光保护剂（共9篇）
光保护剂 篇1
一、引言
光传输网络在实际应用中, 可以根据需要组织成线形、星形、环形、网孔形等拓扑结构。目前, 在国内光传输网络组建过程中, 单纯的链状、环状结构已经不能适应实际应用的需要, 网络拓扑结构越来越复杂, 对传输网络的安全性的要求也越来越高, 传统的人工倒接处理故障方式已经无法再适应现实的需要:在传统的故障处理模式下, 故障发生时人工的倒线操作将持续少则几分钟多则数小时的时间, 倒接期间业务无法得到及时恢复, 这是传统的故障处理无法克服的自身的弊端。
与传统的人工故障处理方式不同, 现代通信网络有多种保护方式。无需人工倒线, 具备自愈功能的网络系统能够在50ms时间内完成业务的自动保护切换, 这对通信网络的发展有着重要意义。
二、光传输网络自愈保护技术方案
自愈保护的原理:当受保护业务光传输网络的自愈保护无需人为干预, 网络可以在极短的时间内从故障中自动恢复所携带的业务, 使用户感觉不到网络已经出现了故障。其基本原理就是在网络出现故障的时候, 受到该故障影响的业务能够通过其他路径连接到目的节点。SDH网络的主要优点之一是可利用不同的基本网络结构组合, 使整个传输网具有应付网络故障的能力, 提高网络运行的可靠性。
SDH网络的自愈保护方案在实际中应用比较多的有下面两种类型。
1、路径保护
其保护方式包括六种, 具体介绍如下:
1.1“1+1”线性复用段保护
1+1链形保护象其他所有的1+1保护一样, 也是采用“并发选收”的机制。两个站点间有两对光纤, 其中, 一对光纤作为主用光纤, 另一对光纤作为备用光纤, 备用光纤与主用光纤传送的是同样的内容。它的倒换一般是单端倒换, 只需由接收端进行倒换。通常, 倒换条件为SD与SF。
根据工作模式的不同, 线性1+1保护分为如下四类:单端非恢复式;单端恢复式;双端非恢复式;双端恢复式。
由于单端非恢复式的线性1+1保护, 工作原理与配置方法简单, 倒换迅速可靠。同时, 又无需APS协议支持。所以, 缺省情况下, 我们都选择单端非恢复式的线性1+1保护。
倒换过程如下:A在主用通道上收到信号失效后;如果备用通道正常, 主控板控制交叉板更改交叉连接数据-接收备用通道的信号;同时在备用通道上发送倒换指示, B点无动作。倒换完成。
1.2 二纤单向复用段专有保护环
单向复用段保护环是一种MS专用保护环, 一般情况下为2纤环。一个MS专用保护环由两个反转的环组成, 它们以彼此相反的方向传送信号, 在这种情况下只有一个方向的环传送被保护的工作业务而另一方向的环留作对工作业务进行保护, 保护容量不被所有跨距段所共享。
环中可承受的最大业务需求量受限于跨距段的容量, 所谓跨距段是指环中两相邻节点间的一组复用段, 环中的业务需求方式不影响单向环的容量, 换句话说, 所有节点的需求量总和不超过单个跨距段的容量。
1.3 二纤双向复用段共享保护环
二纤双向复用段环是目前采用最多的一种网络保护形式, 适合于环上业务量较大或者环内各站点业务分布比较分散的情况。由于受到APS协议的限制, 复用段环环网上的ADM网元数目不能超过16个。针对双向复用段环路业务, 还有一条“就近路由选取”的原则。因为双向复用段环中业务是不必遍历环上所有网元的, 所以业务占用的通道资源只与业务上/下站和业务穿通站有关。业务经历的站越少, 其占用的通道资源就越少, 从而提供给其它业务分配的资源就更多。就近路由选取, 可以避免不必要的通道资源浪费。
1.4 二纤单向通道保护环
二纤单向通道保护环通常由两根光纤来实现, 一根光纤用于传业务信号, 称S光纤;另一根光纤传相同的信号用于保护, 称P光纤。单向通道保护环使用“首端桥接, 末端倒换”结构 (即“首端双发, 末端选收”) 。业务信号和保护信号分别由光纤S1和P1携带。例如在节点A, 进入环以节点C为目的地的支路信号 (AC) 同时馈入发送方向光纤S1和P1, 即所谓双馈方式 (1+1保护) 。
1.5 二纤双向通道保护环
二纤双向通道保护环的工作原理与二纤单向通道保护环类似, 不同之处仅仅是业务信号的传输方向由单向改为双向, 环网由二根光纤组成, 二根光纤都用来传送业务信号。
1.6 四纤双向复用段共享保护环
四纤环属于双向共享复用段保护环, 整个环路上有两根工作光纤 (一发一收) 和两根保护光纤 (一发一收) , 如下图所示。S1、S2为业务光纤, P1、P2为保护光纤。当然, 工作光纤构成工作通道、保护光纤构成保护通道。
正常情况下, 业务在工作通道上进行双向传送;而保护通道空闲或传送额外业务。在环上存在环倒换 (非练习环倒换) 或者本区段存在区段倒换 (非练习区段倒换) 时, 额外业务将丢失。
在四纤保护环中, 有两种保护方式, 一种为环倒换, 与二纤环倒换基本相似。一种为段倒换, 与1:1线形复用段倒换相类似。
2、子网连接保护 (SNCP)
2.1 子网连接保护 (SNCP) 的概念
SNCP是英文“sub network connection protection”的缩写, 翻译为子网连接保护。这里的子网是广义上的子网, 即一条链、一个环都是一个子网。SNCP就是研究如何对子网间业务实施保护的技术。它是指对某一子网连接预先安排专用的保护路由, 一旦子网发生故障, 专用保护路由便取代子网承担在整个网络中的传送任务。
SNCP的保护原理与通道环保护一样, “双发选收”, 即通过在业务的接收端对业务发送端双发过来的两个业务源进行选择, 接收一个好的业务。与通道保护不同的是, 通道保护的“选收”是在PDH接口板完成的;而SNCP的“选收”是在交叉板上完成的。
2.2 SNCP的基本工作原理
SNCP每个传输方向的保护通道都与工作通道走不同的路由, 如图1所示 (图中只标出了信号的一个方向) 。图中, 节点A和B之间通过SNCP传送业务, 即节点A通过桥接的方式分别通过子网1 (工作SNC) 和子网2 (保护SNC) 将业务传向节点B, 而节点B则通过一个倒换开关按照倒换准则从两个方向选取一路业务信息。SNCP采用的是双发选收的工作方式。
SNCP在网络中的配置保护连接方面具有很大的灵活性, 能够应用于干线网、中继网、接入网等网络, 以及树形、环形、网状的各种网络拓扑, 其保护结构为“1+1”方式, 即每一个工作连接都有一个相应备用连接。当同时在复用段实行保护时, 传输信号将有可能被双重保护。
SNCP的子网是广义上的子网, 即一条链或一个环都是一个子网。在网络结构日趋复杂的情况下, SNCP是唯一的可适用于各种网络拓扑结构且倒换速度快的业务保护方式。SNCP作为通道层的保护还可用于不同的网络结构中, 如网状网及环网等。
表2-1是对几种保护方案的性能进行的比较。
从表2-1中不难看出:与其它保护方案相比, SNCP保护具有成本低、不需要APS协议支持、组网灵活、系统简单等突出的特点。这些突出的优点使得SNCP在当今的通信领域拥有广泛而灵活的应用。
2.3 现网业务保护领域中的应用SNCP技术实例
因为SNCP具有上述的技术特点, 所以它非常适用于不同厂家设备的基于业务的保护应用。利用子网连接保护, 电信运营商可以合理的置换、调配资源, 使其业务受到更为安全、高效的保护。
某甲电信运营商拥有覆盖全国范围的骨干光传输网络, 其中西北环覆盖了我国中西部地区的10个省、自治区、直辖市, 拥有绵延大西北地区长达接近1万公里的光缆。但由于受到既有光缆资源的地理分布限制, 西北某甲市以西地区的网络仍是链状的物理拓扑结构, 一旦发生中断故障, 由于没有可迂回的路由, 电路资源将无法实现保护。
为克服链状网络在物理结构上存在的先天不足, 某甲电信运营商与某乙电信运营商在西北地区进行了电路资源的互换。在西北某甲市-西北某乙市双方互换了1×2.5Gbit/s电路, 在西北某甲市-西北某丙市间双方也互换了1×2.5Gbit/s电路。采用SNCP为核心的保护技术方案, 网络系统可在50ms以内自动保护切换, 用户根本感受不到故障的存在。
SNCP保护方案的具体应用描述如下:某甲电信运营商方面受保护的155Mbit/s业务在西北某甲市、西北某乙市两端的对接设备上分别做了SNCP保护配置。在正常情况下, 业务工作在主用通道, 同时在某乙电信运营商方面的备用通道也传送业务信号, 系统默认接收主用通道信号。当某乙电信运营商方面西北某甲市-西北某乙市链上发生故障造成主用通道中断时, SNCP保护自动切换, 此时系统切换至某乙电信运营商方面的备用通道工作。当主用通道恢复正常时, SNCP系统将默认切换回主用通道工作, 由此实现业务的自动保护。
三、总结
SNCP保护是一种基于业务的保护方式, 它对各种传输网络都有较大的适应性, 不依赖于厂家、线路和设备, 具有极为灵活的组网和应用价值。另外电信运营公司和相关的技术维护人员也可随时根据网络的情况, 将SNCP的工作、保护通道进行实时的切换, 以并发优收的原则保证业务的高度可靠, 所以SNCP在当今的通信领域拥有广泛而灵活的应用。
参考文献
(1) 华为技术有限公司.光传输系统操作手册.2006
