内时钟方式，一侧装置采用外时钟方式称为“主从

13、”时钟方式。3.3.4 光纤电流差动保护时钟设置n差动保护装置内、外时钟设置 3.3.4 光纤电流差动保护时钟设置na）专用通道方式时钟设置：设置为“主主”时钟方式：两侧装置均采用内时钟，写入时钟为装置时钟，读出时钟为提取时钟，写入时钟与读出时钟频率偏差仅与锁相环有关，产生滑码最少。3.3.4 光纤电流差动保护时钟设置nb）复用通道方式时钟设置n64kbit/s复用PCM设备：设置为“从从”模式。3.3.4 光纤电流差动保护时钟设置n2Mbit/s复用PDH/SDH设备 设置为“主主”方式；PDH通信设备进行通信时钟设定。即把一侧的通信时钟设为主时钟（内时钟），另一侧通信时钟设为从时钟。3.4

14、 误码及校验机制误码及校验机制n一帧信息中有一位错误或多位错误对保护来说都是不能使用的，根本原因在于对保护实时性要求很高，既没有时间对出错的信息帧重发，也没用能力进行数据恢复，只好丢弃数据帧。3.4.1 误码产生原因误码产生原因n1）发光功率过大；n2）接收灵敏度不够；n3）接头不好；n4）光纤弯曲；n5）光纤挤压；n6）光纤损耗过大；n7）时钟设置不正确。3.4.2 CRC校验校验n1)单个位错误 100%n2)双位独立错误 100%n3)奇数位错误 100%n4)突发长度小于16位的突发性错误 100%n5)突发长度等于17位的突发性错误 99.9969%n6)突发长度大于17位的突发性错

15、误99.9984%3.4.3 通道及误码检测 n通道监测内容如下：n通道延时时间；n当前1s内的误码帧数称秒误码数；n对每帧数据进行CRC校验，对1秒内的错误帧数进行统计，当错误帧数大于给定值（）时，认为该秒为误码秒（errored seconds）；n在恒速率通信时，单位时间秒内收到的帧数为恒定，如果丢失帧数大于某给定值（1）时，认为该秒为误码秒；n误码率大于某给定值（如大于10-3时）或连续无接收数据认为通道失效（Channel Failure）。3.4.4 保护装置的保护装置的通道信息显示通道信息显示n通道A延时通道A延时 msn通道B延时通道B延时 msn通道A秒误码数通道A当前1s内

16、的误码帧数n通道B秒误码数通道B当前1s内的误码帧数n通道A误码秒通道A误码秒统计值n通道B误码秒通道B误码秒统计值n通道A失效通道A工作状态不正常n通道B失效通道B工作状态不正常3.5 通道延时及对保护影响通道延时及对保护影响n称为横向不对称延时，简称横向延时；n称为纵向对称延时，简称纵向延时。d2d1ttTd2ttTd1d2d1/)(3.5 通道延时及对保护影响通道延时及对保护影响n为差动保护对通道传输延时的要求 3.5 通道延时及对保护影响通道延时及对保护影响n专用通道：为光信号在光纤线路中传输延时，跟光纤长度有关，OPGW光纤折射率=1.48，光速C=300000km/s，光在光纤中的

17、延时=4.93us/km5us/km，(us)5l Td3.5 通道延时及对保护影响通道延时及对保护影响复用通道：延时公式：n 为SDH设备的传输延时 170us；PCM终端设备延时，取1000us；为中继复用延时100us；为光信号在光纤线路中传输延时，按中继距离40km，n为光区间数。orpetn*ttTdtetptotrt3.5 通道延时及对保护影响通道延时及对保护影响n复用通道延时3.5 通道延时及对保护影响通道延时及对保护影响nSDH传输设备延时 3.5 通道延时及对保护影响通道延时及对保护影响64k复用通道延时n*3001170n200n1001000170*Td3.5 通道延时及

