关键词 通信网络 高频保护 信号通道
分类号 TM773 TM764HIGHFREQUENCYPROTECTIONSIGNALTRANSMISSION
OFLONGITUDINAL-linkPROTECTIONBYDISPATCHINGANDCOMMUNICATIONNETWORKChenHao,TengFusheng
(SichuanUniversity,610065,Chengdu,China)Abstract basedonthecharacteristicsofdispatchingandcommunicationnetwork,thebasicprincipleandmethodforrealizinghighfrequencyprotectionsignaltransmissionbydispatchingandcommunicationchannelareintroduced.Theanalysisshowsthatbyusingdispatchingandcommunicationchannel,thetransmissionreliabilityofhighfrequencyprotectionsignalwillbeincreasedgreatly,andtheapplicationofhighfrequencyprotectionwillbeextendedtoo.
Keywords communicationnetwork highfrequencyprotection signalchannel0 引言
目前，纵联保护已经成为220kV及其以上电压等级输电线路的最主要、最基本的保护之一，为保证电力系统的安全稳定运行，提高系统的运行可靠性发挥了巨大的作用。为了满足纵联保护对可靠性的高要求，通常使用纵联保护专用载波通道，并在220kV及其以上电压等级输电线路中以专用相作为纵联高频保护传送高频信号的专用通道。但是采用专用高频载波通道投资昂贵、干扰大、衰耗大、可靠性低，且通道频率资源非常紧张。
在保护专用载波通道面临许多问题的同时，电力系统调度通信网络尤其是微波通信、光纤通信等数字通信网络发展迅速。与模拟通信方式相比，数字通信方式有很多优越性：比较成熟的多种数据加密、数据恢复算法，传送信息的可靠性高；可在数据通道上发送多路信息，信号通道的利用率高；便于计算机处理等。目前，调度通信载波通道已经延伸到35kV和10kV变电站，且大多采用复用载波机方式传送调度通信信号，其最低传送速率已基本上达到了600bit/s，完全可以完成保护信号的实时传送，并满足纵联高频保护对高频通道性能的基本要求。如能有效利用调度通信网络的优点，将其用于继电保护信号的传送，将会大大提高纵联保护的信号传输可靠性，并有可能扩大纵联保护的应用范围（例如，作为保护专用载波通道的后备通道,或将纵联保护在110kV及以下输电线路中使用），因此，这是一个很有前途的研究领域。
利用调度通信网络实现纵联保护的高频信号传送,有两个基本问题需要解决：第一，继电保护与调度通信专业的相互协调问题；第二,保护信号在调度通信网络中的传送方式。1 保护信号的特点分析
长期以来，继电保护与调度通信专业相对独立。因为传送高频保护信号的重要性，所以特别强调保护通道的相对独立。以前，纵联保护的载波通道以及专用高频收发信机和高频加工设备均由继电保护专业独立使用和维护。近年来，由于复用载波机的广泛使用，继电保护与通信专业不可避免地加强了合作。通常的分工是：在复用载波机—高频通道—复用载波机范围之内由通信专业负责，复用载波机与继电保护的接口由继电保护专业负责。由于继电保护与通信专业的相互交叉，必然使得两个专业在保持相对独立的同时加强协作。实践证明，这种协作既有成效，也已为两个专业所接受。既然在复用载波通信的方式上两个专业能够很好地合作，那么，在利用调度通信网络实现纵联保护的高频信号传送的问题上，应该期待两个专业能够很好地继续合作。当然，具体的协作方式有待进一步协调。
另一方面，纵联保护的高频信号的传送方式与调度通信信号的传送方式并不完全一样，它们对信号传送速度的要求也不相同。因此，利用调度通信网络实现纵联保护的高频信号传送方式应当特别加以考虑。电力系统通信网络的基本结构主要为以各级调度系统的通信中心为枢纽的星形网络，即集控站/调度中心、枢纽变电站与多个其他变电站之间采用星形网络联接方式，见图1。在调度通信系统中，通常包含两类信息：①实时信息，主要包含电网调度自动化中的“四遥”信息等，通常采用一点对多点的互联通信方式完成信息的传送。为保证信息传送的实时性，通常使用专用信号通道。②非实时信息，主要包含跨区域交换的各种报表、电子邮件等，信息量大，对信号传送的速度要求不严格，通常使用迂回转接方式实现远距离广域数据共享，因此，需要使用各种路由算法。图1 电力系统通信网络的基本结构