(2) 深圳讯方通信有限公司.传输实训指导书T2000.2009
光保护剂 篇2
国旗下讲话稿
（肥光小学：周宗友）
亲爱的老师、同学们，大家早上好！
2012年9月10日至16日，是我们肥光小学保护未成年人合肥权益宣传周。你们知道吗？为了保护未成年人的身心健康，保障未成年人的合法权益，促进未成年人在品德、智力、体质等方面全面发展，培养有理想、有道德、有文化、有纪律的社会主义建设者和接班人，在2006年第十届人大常委会二十五次会议上从新修订了未成年人保护法，并且修订后的新法将于2007年6月1日起正式施行。根据宪法，制定了《未成年人保护》本法。
新修订的未成年人保护法共有七章七十二条。对家庭保护、学校保护、社会保护、司法保护和法律责任都有具体的描述。总的来讲具有三大特点：
第一：明确规定了未成年人是指未满十八周岁的公民；未成年人享有 “生存权、发展权、受保护权和参与权”四项基本权利；未成年人享有受教育权，国家、社会、学校和家庭尊重和保障未成年人的受教育权；未成年人不分性别、民族、种族、家庭财产状况、宗教信仰等，依法平等地享有权利。
第二：明确规定对未成年人要特殊、优先保护，保障未成年人的合法权益不受侵犯。如：爱国主义教育基地、儿童活动中心应当对未 1
成年人免费开放；博物馆、纪念馆等场所，应当按照有关规定对未成年人免费或者优惠开放。学生的知识产权要得到有效合理的保护。第三：就是要着力保护未成年的人身心不受到伤害，不沉迷于不良事件之中。规定中小学周边不得设置网吧，社区中的公益性互联网，应当对未成年人免费或者优惠开放，为未成年人提供安全、健康的上网服务。
听了我的介绍，你是否对新修订的未成年人保护法有一个简单的了解呢？我们是祖国的未来，民族的希望，未成年人保护法的颁布与实施就是要有效保护我们的合法权益，使我们能够在品德、智力、体能等多方面得到全面的发展。同时新法也是对我们日后学习、活动的基本要求，在此，我也向全校同学发出倡议，远离网吧，游戏厅，让我们真正渡过一个健康、快乐的绿色童年。
除了以上讲的，那么我们未成年人如何加强对犯罪的自我防范？
（一）增强辩别是非和自我保护的能力。
未成年人只有学好知识，丰富社会生活经验，锻炼各种能力，才能对违法犯罪行为有一个清醒的认识，才能分清是非。
（二）加强未成年人用法律维护自身合法权益意识。
未成年孩子对犯罪的自我防范，除以上讲的，还必需懂得同违法犯罪行为作斗争应该采取哪些措施。根据实践经验，我们建议同学们如果在遭到违法犯罪行为侵害的时候，切切要记住两点：
第一、同学们要以躲避免受违法犯罪行为侵害为自己的首要任务，不提倡你们去同违法犯罪分子面对面博斗，比较明智的做法是遇事不
慌，然后设法摆脱或向四周的大人呼救，或拔打110报警。
第二、如果同学们发现自己正在或已经受到非法侵害的就应该采取正确的途径解决。如及时向同学、家长或者其他监护人报告，由家长、老师或学校出面制止不法侵害，也可以向公安机关或者政府主管部门的报告。不要怕你报告了他们的不法行为后会遭到报复，你越是胆小害怕，他们就越胆大妄为。同时，当你开始与同伴在一起玩时发现同伴有犯罪意图时，你应当制止他，如果你制止不了的话，你就要赶快想办法远离他，千万不能为了哥们义气跟着同伴，因为你一旦跟着去，即使你没有动手，你也难脱干系。因为受害人不管你具体有什么行为，他只说共有多少人实施了犯罪，你们这些去的人即使没动手也都助了威。所以我们的同学以后如碰到这种情况，一定要保持清醒的头脑，要有自我保护意识，不要惹祸上身。总之同学们如遇上不法侵害时，不要害怕，一定要沉着、冷静，机智勇敢，要敢于检举揭发，积极同违法犯罪行为作斗争，我们要坚信邪不可能压正的道理，干坏事的心总是虚的，害怕的应该是他们。
同学们，今天你们是在校的学生，明天是祖国建设的栋梁，社会也关注着你们，国家为未成年人特别制定了相关法律来维护你们，使你们能健康成长。希望大家知法、懂法、守法，学会用法律的武器保护自己，同时不干违法犯罪的事，做一个守法小公民。
谢谢大家！
光保护剂 篇3
关键词：安全传送网；线路保护；OLP光线
中图分类号：TN929 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2013）20-0056-02
通信行业竞争日趋激烈，用户对网络稳定性的要求不断提升。为了实现不间断的服务，运营商也在对通信网络制定各项举措，而传输干线作为业务承载平台，对网络的稳定性起到重要作用。自然灾害、施工疏漏、人为破坏……都可能造成光缆故障。一旦光缆出现故障，唯一的解决方式就是人工修复。故障定位、赶赴现场和现场抢修一系列动作，使得修复时长动辄都在小时数量级，这就要求建立光缆应急保护预案。光线路自动保护（OLP）系统应运而生。
目前中国移动广东公司省内长途传输网引进OLP系统。光线路自动切换保护系统是搭建在光缆物理链路上的自动检测保护系统，它完全独立于通信传输系统。一旦工作线路光纤的损耗增大，而导致通信质量下降或工作线路光纤发生阻断时，OLP能够迅速地将光通信传输系统从工作光纤切换到备用光纤，做到迅速恢复通信，从而实现增强通信系统的可用性和可靠性的目的。
1 工作原理
OLP系统是一个集监测、保护和管理于一体的自动监测保护系统。通过了解OLP的工作原理，可以极大地帮助进行OLP系统的故障定位、处理。
1.1 OLP功能模块
OLP系统的功能模块包括设备硬件和网络管理软件两个部分。其中，网络管理软件发挥着对设备硬件的日志管理、路由管理、故障管理、安全管理等作用。而设备硬件的关键部位可分为控制电路部分、光功率监测部分、切换电路部分等三部分。
控制电路部分的作用是控制和协调其他模块工作。光功率监测部分主要起到监测主备光纤上光功率值的上升和下降的作用，内置光电传感器和1×2分光器，分光比一般为97∶3。切换电路部分内置光开关，受控于控制电路，在主备光通道之间自动切换。
1.2 OLP保护方案
广州杰鑫OLP设备的保护方式可以分为1+1保护方式和1∶1保护方式：
1.2.1 1+1模式：先由站点A发出光信号，光信号经过50∶50分光后，通过主、备用线路同时传输到站点B，接收端接收到两路信号的功率，站点B的接收机选择接收其中的一路信号。广东移动省内干线系统的所有OLP设备都默认采用这种工作方式，设备的插损约5DB；广州杰鑫1+1型OLP设备具有“自动返回”、“自动不返回”、“手动”三种工作模式。一般OLP正常运行时较多使用该种模式，当在用光缆发生中断时，备用光缆会自动切换，而当两根光缆均正常时，则维持在目前在用光缆上。
1.2.2 1∶1保护方式：站点A发出的光信号不经过分光，而是通过光开关直接送到主用路由上去，此时备用路由是空闲的。如果主用线路出现故障，致使接收光功率出现问题，主用线路的接收端光功率监测到电路功率超过了我们原先设定的阀值，立即通知控制电路，将本端的两个开关同时切到备用光路，另外一端的设备会同步地将对端的开关切换到备用光路。广州杰鑫1∶1型光线路保护器共“自动不返回”、“自动返回”、“手动”、“强制”四种工作模式。
2 OLP设备故障处理原则
当OLP设备发生故障告警时，需要工作人员在第一时间进行相关故障定位，以便及时开展有效修复。故障处理人员要首先判断出故障原因、性质、位置等等，然后才是采取相应的措施。平时应该充分了解和整理好各设备之间的连接关系，这样有助于发生故障后快速定位，才能快速排除故障。
3 OLP应用于波分系统的故障处理
波分系统本身有一套网管系统，和OLP网管系统配合，可以很快地定位故障。如果波分设备自身出现故障，则波分系统网管上会有相应的告警信息；如果OLP设备出现故障，则在OLP网管系统上有相应的告警信息；如果是光缆线路出现故障，OLP设备的主用路由上会有紧急告警，同时系统将会自动切换到备用路由上承载。对于系统之间有OA站的情况，OA站自身失效或OA与OA站之间的光缆中断，都会触发OLP倒换。当波分系统某个波道发生故障时，则OLP不一定会倒换，取决于每个波道的光功率，系统接收端的光功率为所有波道及噪音功率之和，当接收光功率低于切换门限则OLP系统倒换。
OLP网管的另一个重要作用是用来监测光缆线路质量。在路由组视图中，可以看到相关设备性能参数监视图。监视图可以方便地了解两端设备Tx/T1/T2，Rx/R1/R2参考点的光功率。按照维护手册要求每天记录各个参考点的值，进行对比，便于发现一些慢性的系统隐患故障，并能很快地定位故障点。
如果机房内没有网管，可以通过观察OLP切换盘指示灯来判断故障点，同样可以快速定位故障点。
4 结语
OLP系统是面向传输网络防阻断需求而设计开发的。OLP是对光传输层面的保护，其控制机制针对的是光纤路由，由于它与传输设备关联小，所以没有兼容问题。OLP完全独立于SDH和波分系统的网元设备，在结合备用光纤路由或空闲波长通道的情况下，可以组建一个切换保护网络。实践证明，OLP保护快速可靠、安全灵活、业务恢复能力强，光线路自动保护系统的应用为广东移动光缆线路传输网络的安全运行提供了有力保障。
参考文献
[1] 韦乐平，等.光网络——系统、器件与联网技术
[M].北京：人民邮电出版社，2006.