18、对保护影响通道延时及对保护影响2M复用通道延时n*300170 Td3.5 通道延时及对保护影响通道延时及对保护影响n50Hz的交流量1ms相应角度为360/20=18度，同步调整误差 2tttTd2d1dd2dd1/tttd2d1t9T18t*3.5 通道延时及对保护影响通道延时及对保护影响3.5 通道延时及对保护影响通道延时及对保护影响n动作、制动电流 2sin2/IIIInmd2cos2r/IIIInmIIIInm2r3.5 通道延时及对保护影响通道延时及对保护影响n判据一相应允许横向不对称延时为3.4msn判据二相应允许横向不对称延时为1ms。2arctgk2arsink1n不对称延时

19、对判据影响 3.6装置自环装置自环n装置自环除物理上的自环（光自环、电自环）外，在复接时有可能出现网管设置出项软件设置自环，如图常见的光自环及电自环。3.7 装置交叉接线装置交叉接线n交叉接线种类较多，随着变电站光纤应用增多，容易发生交叉接线，如1）双回线路各使用一套光纤通道保护时，2）一、二回线路通道接线交叉，3）单回线使用两套光纤通道保护，两套保护通道接线交叉，4）同一厂、站内使用光纤通道的保护接线错误等。5）在复接时有可能出现网管设置出项软件设置交叉接线。3.7 装置交叉接线装置交叉接线3.7 装置交叉接线装置交叉接线3.7 装置交叉接线装置交叉接线n装置设置“本侧保护装置编码”与“对侧

20、保护装置编码”，（1）若接收报文中的编码与“对侧保护装置编码”一致，表示光纤通道连接正常；（2）如果接收报文中的编码与“对侧保护装置编码”不相等，但与“本侧保护装置编码”相等，则表示光纤通道自环；（3）如果接收报文中的编码与“对侧保护装置编码”及“本侧保护装置编码”都不一致，判为光纤通道交叉接线。3.7 装置交叉接线装置交叉接线n总的编码区=编码分区域1+编码分区域2+编码分区域3+编码分区域4+编码分区域5区域电网1：编码分区域1区域电网2：编码分区域2区域电网3：编码分区域3区域电网4：编码分区域43.8 双通道方式 n双通道方式一般有三种：n1）通道扩展方式；n2）双套差动方式；n3）双

21、通道热备用方式。3.8 双通道方式n通道扩展方式 3.8 双通道方式n双套差动方式 3.8 双通道方式n双通道热备用无缝切换：同一套保护装置要求两个相同的通信接口，即两个光端机和两套码型变换等电路。两套通信接口电路同时工作，传送同样的数据信号给通信模块。通信模块同时收到两路数据信号，利用其中一路数据信号作为主用数据信号。当通信模块检测到该路通道数据误码率达到某一指标时候时，自动取用另一路数据信号。3.8 双通道方式3.9接口与通信终端设备的连接口与通信终端设备的连接要求接要求n复接方式 接口与通信终端设备的连接要求n64k复用 接口与通信终端设备的连接要求n2M复用n1）保护室与通信室距离L超

22、过50m时，通过光纤连接，n2）复用接口装置应采用通信的直流电源，n3）该段光缆的备用芯按100%后备考虑，n4）光缆的铺设采用电缆沟内铺设，n5）通常光纤的允许环境温度下限值不超过-20度，对于北方地区，设计时选择光缆时要与光缆供货厂商了解清楚，否则会产生光纤损耗大幅度增加，造成通道随季节变化不稳定的情况。n64k复用时复用接口装置与复接设备连接1）如果平衡线对是平衡的，屏蔽层在输出口接地，必要时也要能在输入口将屏蔽接地。2）对于双屏蔽层电缆，内屏蔽层一端接地，外屏蔽层应两端接地。3）接线时不允许经端子排转接,应直接从复用接口装置电口连到配线架。n2M复用时复用接口装置与复接设备连接1）2M接口采用非平衡同轴电缆，同轴电缆采用外屏蔽层两端接地。2）不允许经端子排转接,应直接从复用接口装置电口连到配线架。