Fig.1 Configurationofelectricpowercommunicationsystem纵联保护的高频信号的传送方式与此有很大差别。首先，要求高频信号传送速度很快。调度通信网络要求实时信息的传送时间小于6s，而纵联保护的高频信号的传送时间要求小于20ms。其次，纵联保护的高频信号传送路由相对简单，通常采用点对点的互联通信方式完成信息的传送，一般局限于以集控站/调度中心或枢纽变电站为中心的星形网络内部。为了保证纵联保护的高频信号传送速度，可以使用信号传送速度分级方式进行信号传送，并以最高优先级别完成纵联保护的高频信号的传送。同时利用调度通信网络实现纵联保护的高频信号传送，高频信号传送路由相对简单和固定，因此不需要路由算法进行路由控制。2 信道组织为了节约通信设备与费用，常需要在一条通道上同时传送多路信息，这种技术称为多路共传（multiplexing)。有两种基本方案可供选择：频分多路共传和时分多路共传。频分多路共传(frequencydivisionmultiplexing，缩写为FDM)就是将一条物理通道频带分成若干频段，每段形成一条逻辑通道（信道），在每条逻辑通道上可发送1路信息，多条逻辑通道可同时发送信息，从而实现在一条物理通道上多路信息同时共传。时分多路共传(timedivisionmultiplexing，缩写为TDM)就是将时间区间分为若干段，每段对应一条逻辑通道，多路信息交替发送。
将多路共传技术应用于电力载波通道，就需要使用复用载波机。通常早期的1台复用载波机可传送1路语音信号，还能同时传送600bit/s的1路保护信号和200bit/s的2路远动信号。目前的高性能复用载波机能提供32kbit/s的信号传送速率，可传送3路语音信号或者9路数据,可以方便地实现继电保护与调度通信信号的同时传送。多路共传技术在微波通信网络与光纤通信网络中得到了更为广泛的应用。采用多路共传技术的通信复用方式，能大大提高通信通道的传输效率，比起使用纵联保护的专用高频载波通道，具有更大的优越性与发展潜力。
在110kV输电线路中实现纵联保护时，需要大量利用110kV复用载波通道。与220kV高频载波通道一样，110kV高频载波通道也采用了“相—地制”方式。根据110kV高频载波通道特点，应当优先选择高频闭锁式保护方案。然而，在使用高频闭锁式方案时，在输电线路区外故障时，靠近故障侧需要发出长达10s左右的高频闭锁信号，这是使用复用载波机时难以达到的要求。同时，使用高频闭锁式方案时，所有非故障线路都需要收发高频闭锁信号，显然，不可能提供所需的全部高频闭锁信号通道。因此，在110kV输电线路纵联保护中不能使用闭锁式高频保护。
复用载波机与允许式高频保护结合时，其配合关系相对较为简单；同时，允许式高频保护只需在保护区内故障时短时间发出允许信号，因此，对调度通信通道传送语音信号及远动信号的高频载波机影响较小。因而可以选择“允许方式”实现110kV输电线的纵联高频保护。
调度中心或枢纽变电站与多个其他变电站之间均有高频载波通道，而其他变电站之间不一定有高频载波通道。因此，通常可以采用以下两种信号传送方式：
a.由于大多数110kV变电站之间已经具有调度通信通道，且调度通信通道使用复用载波机，因此，可以使用时分多路共传方式的复用载波机传送保护信号。复用载波机在正常情况下传送语音信号及远动信号。当需要传送保护信号时，切断语音信号及远动信号，提升复用载波机的发信功率，完成保护信号的短时传送。
b.110kV变电站之间没有载波通道，但调度中心或枢纽变电站与110kV变电站之间均有载波通道时，仍然可以利用110kV变电站与调度中心或枢纽变电站之间的调度通信通道，并使用时分多路共传方式的复用载波机传送保护信号。由于110kV变电站之间没有载波通道，因此，保护信号将经由调度中心或枢纽变电站进行转接。信号转接可以是单级转接，也可以是多级转接。
调度中心与每个变电站采用星形网络联接方式。当任意两个变电站之间的输电线路发生故障时，例如变电站A与变电站B之间的线路发生故障，它们分别通过通信线路经由调度中心向对侧发送信号。当然，这种信号应是包含故障线路编号信息的数字信号，这样，即使在变电站A与变电站B之间具有双回线路，也能够保证故障线路的纵联保护正确动作。这时，允许式高频保护的跳闸逻辑为：
{RELAY(1)=1}OR
{［RELAY(2)=1］AND［SZSX=1］}=1
其中 {RELAY（1）=1}表示本侧阶段式保护Ⅰ段动作，直接跳闸；{SZSX=1}表示收到包含正确的故障线路编号的允许跳闸数字信号；{RELAY（2）=1}表示本侧阶段式保护Ⅱ段动作，当收信动作时，即{SZSX=1}时,加速阶段式保护Ⅱ段跳闸。
110kV及以下电压等级输电线路中大多使用阶段式距离保护或阶段式相电流保护作为输电线路相间故障的保护，阶段式零序电流保护作为输电线路接地故障的保护。由于使用允许式跳闸逻辑，因此，当信号通道出现故障时，不会对继电保护的工作产生大的影响。此时，继电保护设备将按阶段特性工作，与没有高频通道时的动作行为相同。但是，如果高频信号通道工作正常，则可以获得全线速动的纵联保护动作特性。3 智能信号集结器/转接器
为了不影响调度通信系统的正常运行，使用这种新的高频保护方案时，应当在继电保护设备与通信设备之间增加智能信号集结器，在枢纽变电站、集控站或调度中心增加智能信号转接器。其中，信号集结器主要根据不同的通信媒介与通信设备（高频载波通道、微波通道、光纤通道等）所要求的报文编码方式与通信协议，完成包含正确的故障线路编号的数字信号的编码与译码，并与通信设备实现信号交换。信号转接器主要根据接收到的报文，确定并实现信号的正确转接。两者间的主要差别是：信号转接器需要与较多的通信设备实现信号交换，因此需要使用多路RS232串行接口。信号集结器、转接器的一种结构框图如图2、图3所示。图2 信号集结器框图
Fig.2 Blockdiagramofsignalco[1][2]下一页