输电线路光差动保护初探 篇4
纵联电流差动保护通常作为电力系统高压输电线路主保护,通常是通过测量流入被保护单元两端电流,计算得到差动电流,再将差动电流与事先设定的整定值比较,判断保护区内是否发生故障。当系统正常运行状态或保护区外发生故障,不考虑分布电容和并联电抗器影响时,流过被保护单元两侧电流大小相等方向相反,其差流为零,保护不动作;当保护区内发生故障,被保护单元两侧电流方向相角差不大,会产生很大差流越过设定的门槛值时,保护会立即动作切除故障。为了提升电流差动保护在内部故障时的灵敏性和外部故障时不动作的可靠性,在实际应用中通常采用如标积制动、和差制动、三段式制动[1,2,3]等措施。
由于传统的电磁式电流互感器铁芯存在非线性、磁饱和等问题,通常需要采取抗电流互感器饱和措施,可能会降低了电流差动保护性能[4,5]。全光纤电流互感器利用Faraday磁光效应测量电流,具有动态响应特性好、不存在磁饱和、抗电磁干扰、频带宽等优点,能够从根本上解决该问题,通过全光纤电流互感器构成差动保护能够提升差动保护的可靠性、灵敏度、动作速度[6]。输电线路电流差动保护实现是基于比较线路两端同时刻的电流信息,保护必须使用线路两侧同时刻的数据才能正确工作,要求线路两侧采样时刻同步、利用线路两侧同时刻采样数据计算差动电流,因此需要高速、可靠通信以及采样同步装置[7,8,9,10,11,12]。文献[13]利用光学电流互感器能够准确测量输电线路电流的暂态非周期分量,提出一种基于线路非周期分量纵联差动保护,该方法不受输电线路分布电容的影响,但是需要高速可靠的通信以及采样同步技术。文献[14]利用光学电流互感器和工控机实现光纤纵联电流差动保护,实现光学电流互感器与微机保护的对接,但仍需要对采样数据进行修正后实现差动保护算法。
由于Faraday磁光效应可以叠加,利用全光纤电流互感器构成光差动保护,将输电线路差动电流测量转换为利用光学器件在光路层面直接进行Faraday磁光效应偏转角的运算,不需要对时就能够直接测量线路差动电流,同时全光纤电流互感器测量范围宽、不存在磁饱和,能够真实反映线路不同状态下的差动电流变化情况。
1 全光纤电流互感器原理
全光纤电流互感器是基于Faraday磁光效应和安培环路定理,通过测量由被测电流引起的磁场强度的线积分来间接测量电流。目前全光纤电流互感器数字闭环系统结构如图1所示[8]。
全光纤电流互感器数字闭环系统由光学系统、传感光纤元件、信号处理系统三部分构成。光学系统实现光信号的产生、转换;传感光纤元件将载流导体中的电流转换为两束相干光的相位差信息;信号处理系统实现对光信号调制与解调,计算待测电流。
由于携带相位信息的两束光在同一个光路中传输,因此温度、振动等外界因素对两束光的影响相同,则避免了外界因素对测量结果的影响,最终得到了两束光相位差与被测电流之间有着严格的对应关系。理想情况下,数字闭环全光纤电流互感器输出相移与被测电流之间关系[9]为:
式中:φF为Faraday磁光效应偏转角;V为传感光纤Verdet常数;N为传感光纤匝数;I为待测电流。
2 光差动保护
2.1 光差动保护结构
由于Faraday磁光效应可以叠加,利用全光纤电流互感器构成光差动保护,将输电线路两侧差动电流的测量转换为光路层面的Faraday磁光效应偏转角的运算,不需要对时即可实现差动电流测量。光差动保护结构示意图如图2所示。
光差动保护由光学模块、传感光纤、传输光纤、反射镜、信号处理模块组成。规定传感光纤以由母线指向线路顺时针绕向为正方向,输电线路两端传感光纤绕向均为正方向;为了保证测量线路两侧电流时变比一致,要求线路两侧传感光纤的Verdet常数与匝数均相同;传输光纤需要保证两束圆偏振光在传输过程中相位差及偏振态保持不变,故采用高双折射旋转光纤,同时要求增大圆双折射以抑制线性双折射的影响[15,16];信号处理模块通过闭环反馈获得两束线偏振光携带的相位差信息。最终,数字闭环全光纤电流互感器输出相移与线路两侧电流im,in之间关系为:
具体工作原理为:由恒定功率光源发出单一波长的自然光,经过起偏器起偏,经过45°尾纤分为两束线偏振光,经过相位调节、保偏光纤通过1/4波片变为左旋和右旋圆偏振光进入传感光纤1,由于载流导体磁场效应,左旋和右旋圆偏振光在传感光纤1中以不同的速度传输产生相位差;携带相位差信息的左旋和右旋圆偏振光通过通信光纤传输至线路对侧;由于传感光纤2内部载流导体磁场效应,两束圆偏振光会再次产生相位差;经过反射镜反射,沿原光路返回,Faraday磁光效应加倍;最终携带两侧差动电流信息的左旋和右旋圆偏振光经过数字闭环控制,输出差动电流。全光纤电流互感器通过数字输出将测量的差流直接送入微机保护接口,进行相应的数据处理,构成差动保护。
考虑到全光纤电流互感器不存在磁饱和、测量精度高、良好的动态响应特性,可以通过设定固定门槛值Iset构成差动保护动作判据。相量差动保护判据为:
当传感光纤出现损坏等故障时,光差动保护没有输出,不会出现传统差动保护因电流互感器断线而导致误动作的情况,因此Iset整定无需考虑躲过最大负荷电流,按躲过外部短路时最大不平衡电流整定即可。
当保护区内发生故障时,线路两侧电流相位相差不大,两个传感光纤中Faraday磁光效应偏转角方向相差不大,则最终数字闭环检测获得的φF会很大,即差动电流很大,计算所得差流相量的模值会超过门槛值,保护动作切除故障;当保护区外发生故障,线路两侧电流方向近似反相,两个传感光纤中Faraday磁光效应偏转角方向相反,则最终数字闭环检测获得的φF很小,即差动电流很小,计算所得差流相量的模值很小不会超过门槛值,保护不动作。
2.2 输电线路长度的影响
基于全光纤电流互感器构成的光差动保护,由于线路两端距离的影响,两束圆偏振光在传输光纤中会产生传输延时,会使得测量的差动电流存在误差,故有必要对光传输延时引起的测量误差进行分析。
不妨设两束圆偏振光由线路一端传输至另一端所需时间为t,稳态时线路两端电流为,则线路正常状态下测量的差动电流为:
式中:θ=ωt。
不考虑线路分布电容电流影响时,即Im=In成立,则测量的差动电流为:
由式(5)可以看出,不考虑线路分布电容电流影响时,光传输延时对差动电流的测量会带来幅值和相角误差,测量误差会随着传输延时的增大而增加。
传统线路差动保护不可避免存在同步误差,不妨设同步角差为φ,稳态时线路两端电流为,则在线路正常状态下测量的差动电流为:
不考虑线路分布电容电流影响时,即Im=In成立,则测量的差动电流为:
由式(7)可以看出,不考虑线路分布电容电流影响时,同步角差会对差动电流测量带来误差,同步角差越大则相应的测量误差越大。
目前超高压输电线路差动保护的同步角差可以控制在1°以内,则当传统差动保护因同步角差引起的测量误差与光差动保护因光传输引起的测量误差相等时,即
取φ=1°时,此时θ=10.72°,对应的输电线路长度为178km。即不考虑分布电容电流的影响,光差动保护应用在178km的输电线路时因光传输延时带来的测量误差与传统差动保护同步角差为1°时引起的测量误差相同。
通过上述分析可知,光差动保护不适宜应用在远距离输电线路中,同时输电线路长度越长其分布电容电流对差动电流测量的影响也越大。考虑到输电线路长度带来的光传输延时以及分布电容电流的影响,因此光差动保护应用的线路长度不宜超过100km。
通过上述分析,当传感光纤的长度较短时,传输延时以及温度、振动等外界干扰因素对光差动保护测量结果影响会更小,故光差动保护方案可应用在短引线差动保护、变压器差动保护、高压母线保护、3/2接线的母线差动保护等场合。采用光差动保护方案能够直接测量差动电流同时不存在磁饱和,在理论上能够一定程度改善上述差动保护的性能。
全光纤电流互感器的相位调制器的调制信号的周期T与偏振光由相位调制器经过传感光纤到反射镜的往返时间τ有如下关系:
当光差动保护应用于输电线路保护时,由于偏振光在光路中传输时间较长,则会使得相位调制器的调制信号频率很低,会大大影响解调信号的精度,甚至无法实现信号的解调。为解决该问题,在调制策略上采用倍频调制策略,使调制信号的周期为T=2τ/n,其中n为正整数,n的选取则是根据时间τ确定,以选择合适的调制信号周期,采用参考文献[8]中的方波调制和相关解调方法可以实现信号的调制和解调。
3 仿真分析
3.1 全光纤电流互感器建模仿真
为了验证光差动保护性能,首先需要建立全光纤电流互感器模型,根据图1建立简化的全光纤电流互感器闭环信号处理流程图[10],如图3所示。
对上述全光纤电流互感器动态模型进行合理简化近似,建立全光纤电流互感器输入信号与输出信号之间关系[11]:
对上式进行Laplace变换,可得:
式中:T=τ/(K2K3)。
由上述传递函数可知,全光纤电流互感器数字闭环控制为典型一阶系统,其时间常数为T,其中K1为Faraday磁光效应偏转角与待测电流的比例系数;K2为前置放大A/D数字量输出与待测相位差之间的转换系数;K3为后置放大D/A转换系数;τ为偏振光在传感光纤中传输时间。在PSCAD中搭建仿真模型参数为τ=1μs,K1=1.517×10-5,K2=3 276,K3=1.529×10-5。
在PSCAD中搭建全光纤电流互感器模型观察其暂态特性如图4所示,图中红色虚线为待测电流,黑色实线为全光纤电流互感器测量电流输出,待测电流在0.3s时发生突变。通过仿真输出波形可以看出,全光纤电流互感器具有较好的暂态响应特性。
3.2 光差动保护建模
利用PSCAD搭建如图5所示的500kV单回输电线路模型,系统电源采用集中参数表示,线路采用Bergeron模型。设置输电线路长度为100km,电源功角δ=20°,分别在母线M设置故障、M侧线路出口设置故障、线路中间设置故障,对比光差动保护测量差流与实际差流。线路参数见附录A图A1。
图6给出了系统正常运行时,黑色实线为光差动保护测量差流变化情况,红色虚线为实际差流变化情况,仿真说明光差动保护测量差流方案在系统正常状态下能够反映实际差流的变化。
附录A图A2(a)和(b)分别给出了保护区外f1点0.3s时发生单相金属性接地故障时,光差动保护测量差流和实际差流的暂态变化过程和稳态变化情况,其中黑色实线为光差动保护测量差流变化情况,红色虚线为实际差流变化情况,仿真说明光差动保护能够很好反映在区外故障时实际差流稳态变化。
附录A图A3(a)和(b)分别给出了保护区内f1点0.3s发生单相金属性故障和经400Ω过渡电阻接地故障时,光差动保护测量差流和实际差流变化情况,其中黑色实线为光差动保护测量差流变化情况,红色虚线为实际差流变化情况,由仿真波形发现,光差动保护测量差流在系统内部发生故障时能够反映真实差流变化。
仿真结果表明,光差动保护无需复杂的对时装置以及采样数据修正方法就能够获得输电线路两端差动电流,同时全光纤电流互感器测量范围宽、线性度好、不存在磁饱和,测量差流能够反映真实差流变化情况。
3.3 光差动保护动作特性
由于光差动保护测量差动电流能够较好反映实际差动电流变化情况,故可采用式(3)所示的固定门槛值的动作保护判据。在图5所示的仿真系统中,设置输电线路长度为100km,电源功角δ=20°,采用半周傅氏算法提取差动电流工频量幅值。
固定门槛值按躲过区外故障最大不平衡电流整定,即
式中:Krel为可靠系数,此处取为1.3;Ker为闭环检测全光纤电流互感器误差系数,根据保护用电子式电流互感器5TPE标准,此处可取为5%;Ik.max为外部短路时流过电流互感器的最大短路电流。考虑到输电线路电容电流的影响,在此整定值的基础上增加电容电流作为固定门槛值。由于光差动保护方案应用的线路长度较短因此线路空投时产生的暂态电容电流不会超过固定门槛值。
附录表A1和表A2分别给出系统在双端电源和单端电源运行状态下,发生内外部故障时光差动保护动作情况。由仿真数据可知,采用固定门槛值的光差动保护对区内故障具有较高的灵敏度,在区外故障具有较高的可靠性。由文献[15]给出的某厂家全光纤电流互感器实际运行数据可知,现阶段全光纤电流互感器的长期运行精度仍不够理想,因此为保证光差动保护的可靠性,在实际应用中需要进一步抬高固定门槛值。
4 结语
全光纤电流互感器是基于Faraday磁光效应和安培环路定理,将待测电流测量转换为Faraday磁光效应偏转角的检测,由于载流导体磁场效应可以叠加,在此基础上将输电线路两端差动电流测量转换为光路层面的Faraday磁光效应偏转角的运算构成光差动保护。光差动保护不需要繁复的对时就可以直接获得被保护线路的差动电流,采用固定门槛值的差动保护判据时按躲过外部短路故障时最大不平衡电流整定即可。在PSCAD中搭建光差动保护模型,由仿真结果可知光差动保护测量的差流能够很好反映实际差流的变化情况,采用固定门槛值的光差动保护对区内故障具有较高的灵敏度,在区外故障时具有较高的可靠性。本文对光差动保护方案做出了一些有益的探索,但光差动保护实用化还有许多问题需要解决,如传感光纤震动问题、传感光纤的线性双折射问题以及温度变化的影响等,仍有待进一步深入研究。
广电网络干线光线路保护方案设计 篇5
广播电视光缆干线网是广播电视系统重要的基础设施是集广播电视、数据、语音等综合业务传输、交换、分配一体的基础网络。江西广电网络于1999年建成开通省干线输网, 传输了大量业务。随着全省广电网络的不断整合和整转对省干线传输网的安全可靠性要求也越来越高。
如何提高干线传输网的安全可靠性, 是各地广电网络在线网络建设和运维中都要重点考虑的问题。根据江西广电网多年经验总结, 在影响省干线传输网的安全可靠性的各种因中, 光缆线路占全部故障比例在70%以上。为此, 江西广网络多年来一直致力于不断提高省干线传输网的光缆线路安保障能力, 一方面采取了建立健全干线光缆维护队伍和制度加大线路维护投入、加强考核奖惩等措施, 另一方面通过开备份光纤、安装光线路自动保护设备来进一步加强保障。
1 干线光缆保障的主要困难
干线光缆基本都敷设在野外, 受外界因素影响极大, 障发生率高, 因天气和地质等自然灾害、外力施工、偷盗车辆挂断、偷猎打鸟等各种原因造成光缆线路阻断的事故常发生。光缆一旦出现中断故障, 必须进行人工修复。先专业技术人员使用OTDR (光时域反射仪) 进行故障点测定位后, 再派抢修人员到故障定位点查找实际故障点, 然后进行光缆接续抢修。修复时间在一小时至数小时, 受到故障发生时间、故障点距离、故障现场自然条件、光缆敷设方式、光缆芯数、抢修设备、抢修人员能力等多方面影响, 个别故障恢复时间会超过十小时。
虽然干线传输网一般都是环形组网, 传输设备具有自愈保护功能, 但无法保护两点以上的线路事故。在干线传输网络 (特别是省级以上) 中, 一般环网的光缆线路长、传输设备多 (如江西广电网络省干线最大的环网超过1300公里, 7个节点站, 7个中继站) , 如果每次故障处理时间都比较长, 出现两点以上的故障概率就很高。
光缆故障造成业务中断的主要原因有:1.部分站点传输设备未加入环网中, 无法做到设备的自愈保护;2.部分站点两个方向的光缆在进出城引接部分同缆或同路由, 引接光缆发生中断造成站点脱环;3.环网某段光缆中断 (故障或割接) 时, 另一段光缆发生故障中断或环网另一处传输设备发生故障, 造成环保护失效。前两种原因一般是建网初期存在的问题, 通过光缆线路建设和网络拓扑改造后就可以解决, 但是双断的故障却很难杜绝。
为了降低双断风险, 除了加强维护力度和提高抢修速度, 以降低光缆中断率和缩短故障抢修恢复时间外, 一种重要而有效的手段就是在各站间开通主备两路光纤, 并在发生在用光纤中断时尽快切换, 将发生双断的概率降到最低。
2 光纤备份方案
2.1 光纤备份的原则
为了实现光纤的有效备份, 开通备份光纤必须满足以下原则:一是主备光纤不应在同一根光缆中, 并尽量保证主备光纤所在光缆通过不同路由敷设;二是主备光纤都能满足传输设备的正常传输要求;三是主备光纤在长度、衰减和色散等方面应尽量接近, 降低对传输系统的影响, 方便光线路自动保护系统的设计、调试和维护。
2.2 纤芯互换
电信运营商在干线各站点之间一般都有两条或两条以上的光缆, 而广电网络很难在短时间内全部做到。为此, 江西广电网络在进行光纤备份时, 最先实施是与其他多个运营商进行纤芯互换, 双方根据各自需要进行干线光缆的纤芯互换。只需要在双方线路段两端城区的机房间新建少量对接光缆, 建设成本低, 建设周期短。通过纤芯互换解决了省干线网三分之二的光纤备份, 剩余部分主要由于:各家网络拓扑不一致, 没有所需光缆线路资源;双方路由完全相同, 备份作用不大。
2.3 建设备份光缆线路
为了整体解决省干线光缆的备份问题, 江西广电网络计划在3~5年时间里逐步建成自己的省干线第二路由光缆, 第一年先对没有备份光纤的线路段进行第二路由光缆建设。
对原有线路质量较好, 安全性较高的, 第二路由则采取搭挂自己的乡镇网杆路、其他合作运营商杆路等方式。对于原有线路质量因多年运行, 质量较差, 安全性不高的, 第二路由则尽量采取租用高速公路管道或铁路电缆沟等方式敷设, 保证较高的光缆线路质量和安全可靠性, 开通后作为主用。
对于一些特殊路段无法建设第二路由的, 也采取优化措施, 提高安全可靠性。如省干线九江到景德镇段, 由于光缆路由必须经过湖口 (鄱阳湖入长江口) , 而目前只有一条高速公路可以通过, 无法建设第二路由。考虑到在高速管道中的光缆故障率极低, 此段光缆运行十余年, 中断均发生在从高速公路出口到机房引接段光缆。在现有情况下, 先对此线路段各站的引接段进行了第二条路由建设。
3 主备光纤切换方案
3.1 人工切换
江西广电网络在省干线传输有了备份光纤后, 初期采用的是人工切换方式。具体操作过程是:1.当在用光缆故障发生造成省干线传输网中断或性能劣化后, 省中心网管人员要及时通过网管发现, 分析确定故障属于光线路故障, 并确定故障所在线路段;2.网管人员通知省公司干线维护部门, 后者联系线路段两端当地相关维护人员;3.当地维护人员首先到机房, 用光功率计测试确定传输设备线路侧收发光功率是否正常;4.如发光正常、收光中断或偏低, 即可确定是光缆线路故障, 两端维护人员相互联系, 同时操作, 将光信号调整到非在用光纤, 恢复省干线传输光线路;5.用OTDR进行光缆故障定位, 派人现场排除故障;6.根据需要确定是否需要将传输设备光信号调整回原来使用的光纤, 如需要调整, 再安排两端维护人员共同操作。
由于人工切换涉及环节和步骤多, 对人员要求高, 任何一个环节出现问题, 都将拖延故障修复时间, 甚至可能发生操作失误导致更大事故。而且要经常对非在用纤芯进行测试, 确保随时能够投入使用。
3.2 光线路自动保护系统
正是由于人工切换存在的各种问题, 各种光线路自动保护技术不断涌现和成熟, 江西广电网络在省干线传输网络中也逐步使用了光线路自动保护系统 (OLP) 系统。
3.2.1 系统原理和组成
OLP系统当工作链路传输中断或性能 (主要是光功率) 劣化到一定程度后, 系统自动进行切换, 将被保护的传输设备的信号切换到备用光纤上传输。OLP系统能够缩短传输系统的通信中断时间, 提高维护效率, 保证在切换过程中基本不会对传输设备造成影响。由于切换时间小于50ms, 传输设备线路侧光板一般不会检测到光丢失, 但会引发一次环保护倒换, 对业务不会造成影响。
系统主要由光线路自动保护设备硬件与网络管理软件两部分组成。独立的OLP设备硬件由机框、控制单元、电源单元和OLP保护单元组成。
3.2.2 保护倒换类型
OLP系统适用于对点到点应用的保护, 保护倒换类型主要有两种, 即1+1和1:1。
1.1+1保护
采取双发选收的方式, 即传输设备发出的信号光在发端通过OLP的分光器分成相等的两份, 分别在主备用光纤上同时传输, 收端OLP接收并监测两路光信号, 按照预先设置选出一路送给传输设备。当系统在用光纤出现中断或质量下降导致光功率下降或中断时, 如另一路光纤传输信号正常, 则收端根据OLP设备预先设置的保护倒换门限判断, 达到条件则自动将另一路光纤上的光送给传输设备, 发送端不需要动作, 不需要倒换协议, 收发两方向分别判断和倒换。系统组成如图1所示。
2.1:1保护
采取收发双选 (又称选发选收) 的方式, 即正常工作时传输设备发出的信号光在发端经过OLP后, 送往一路光纤传送, 一路光纤做备用, 不传递信号光。当在用光纤的一根或两根都中断, 或质量下降到预先设置的倒换门限时, OLP设备会将收发两路光全部切换到另一路光纤上。倒换时由两端的OLP设备进行自动协商, 无需网管干预。为了对备用光纤也进行实时监测, OLP设备在备份光纤要传输一路监测光。监测光来源有两种, 一种是OLP设备内置一个激光器, 另一种是对传输设备信号光进行分光, 分出一小部分 (如10%) 作为监测光。系统组成如图2所示 (采用传输设备光做监测光) 。
采用1+1和1:1两种保护的OLP实际都是由光开关和光分路器组成, 前者在发端用一个1×2等分光分器、收端用一个1×2光开关;后者在发端用一个2×2光开关, 收端用一个1×2光开关, 如使用传输设备信号光分出监测光, 则发端还需要一个非等分1×2分光器。
为了对各环节光功率进行实时监测, OLP设备内置若干个光功率监测电路。该电路内置光电传感器和1×2分光器, 分光比一般为97:3, 分出3%送入光电传感器监测, 用于实时监测主备光纤上收发各环节光功率值的变化。
3.两种类型的比较
1+1保护方式是热备份机制, 动作时间短, 结构和判断依据简单, 但插入损耗大 (发端≤4d B, 收端≤1.5d B) , 适用于系统光功率冗余度比较大, 对倒换时间比较敏感的线路。1:1保护方式在收发双纤同时进行保护倒换, 所以保护倒换时间更长, 但插入损耗也小 (收发端均小于1.5d B) 。
3.2.3 关键指标和功能
1.关键指标
1) 工作波长范围, 常用的是1310nm和1550nm波段;2) 光功率范围, 是在保证OLP系统性能的情况下各个光端口所能承受的信号光功率范围;3) 自动切换时间, 从光纤线路出现故障导致传输设备光信号异常到通过自动切换后信号恢复正常的时间, 要求小于50ms;4) 插入损耗, 从OLP设备输出端口的光功率与输入端口光功率之差, 分发送端和接收端插入损耗;5) 光功率精确度, 是光功率监测部分测到的光功率值与实际值之差;6) 光功率分辨率, 是监测部分测到的光功率的精确度;7) 告警光功率阈值, 是OLP系统各个光端口设置的光功率告警的门限值;8) 切换阈值, 是OLP系统的自动切换的门限值, 光功率绝对值或主备光功率之间差值。
2.主要功能
1) 透明传输, 由于系统由无源光器件组成, 对符合指标的光信号进行透明传输, 除插入损耗外, 不对光信号造成劣化, 也不存在与传输设备兼容的问题;2) 自动保护切换方式, 有两种方式, 一种是恢复式 (主用光纤优先, 主用光纤故障时切到备份光纤, 恢复后延时一段设定时间后自动返回主用光纤) , 一种是非恢复式 (光纤发生故障才进行切换, 切换后保持状态直到人工干预或发生光纤故障) , 支持通过网管设置选择, 前者适用于主备光纤指标相差较大的情况, 后者可以减少切换次数;3) 切换控制, OLP系统实时根据预先设定的阈值自动进行切换判断和切换动作, 通过OLP设备面板上的按钮/开关或网管也可以进行手工切换;4) 无光栓锁, 在传输设备无光输出时, OLP系统能锁定原状态, 不发生切换动作, 便于被保护光传输系统的维护和故障定位;5) 掉电/上电栓锁, OLP系统掉电/上电不发生切换动作, 确保被保护光传输系统的稳定运行;6) 热拔插, 所有板卡应支持热拔插。
3.厂家传输设备与第三方OLP设备的比较
随着OLP技术的发展成熟, 很多厂家的光传输设备也能够集成OLP功能, 一般采取1+1保护方式。采用原厂的OLP板卡可以利用传输设备的网管来实现设备管理、监控和线路调度, 操作界面统一, 便于日常管理和维护工作。而且整个传输系统设计可以由一个厂家完成, 能解决OLP引入带来的额外插入损耗、主备光纤各种参数不一致、OSC (光监控通道) 信号传输、OSNR (光信噪比) 等各种情况和问题。在系统安装、调试和维护工作中, 可避免因传输设备与OLP设备厂家在出现问题时相互推诿, 延误问题的解决。
第三方OLP设备一般采用1:1保护方式, 插入损耗较小。但需要另外增加单独的OLP设备网管, 并要为其提供带外的网管传输电路。当传输设备无OLP板卡时只能采用第三方OLP设备, 而且OLP设备选择余地大。
3.3 江西广电网络省干线OLP的选择
3.3.1 省干线SDH
江西广电网络省干线SDH是1999年开通, 采用的是朗讯设备ADM16/1, 由于设备采购早, 系统没有OLP功能, 因此使用的是第三方OLP设备, 采取1:1保护方式。SDH线路板为1550nm长距离板, 接收功率范围比较大 (-9d Bm至-28d Bm) , 系统设计开通时, 接收功率都在-10d Bm到-20d Bm之间。所以引入OLP后, 带来了额外的3d B衰减, 加上增加的尾纤和活接头等因素带来的损耗, 系统接收光功率也高于-25d Bm, 能够满足SDH系统的要求。
3.3.2 省干线DWDM
2011年江西广电网络开始建设省干线波分系统, 在系统设计时就充分分析和比较了原厂和第三方OLP方案。在对原厂OLP设备做了充分了解, 综合比较性价比后选择了原厂OLP设备。
波分系统与SDH系统相比, 对很多指标的要求不同, 而且在引入主备光纤后, 要充分考虑主备光纤在线路损耗、色散等方面的不同, 主备光纤相差较大的要分别进行色散补偿和光放大设计, 确保波分系统在主备光纤上都能正常运行。
经过江西广电网络多年实践证明, OLP系统光路保护快速可靠、安全灵活、恢复能力强, 能够有效解决干线光缆抢修时间超长等问题。可达到以下目标:降低线路阻断导致业务中断的概率;提高故障发现和修复速度;对备份线路实现实时监测;灵活调度路由, 方便线路割接和检修;提高线路维护各项考核指标。在使用了OLP系统后, 大大提高了江西广电网络省干线传输的安全性和可靠性, 保障了全省广播电视的安全播出, 也为做好各项业务提供有力的保障。
摘要：本文介绍了江西广电网络近年针对省干线传输面临的严峻形势, 并根据本省和广电行业的实际情况, 合理设计江西广电网络省干线光线路保护方案, 包括光线路备份和主备光线路切换, 并不断对方案进行优化调整, 大大提高了广电网络干线传输系统的安全性和可靠性。
关键词：广电网络,干线,备份光纤,OLP
参考文献
[1]中华人民共和国信息产业部.YD/T1769-2008光线路保护系统管理技术要求[Z].行业规范.
一种新型智能光路保护系统 篇6
通信技术的飞速发展,全光网络概念的出现,通信信息量的极大增长,使光纤通信网络在电信网中作为传输支撑网络的重要性已越来越明显。光缆线路一旦发生故障,造成通信中断,其损失是难以估量的。据统计我国每年发生2 000次以上的光缆阻断,造成10亿元人民币以上的巨大直接经济损失[1]。因此,对光缆线路实时监测与管理,及时发现光缆故障并快速自动保护倒换,对提高网络生存能力是至关重要的[2]。
目前,各电信运营商采用的光网络保护方式主要有以下四种:人工调度预案保护、光路分流保护、SDH自愈环保护、光路自动倒换保护[3]。由于人工调度预案保护和光路分流保护方式的效率较低,已无法满足无阻断通信服务质量的要求;SDH自愈环保护方式的应用有限,保护机制复杂,并且干线SDH自愈保护的功能无法实现;光路自动倒换保护是对光传输层的保护,且控制只针对光纤路由,与传输设备关系较小,不存在兼容问题,容易组成光路保护网络。本文所介绍的智能光路保护系统正是此背景下的具体技术实现。
1 智能光路保护系统工作原理及结构
本智能光路保护系统采用1+1保护方案,图1为系统自动保护设备工作原理图。光同时通过工作光纤1和保护光纤1传输,在接收端保护设备选择其中的1路光传送给光传输设备。正常情况下,由主控单元(主单片机)在不同的时间间隔分别对工作光纤2和保护光纤2进行光功率实时采样监测,并将其与预先设定的三级不同报警级别的光阈值进行比较,以确保工作光纤和保护光纤均处于完好状态。一旦监测到工作光纤线路发生故障,主单片机立刻发送倒换命令给从单片机,从单片机驱动光开关实现光路倒换,同时,将倒换结果通过主单片机反馈给上位机网管中心。1+1保护方案虽然会给光纤通信系统带来3 dB附加损耗,但无需自动保护倒换协议(APS),工作原理简单,倒换速度快,适用于大客户接入保护以及短距离局间保护等。
自动保护设备采用一主一从双单片机,主单片机负责光功率实时监测、数据处理显示以及和上位机通信,从单片机负责键盘处理、光开关倒换和告警灯LED控制,主从单片机之间采用并行接口通信。设备和上位机网管中心之间通过RS232接口或GPRS接口通信,如图2所示。
2 智能光路保护系统的设计
2.1 硬件设计
光功率实时监测单元由光电转换电路、信号调理(程控放大)电路和A/D转换电路组成。
在每一个保护设备的接收端都有两路光电转换电路,如图1所示,它们分别将从工作光纤2和保护光纤2中分离出的5%光信号转换成电流信号,用于光功率监测。该电流信号有两个特点:信号的绝
对值较小(1 nA),信号的动态范围大(1 nA ~10 mA)。因此,信号调理电路需将电流信号转换成A/D转换器对应的电压信号,并保证在整个范围内有合适的精度。实现的方法有两种:直接采用对数放大器和设计符合系统输入特点的程控放大电路[4]。由于对数放大器的市场价格较高,本系统采用后者。根据系统总体设计,监测光功率的范围为-50~10 dBm,采用6级程控放大,即每级对应的光功率恰好为10 dBm。
主单片机根据采集的信号自动选择不同的放大通道,其中一级放大的放大系数最大,反馈电阻最小。整个信号调理电路由LF411、HEF4051、74LS375、CA3140及一些分立元件组成,其中,集成运放LF411具有非常低的输入偏置电压和非常小的温漂,与周围各级精密电阻结合实现电流信号的分级放大处理。模拟通道选择器HEF4051及其周围精密电阻用以实现程控放大。锁存器74LS375用于锁存程控放大的档位选择参数。高速集成运放CA3140具有极高的输入阻抗和极低的输入电流,在电路中用作电压跟随器,对信号进行稳定处理,以提高放大信号的质量。
在工作光纤2和保护光纤2监测通道再各用1个16位的A/D转换芯片AD7705测量每一路经信号调理的电信号,以提高采样精度,最终实现光功率的A/D转换,如图3所示。本系统由2.457 6 MHz外部晶振提供时钟信号,以最高500 Hz的转换速率工作,由MC1403提供2.5 V外部参考电压。整个光功率数据的采集主要是通过程控放大开关的切换和A/D采样过程联合完成的。
主单片机通过主、从单片机通信电路向从单片机发送操作命令(如:光开关倒换命令、告警灯操作命令等)。主、从单片机间采用并行数据通信方式。如图4所示,数据总线通过8255扩展,并配有2对握手信号线。数据总线双向传输,握手信号线单向传输。同时,从单片机通过该通信电路向主单片机传送按键的键值和光开关操作反馈结果。
光开关自动倒换控制由从单片机及光开关驱动电路共同实现。从单片机根据主单片机发出的光路倒换命令,通过光开关驱动电路实现对收、发两个光开关(一组)的状态控制,实现工作光纤通道与保护光纤通道间的倒换。光开关驱动电路如图5所示,单片机P0.0端口负责光开关的驱动控制和状态检测,由于单片机输出的驱动电平信号不足以直接驱动光开关倒换,因此利用三极管对该驱动脉冲信号进行放大。驱动信号为脉宽约10 ms的正脉冲信号。
2.2 软件设计
2.2.1 光功率实时数据采集处理
在系统软件设计中,主单片机的数据采集处理模块是光功率实时数据采集和处理的关键,也是实现光功率实时监测的重要组成部分。该模块分为A/D采样、采样值转换成光功率和数据处理三部分。
A/D采样软件主要是为了提高采样电压的精确度。由于程控放大电路中相邻两个反馈电阻阻值相差10倍,采样参考电压为2.5 V,采样时若电压太低或太高都会使采样值不够精确,因此采样电压范围不选择满范围0~2.5 V,而选择0.2~2.0 V,即下限电压和上限电压相差10倍,因而在超出限定采样电压范围,并向相邻放大档位倒换后,采样电压原本处于上限(或下限),在档位切换后就处于放大档位的下限(或上限)了,使档位切换过渡比较平稳,档位之间衔接比较连贯,提高了信号的采样精度。
采样值转换为光功率部分将A/D采样得到的16位数据S根据下式计算得出对应的光功率:
采样电压:
光电流:
光功率:
式中0xFFFF为A/D满量程时的采样值。接着将这些浮点数格式的数据转化成定点数格式,最后通过乘十或除十运算提取每一位的数值,将其规格化为如图6所示的BCD码的光功率数据格式。
数据处理软件设计是将前面两部分得到的监测光功率数据放大相应倍数,转化成光纤中实际传输的光功率,将其与主单片机中设置好的各级光功率阈值进行比较,判断是否需要告警和倒换,下达相应的控制命令给从单片机,同时记录相应的日志,并在实时光功率数据前后加上数据包头、标签头、工作通道编号、时间值、告警级别、光功率阈值、CRC校验码和数据包尾,组成实时光功率信息数据包,存储在外部RAM中等待上位机查询。
2.2.2 主、从单片机通信协议
光开关自动倒换需通过良好的双机通信协议实现。系统中所有的动作操作都由从单片机完成,而所有的命令均由主单片机判断及下达。由于主、从单片机之间是通过并行接口通信的,所以主、从单片机之间的交互操作主要通过两个单片机之间的2对握手信号线传输握手信号代码和命令信息以及它们的工作状态信息的相互查询实现的。握手信号代码定义如下:“11”为有数据准备发送(发送方输出);“10”为允许发送数据,准备接收(接收方输出);“01”为数据有效,请接收(发送方输出);“00”为数据接收完毕,结束操作(接收方输出)。
主单片机工作状态的定义是与其设备运行状态的显示一一对应的,这样有助于协调显示—主单片机—从单片机三者相互工作的关系。如图7所示,对主单片机的所有工作状态按程序的执行顺序划分层次,如果同一个层次中有多个工作状态,再以子状态进行区分。这样,主单片机的每一个工作状态与一个层次变量值和一个子状态变量值组合一一对应。如图8所示,将这两个变量值融合到一个字节中,用一个全局变量(Vstate)存储,这样主单片机的每一个工作状态就有了唯一的值,从单片机通过查询该全局变量来选择向主单片机发送不同类型的信息。
由于主、从单片机交互操作时传输的内容只有以下3种情况:主单片机向从单片机发送控制命令代码;从单片机向主单片机发送刚接收到的控制命令的操作反馈信息;从单片机向主单片机发送键值信息。因此每次交互操作只传送1个字节就能够表示主、从单片机之间传递的所有命令信息,如图9所示。字节最高位“1”表示传递的是命令信息,“0”则表示传递的是键值信息。高半字节的末三位将命令代码与判断键盘功能特征键“Fn”是否按下信息相结合,“001”表示“Fn”键被按下,“000”表示“Fn”键未被按下或发送的是命令代码。控制命令代码、命令内容、命令反馈信息、键值均只占用低半字节。
2.2.3 光开关倒换
从单片机接收到主单片机发送的“光开关倒换”命令信息后,根据目前工作光纤所在的通道位置将从单片机所连接的倒换通道的相应端口置高,以驱动光开关倒换,同时拉低对应的倒换通道的检测端口,查询倒换反馈结果,判断倒换是否成功。表1为主单片向从单片机发送的有关光开关倒换及告警的操作命令。表2为从单片机向主单片机发送的光开关操作反馈信息。
2.3 光路自动倒换的控制与显示
上位机网管软件的主要功能是轮询各智能光纤自动保护设备,收集各设备上传的实时光功率数据,并进行显示、存储及管理,向设备发送远程控制命令,可远程控制设备进行光路倒换、光功率阈值修改等操作。本系统网管软件用Delphi 7.0开发,数据库采用Access 2000,方便系统的移植。
3 实验结果
为了测试本系统光功率监测的测量精度,用便携式Agilent N3974A作为光源,通过光衰减器进行调节,将系统的测试结果与Agilent N3970A光功率计进行对比。测试数据如表3所示,可见系统测量误差在±0.6 dB以内。
系统的主要性能指标为:监测波长1 550 nm,监测光功率范围-50~+10 dBm,通信速率14.4 kb/s,单次采集实时光功率数据所用时间29 ms,光开关倒换速度≤10 ms,通道倒换速度<50ms,系统插入损耗≤4.7 dB(由于采用1+1保护方案,会给系统带来3 dB附加损耗);分辨率0.05 dB;测量误差±0.6 dB。
本文介绍的智能光路保护系统通过光功率实时监测和光开关快速倒换,保障光通信系统的无阻断通信。该智能光路保护系统是针对线路故障而设计的,是完全独立于各通信系统的网元设备。系统可应用于DWDM和SDH系统、电力系统通信、广电传输保护、专网传输保护以及光层保护等。
参考文献
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WDM光层面保护方式浅析及应用 篇7
1 光层面保护技术简介
现阶段全光OXC技术成熟度不高, 加上设备器件成本较高, 因此依靠OXC在全网实现光层面的保护尚需时日。在目前主流运营商的运营网络中, 光线路保护和光通道保护作为光层面的WDM系统保护应用较多。
1.1 光通道层 (OCP) 保护
OCHP是基于单个波长保护, 可以在光通道层实施1+1或1:N的保护。其典型应用是在传统的WDM设备上增加光保护倒换机盘 (OCHP) , 将客户侧信号输入到不同WDM系统的OTU中, 通过并发选收的方式实现对客户侧信号的保护。OCP倒换准则比较完善, 且一般应用在OTU和客户设备之间, 仅仅在支路侧引入衰减, 不会对整个系统产生影响。因此, OCHP可以在一些特定的场合得到应用, 如在故障多发区利用其他光缆路由上的WDM系统实施OCHP, 增加网络的可靠性。省际干线西安-成都和上海-南通工程中均采用了OCHP技术, 目前OCHP的技术较为成熟, 目前大多数WDM设备生产厂家都可提供。
1.2 光线路 (OLP) 保护
OLP是基于WDM系统的线路进行保护, OLP要求运营商提供不同路由的光纤对WDM的线路进行保护, 一般采用1+1保护。OLP引入后, 对基于光放段的保护情况介入了一定的信号衰减, 有可能对系统的自动均衡产生影响, 另外该种方式的保护对于主备用两路信号传输的时延和色散差值均较为敏感, 对主备用光缆的长度、衰耗和色散指标要求较为苛刻, 尤其是对40Gbit/s WDM系统, 一方面对线路参数的变化非常敏感, 同时40Gbit/s WDM系统的光复用段距离本就比较短, OLP增加了线路的率耗, 会造成大量增加电再生站, 增加工程投资, 因此在实际工程应用中, 应充分考虑各项指标的可用性。
1.3 光复用段 (OMSP) 保护
OMSP要求提供不同路由的光纤对WDM的线路进行保护, 在光路上对合路信号进行1+1或1:1保护, 光缆和WDM的线路系统是备份的, 分走不同的路由, 系统终端等其他设备没有备份, 成本比光通道 (OCHP) 保护低。OMSP保护采用同一厂商的WDM设备, 在两条线路上建设两套系统平台, 系统实现相对比较简单, 引入的信号衰减较少, 对原有系统影响比光线路 (OLP) 保护小, 对主备用光缆的长度、衰耗和色散差值要求不高。
2 各类保护方式的比较
基于光层保护存在技术成熟性、通用性、经济性等方面的问题, 尤其是40Gbit/s WDM系统对光缆线路指标要求比较苛刻, 需要进行偏振模色散和色度色散的补偿, 因此进行光层面的保护存在一定的技术困难。根据2009年中国联通40G WDM的测试情况, 目前各厂家40G WDM系统均支持光通道层的1+1保护OCP、光复用段层1+1保护OMSP、光放段1+1OLP保护倒换, 各种保护方式比较如下:
OCP保护比较成熟, 能够实现50ms的快速倒换。但由于只是对单个波道进行保护, 需要占用较多的波道资源和OUT, 因此大规模应用的成本较高, 可以应用于少量有特殊质量要求的电路。但OSNCP保护往往会跨越多个厂家, 光开关自身具有倒换可靠性问题。OMSP保护也比较成熟, 系统保护倒换根据主备用路由参与色散差异, 保护倒换时间在几十ms～几ms之间。OLP保护涉及多个光放段, 在大量采用OLP保护的情况下, OLP倒换的段落数量、主备用线路差异等都会对保护倒换效果造成较大影响。不同段落保护倒换时的线路参数差异较大, 倒换后线路上色散的差异造成OTU需要一定时间进行色散动态补偿调整, 倒换时间达到分钟级, 多段落故障下的倒换性能难以保证, 另外OLP保护配置会在线路上带来额外的插入损耗, 不利于长距离干线传输。同时, OLP保护网络规划、设计难度大, 建设成本高, 建议不要大规模应用。
3 河南联通40G波分保护技术的选择
河南联通光缆资源丰富, 省内干线传输光缆线路覆盖了全省18个地市, 每个地市间均有架空和直埋两种不同敷设方式、不同方向的光缆路由, 光缆光纤标准有ITU-T G.652和G.655两种, 全省光缆线路覆盖率已达100%。利用率不到50%。
2011年河南联通建设了省内的第一个40/80x40Gb/s WDM系统, 所有段落的光缆都是在多条光缆的基础上选择出来的参数较好的光纤, 为了更好地满足高质量的业务需求, 同时综合考虑网络结构、业务需求、既有资源利用等因素, 并结合光传输技术的应用和发展, 2011年新建的40/80×40Gb/s WDM系统, 全程采用OMSP保护。
4 结语
光网络技术在向大容量、长跨距发展的同时, 网络结构的复杂化必将成为不可回避的现实, 由此提高网络的只能化控制水平愈加重要。可以预见光层保护技术作为增强网络生存性的重要手段, 将同网络自动恢复、网络资源自动发现、网络带宽动态控制、网络性能自适应调节等技术有效相互结合, 成为未来智能化光网络发展的重要课题之一。
参考文献
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中压母线装设电弧光保护的必要性 篇8
我国电力工业的发展建设已进入大电网、大机组、超高压输电阶段,发电机组单机容量越来越大,机组的安全运行对系统的重要性也相应提高,单台大机组运行状况的好坏将直接影响到电力系统的稳定、安全可靠和经济运行。发电厂的厂用电6～35 kV系统的稳定与安全运行对机组的运行状况具有极其重大的影响,因此,中压母线故障对电力系统安全运行的影响也越来越大。中压母线发生故障时产生的电弧光会对设备及人员造成极大的伤害,有时甚至引发连锁事故。但是,按照我国现行的继电保护设计标准,在中压母线系统一般不配置专用的快速母线保护,而是依靠上一级元件的后备过流保护来切除母线短路故障,导致了故障切除时间延长,加大了设备的损伤程度。这些事故如果处理不当还会发展为输电网故障,严重危害整个电力系统的安全运行。因此,迫切需要采用一种专用的中压母线保护系统,以快速切除中压母线故障,保证电力系统的安全运行。
本文结合在电厂厂用中压系统中设置电弧光保护设计的一些体会,探讨发电厂厂用中压系统母线设置电弧光保护装置的必要性以及电弧光保护的具体应用等问题。
2 中压母线故障发生的原因及危害
中压母线发生故障的直接表现形式是电弧光放电燃烧。在开关柜中,中压母线发生故障时产生的电弧光快速释放能量使压力和温度迅速增加,电弧一旦形成,周围的空气就立刻电离,产生强大的爆炸性压力和高温,如不及时切除,对设备和人员将造成巨大的危害。
造成中压开关柜内出现电弧故障的因素很多。在设备质量方面,有些开关柜结构设计不合理,制造质量不佳,运行后绝缘老化和机械磨损,设备绝缘水平下降,都会造成短路故障。在电厂运行维护方面,如果在高温、潮湿、污秽、化学侵蚀等恶劣环境条件下运行,绝缘材料易受潮,设备绝缘表面会产生凝露和附着污秽,出现绝缘故障,造成短路故障。在电厂的检修维护过程中,操作不当,比如误入带电间隔、隔离开关误操作、忘记在工作区接地、忘记测量工作区内的电压,检修时物件遗漏在开关柜内等人为失误,都会引发故障。再者,如果开关柜的封堵不够严密,一些小动物(如小老鼠)进入,也可能引发故障。此外,随着电力系统的发展,电网结构改变,系统容量增大,电缆应用增多,也加大了发生故障的可能性。
3 现有的中压母线保护及其局限性
中压母线发生故障时,其危害程度取决于电弧电流及切除时间,故障切除越快越好。开关柜内部燃弧时间是重要的故障产生破坏程度指标。根据有关资料介绍,各种燃弧时间对设备造成的破坏作用:35 ms——没有显著的损坏,一般可以在检验绝缘电阻后投入使用;100 ms——损坏较小,在开关柜再次投入运行以前需要进行清洁或进行小的修理;500 ms——设备损坏很严重,在现场的人员也会受到严重的伤害,必须更换部分设备后再投入运行。
通过加强、改善开关柜的结构来提高开关柜的燃弧耐受时间,在一定程度上能减轻故障的破坏程度,但采用这种方式需要增加很大的设备费用。目前,市场上的开关柜基本上是按照IEC298标准生产的,其内部燃弧耐受时间为100 ms。根据相关资料显示,如果内部燃弧耐受时间提高到200 ms,成本增加10%,如果内部燃弧耐受时间提高到1s,成本增加100%。这种方法在工程的实际应用中并不实用。因此,只能通过采取有效的母线保护措施来主动防止开关设备的损坏以及故障的进一步扩大。
我国现行的继电保护和安全自动装置技术规程,并没有专门要求设置专用的厂用中压母线保护。根据参考各方面的资料发现,很多电厂在设计的时候,主要采用了以下几种保护方案。
(1)变压器后备过流保护。这是目前国内应用最广泛的中压母线保护方案。典型的保护动作时间一般为1.2～1.4 s,这一动作速度远远不能满足快速切除中压母线故障的要求。
(2)馈线速断保护闭锁变压器后备过流保护。典型动作时间为300～400 ms,也不能满足在100 ms以内切除故障的要求。
(3)高阻抗母线保护。高阻抗母线保护典型的保护动作时间为35～60 ms,但保护范围受到CT安装的限制,不能切除发生故障几率较高的电缆室电缆接头处的故障。
母线保护切除故障的时间需要在开关柜耐受燃弧时间(100 ms)以内,才能有效限制电弧光故障对开关设备的损坏,阻断故障发展的可能性。由于上述几种常用的保护方案都存在一定的局限性,很有必要采用专门的快速母线保护,切除故障点,以限制故障电弧的持续时间,消除电弧光带来的各种负面效应,减少对设备和人员的危害。
4 电弧光母线保护系统
电弧光保护作为一种针对中低压母线系统保护特点开发的中低压母线保护系统,具有一次设备无特殊要求、适应于各种运行方式且在各种运行方式下保护不需要切换等优点,提供了一个理想的中低压母线保护解决方案。
4.1 电弧光保护原理及特点
电弧光保护动作的判据为故障产生时的弧光及过流。发生故障时,检测开关柜内,当同时检测到弧光和过电流时发出跳闸命令。
电弧光保护系统具有明显的优点。①原理简单,采用检测电弧光,结合过流闭锁,双判据原理。②保护动作快速可靠,保护动作时间在7 ms以内,包括断路器分闸的总故障切除时间可保证在100 ms以内,根据VAMP产品说明中提供的电弧光保护与过流保护时间对照表,电弧光保护的动作时间远远小于一般过流继电器的动作时间。双判据增加了可靠性,只有弧光和过流同时满足时,才会有跳闸出口指令发出,避免了误动的发生。③具备故障定位功能。每个开关柜的母线室(或断路器室)都安装独立的弧光传感器,任何一个母线室发生故障,都能快速准确定位,便于及时对事故进行处理和分析。④配备了断路器失灵保护,在主断路器拒动时发出跳闸指令跳上一级断路器,提高保护系统的安全性。⑤配置灵活,适应性强。通过弧光传感器实现对保护分区的覆盖,交换弧光和过流动作信息,可向各段母线提供有选择性的保护,适用于各种运行方式,且在各种运行方式下的保护不需切换。
4.2 电弧光母线保护系统构成
本文以电弧光母线保护装置VAMP220为例,说明电弧光母线保护系统构成。
电弧光母线保护装置由主单元(VAMP220)、辅助单元(VAM12CD)、弧光传感器(VA1DA)等部分组成。
(1)主单元作为电弧光保护系统的控制中心,包含有电流检测和断路器失灵保护功能,它通过检测短路电流和来自弧光传感器的动作信息,对收集的数据进行处理、判断,在满足跳闸条件,即只有在同时检测到弧光和过流时,才发出跳闸指令以切除故障。在进线断路器未能正确动作切除故障时,它将启动断路器失灵保护,发出跳闸指令给上级断路器切除故障。此外,主单元根据辅助单元传送来的弧光传感器的动作信息和温度传感器测量的温度,提供弧光故障点的定位信息。
主单元一般安装在电源进线柜中,在发电厂中压系统中,工作电源和备用电源柜中各1个。每个主单元最多可以接入10个辅助单元,它与辅助单元采用RS485总线通信。另外,主单元具有二进制的I/O接口供主单元之间交换过流和弧光传感器的动作信息,以实现有选择性的切除母线故障。
(2)辅助单元安装在开关柜中,选择的原则是保证该辅助单元与主单元和各个开关柜里装设的电弧光传感器的连线距离较短。每个辅助单元可接入10个弧光传感器,1个便携式弧光传感器(可选)和1个温度传感器。当一段母线上的开关柜超过10面时,需要增加一个辅助单元,依此类推。辅助单元的地址通过拨码开关设定。
当系统发生弧光故障时,辅助单元收集来自弧光传感器的动作信息并传送给主单元,在主单元上显示辅助单元和弧光传感器的地址编号,有利于及时准确地定位故障开关柜,为检修提供信息。
(3)专用于母线保护的弧光传感器安装在开关柜的母线室内,它作为光感应元件,将检测在发生弧光故障时突然增加的光强,并将光信号转换成电流信号传送给辅助单元。电弧光保护系统原理图如图1所示。
4.3 电弧光保护与变压器后备过流保护的比较
根据电弧光保护相关资料,电弧光保护提供了15 ms的跳闸输出,总切除时间为80～100 ms,并且不会给开关设备外观上造成明显损坏。电弧光保护的保护动作时间远远小于目前国内主要采用的变压器后备过流保护的保护动作时间,在发生电弧光故障的开关柜内的开关设备的压力和温度迅速增加以前,就可以及时切除供给的短路电流,使损失降到最小。
电弧光保护装置是专用于中低压开关柜的母线保护装置,馈线回路数量可扩充,动作时间较快,采用电弧光和电流闭锁,误动的可能性较小,可靠性高,并且具有故障定位功能。而变压器后备过流保护本身为发变组后备保护,可靠性较低,并不具备故障定位功能。
不过,由于变压器后备过流保护不需要单独装置,已包括在发变组保护装置中,现场工作量比较小,而电弧光保护需要专门的装置,现场工作量较大。
从综合比较来看,电弧光保护系统作为电力系统中的中、低压母线保护具有快速性及较高的可靠性,是比较理想的选择。
5 结语
在发电厂中,中压开关柜的应用数量越来越多,开关柜弧光短路故障引发的中压母线故障也日益增多,装设专用中压母线保护具有很强的必要性和迫切性,可以最大限度减少母线故障对设备的损害,提高供电可靠性。
电弧光保护作为一种针对中压开关柜故障特性开发的中压母线保护系统,可以有效解决短路故障弧光所造成的危害,减少设备维护,提高电力系统的安全及经济效益。电弧光母线保护系统作为目前较理想的一个保护方案可以单独使用,也可以和其他保护配合使用。电弧光保护改进了传统母线保护的概念,提高了故障处理速度,可以快速有效地切除故障,将事故的损失降到最低,保证了设备的可靠运行和供电的连续性,保证了电力系统的安全运行。
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6kV母线电弧光保护的必要性 篇9
但是, 电弧光保护也有不尽如人意的地方, 有时也会造成事故扩大。比如, 某发电厂6k V引风机断路器柜发生故障时, 由于电弧光保护的不正确动作造成机组停机, 使事故扩大。就此问题在此分析探讨。
事故发生的经过及概况分析
事故前的运行方式
某发电厂有2台600MW发电机组, 事故前2台机组双机运行, 1号机组有功负荷584MW, 无功负荷2.89MVar, 2号机组有功负荷490MW, 无功负荷-22MVa。
事故经过
2014年某日的16时12分, 1号炉1号引风机6k V出线断路器、1号机1A段工作电源进线 (615A) 断路器同时跳闸, 工作人员发现1号引风机断路器后柜电流互感器起火, 使用灭火器灭火后执行安全隔离措施开始进行设备检查, 在对1A段母线、1号引风机6k V出线断路器柜、1A段进线615A断路器检查过程中, 1号机组维持19MW负荷运行。17时19分, 因发电机轴瓦振动大而停机。在1号机组停机解列过程中, 发变组程序逆功率保护动作进行厂用切换。当时1A段母线已停电, 无法切换。1B段工作电源进线 (615B) 断路器跳闸, 1B段备用电源进线断路器 (605B) 断路器未切换成功。运行人员远方操作将1B段备用电源进线断路器 (605B) 断路器合闸。
事故设备检查情况
事故发生后, 为了更准确的分析事故原因, 制定防范措施, 对发生事故的设备、保护的定值以及保护的动作情况进行了检查。
设备外观检查
对1号炉1号引风机断路器柜后柜检查发现:B相电流互感器断路器侧爆裂, 电流互感器一次连接铜板有明显熔化痕迹, 相邻A、C相电流互感器及柜体均有放电烧伤痕迹, 1号引风机左右相邻间隔柜体也有电弧放电痕迹;
对1号炉1号引风机保护检查发现:CSC-236差动保护的“差动速断”动作灯亮, CSC-237A电动机保护的“过流I段”动作灯亮;
对1A段母线保护检查发现:1A段615A断路器CSC-211线路保护的“过流II段”动作灯亮;6k V1A段母线电弧光保护“trip1、trip2、trip3、trip4”动作灯亮。与1号引风机处在同一母线段的1号一次风机、1号送风机、浆液循环泵等间隔的CSC-237A电动机保护“低电压”动作灯亮;
对1号发变组故障录波器检查发现:“录波启动”灯亮, 故障录波器中有“高厂变低压侧A分支电流突变量启动”等故障录波信息。
保护定值检查
1号炉1号引风机保护:电流互感器变比1200/1, 保护配置为电动机差动、差动速断、电流速断、负序过流、零序保护。其中电动机额定电流0.66A, 差动保护定值0.66A, 差动速断保护定值3.28A, 延时0S;过流速断保护定值6.9A, 延时0S。
1A段615A断路器保护:电流互感器变比5000/1, 保护配置为过流I段、过流II段、过负荷保护。其中过流I段保护定值6.2A, 延时0S, 过流II段保护定值为2.2A, 延时1.5S。
保护动作情况检查
检查了1号炉1号引风机的保护装置及工作进线615A断路器的保护装置动作记录, 调取了保护装置故障录波波形。得到详细动作记录如下:
16:12:38’557”, 1号炉1号引风机差动保护装置启动, 延时16m S差动速断保护动作出口, 二次电流最大值为27.98A;
16:12:38’612”, 1号炉1号引风机综合保护装置启动, 延时14m S过流速断保护动作出口, 二次电流最大值为26.31A;
16:12:38’589”, 1号机组6k V厂用电1A段615A断路器综合保护装置启动, 延时41m S过流II段保护动作出口, 二次电流最大值为5.49A。
事故发生后继电保护专业人员立即对615A断路器所配置的CSC-211型数字式线路保护测控装置进行了事故后校验。校验发现:CSC-211保护装置逻辑板DI6接入的开关量为合位时, 过流II段保护将加速动作, 动作延时由定值整定的1.5S减少至20m S左右。经检查确认, DI6开关量取自6k V母线段配置的电弧光保护装置动作跳闸接点。CSC-211保护装置中对DI6开入量的控制字定义为“快切投入”。
影响保护动作的因素分析
引风机综合保护的动作行为
1号炉1号引风机间隔B相电流互感器断路器侧故障, 故障点属引风机保护死区, 电流互感器二次本不能检测到二次电流, 但从保护录波记录中可看出在经1/4个周波左右, 故障由A、B相间故障迅速发展为三相短路故障, 判断此时短路电弧已发展至电流互感器负荷侧, 二次短路电流最大为28A, 其中B相电流因电流互感器内部故障且在短路电流很大的情况下电流互感器已饱和, 二次电流已产生严重失真, 1号引风机电动机、差动保护装置在故障超出保护死区范围后, 采到短路电流, 保护启动随即无延时跳闸, 如录波图1所示。
1号引风机间隔电流互感器故障后, 因1A段母线电弧光保护装置的装置电源在送电状态, 在故障产生的短路电弧作用下, 使1A段母线电弧光保护动作。 (机组建设期间因两次发生过电弧光保护误动跳闸事件, 经批准, 全厂6k V厂用电母线电弧光保护退役, ) 因已拆除电弧光保护跳工作 (备用) 进线硬压板。故电弧光保护动作后, 未直接动作跳开1A段615A进线断路器。
1号引风机间隔电流互感器断路器侧故障的同时, 因故障点在电流互感器断路器侧, 属1号引风机负荷保护装置的保护死区, 相间短路电流造成1A段工作进线615A断路器线路保护CSC-211过流II段达到电流定值启动, 本应经过流保护延时1.5S后动作跳闸, 但因接入了电弧光保护动作接点, 使CSC-211过流II段加速动作, 错误的导致1A段615A断路器过流II段保护无延时出口跳闸, 如录波图2所示。
1A段615A断路器过流II段保护跳闸后, 按保护闭锁逻辑闭锁1A段快切装置, 使其不能动作切换, 1A段母线失电。
电弧光保护的不正确动作分析
从上述分析可以看出, 本次事故发生在1号引风机间隔, 假设没有电弧光保护的存在, 故障后的保护动作情况应该为:
1号引风机差动保护装置在16:12:38’557”启动, 延时16m S差动速断保护动作出口;1号引风机综合保护装置在16:12:38’612”启动, 延时14m S过流速断保护动作出口, 足以在最短的时间内将故障切除。
1A段工作进线615A断路器线路保护CSC-211过流II段达到电流定值后启动, 需延时1.5S后才能动作跳闸, 当1号引风机保护装置将故障切除后会自动返回, 以保证1A段工作母线的正常运行。
当时, 1A段工作进线615A断路器线路保护CSC-211过流保护采集到的最大故障二次电流在5.49A时, 故障消失。如果, 1号引风机的保护装置不动作, 故障电流升至1A段工作进线615A断路器线路保护CSC-211过流I段保护定值6.2A时, 将无延时出口跳闸。同时, 1A段工作进线615A断路器线路保护CSC-211过流II段保护启动, 经过延时1.5S后也能动作跳闸, 将故障切除。
但是, 在本次事故中电弧光保护起到了不应有的作用, 由于DI6开关量取自6k V母线段配置的电弧光保护装置动作跳闸接点。CSC-211保护装置中对DI6开入量的控制字定义为“快切投入”, 使CSC-211过流II段加速动作, 1号机组6k V厂用电1A段615A断路器CSC-211保护装置在16:12:38’589”启动, 延时41m S过流II段保护动作出口。错误的导致1A段615A断路器过流II段保护无延时出口跳闸。
由此可见, 电弧光保护在本次事故中起到了扩大事故的作用, 如果说没有他的存在, 1号引风机差动保护装置和1号引风机综合保护装置能在最短的时间内将故障切除, 不至于使1A段工作母线失电。
电弧光保护不正确动作的处理及防范措施
处理方法
1.断开电弧光保护装置的电源开关, 避免电弧光保护装置误动。
2.将电弧光保护装置的出口跳闸硬压板退出并拆下。以防止电弧光保护不正确动作造成6k V母线进线断路器误跳闸, 确保6k V系统运行正常。
3.打开电弧光保护装置跳闸接点接入CSC-121保护装置中DI6的开入量接线, 切断电弧光保护动作后加速CSC-121过流II段出口的条件, 从而使6k V母线和进出线保护能够可靠快速切除故障保证系统的正常运行而完全不受电弧光保护装置的影响。
防范措施
1.对1号炉1号引风机综合保护装置进行定值核对和装置校验。以保证在6k V出线1号引风机断路器故障时保护能可靠正确动作, 将故障切除, 也保证了运行设备的使用寿命。
2.对6k V母线进线断路器所配置的CSC-121保护进行定值核对和装置校验。以保证在母线故障情况时, 正确发挥继电保护装置的可靠性, 从而弥补了前期保护装置不能正确动作所带来的故障后果, 更加突出了继电保护装置动作的四性。
改进效果评价
(1) 实施以上措施后, 相当于将电弧光保护完全退出, 从根本上解决了电弧光保护误动造成6k V母线停电的事故, 以确保6k V母线的正常运行, 即减少了经济损失, 也保护了运行设备的使用寿命。
(2) 对6k V母线进线断路器所配置的CSC-121保护中的过流I段、过流II段以及过负荷保护进行定值核对和装置校验。可以保证, 在6k V母线有故障时第一时间将故障切除。改进后的保护装置更具有专一性、针对性, 能正确迅速的第一时间切除故障, 减少了故障时停电时间及停电范围, 从而提高了电力系统的经济性和可靠性。
结语
(1) 6k V断路器电弧光保护装置的不正确动作, 是造成这次扩大的主要原因。
(2) 通过断开电弧光保护装置电源、退出其装置出口压板及跳闸接点接入CSC-121保护装置中DI6开入量的接线, 切断电弧光保护动作后加速CSC-121过流II段出口的条件, 解决了电弧光保护装置误动对其它保护受到的影响。
(3) 在保护智能化较低, 动作速度慢, 可能延长故障切除时间的情况下, 采用电弧光保护是必要的。
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