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1、光纤差动爱护通信及爱护原理简介南京南瑞继保电气公司朱晓彤 931、943、953Email:Zhuxtnari-relays 张哲 902Email:Zhangznari-relays 石铁洪 901Email:Shithnari-relays 金华锋 931、943、953Email:jinhfnari-relays 1光纤差动爱护2高频方向、高频距离爱护的通信构成3FOX40、MUX64原理及留意事项目 录光纤差动爱护爱护配置硬件方案采样同步数据交换/通信构成差动爱护2M与64K接口的区分爱护配置爱护配置型型 号号主主 要要 功功 能能纵纵 联联 保保 护护后后 备备 保保 护护重合闸重合
2、闸RCS-901变化量和零序变化量和零序方向方向工频工频变变化量化量距离距离三段式相间和三段式相间和接地距离接地距离二段零序方向二段零序方向过流过流(A(A型型)四段零序方向四段零序方向过流过流(B(B型型)单重单重三重三重综重综重RCS-902纵联距离和零纵联距离和零序方向序方向RCS-931光纤分相电流光纤分相电流差动差动光纤差动爱护爱护配置硬件方案采样同步数据交换/通信构成差动爱护2M与64K接口的区分装置硬件总体方案装置硬件总体方案装置接受单片机+DSP的模块化设计由于选用了大容量内存的高速数字信号处理器(DSP)和大规模的集成电路，装置的核心部分都集中到一块CPU插件上，变更了以往因
3、运算速度、存储容量和印制板布线等缘由而将爱护功能分布在多个 CPU插件上的设计方案。因新选用的DSP具有运算速度快、内存大的特点，单片DSP就完成了全部的主后备爱护功能，并有较大的冗余。与其他接受DSP的产品相比，不需扩展外部存储器，设计更加简洁牢靠。单片机负责装置总起动、通信接口、事务单片机负责装置总起动、通信接口、事务记录、故障录波等协助功能记录、故障录波等协助功能 单片机外接大容量存储器单片机外接大容量存储器FLASHFLASH（1MB1MB）带掉电保持带掉电保持RAMRAM（1MB1MB）30 30个定值区个定值区设计精细、牢靠的硬件方案设计精细、牢靠的硬件方案独立的数据采集系统独立的
4、数据采集系统 单片机（总起动元件）与单片机（总起动元件）与DSPDSP（爱护测（爱护测量）的数据采样系统在电子电路上完全独量）的数据采样系统在电子电路上完全独立，只有总起动元件动作才能开放出口继立，只有总起动元件动作才能开放出口继电器正电源，从而真正保证了任一器件损电器正电源，从而真正保证了任一器件损坏不致于引起爱护误动坏不致于引起爱护误动 实时并行计算实时并行计算 在较高的采样率（每周在较高的采样率（每周24点）的前提点）的前提下，装置保证在每个采样间隔内完成全部下，装置保证在每个采样间隔内完成全部爱护运算和逻辑判别，实现了对全部爱护爱护运算和逻辑判别，实现了对全部爱护继电器（主爱护与后备爱
5、护）实时并行计继电器（主爱护与后备爱护）实时并行计算，主要继电器接受全周傅氏算法，具有算，主要继电器接受全周傅氏算法，具有很高的牢靠性及平安性。很高的牢靠性及平安性。由于先进由于先进DSP的选用，在实现实时并的选用，在实现实时并行计算的条件下，时间仍有较大的冗余。行计算的条件下，时间仍有较大的冗余。设计精细、牢靠的硬件方案设计精细、牢靠的硬件方案设计精细、牢靠的硬件方案设计精细、牢靠的硬件方案事务报告实时整理事务报告实时整理 事务报告的整理与爱护逻辑计算事务报告的整理与爱护逻辑计算同一点完成，避开了在某些特殊状况下，同一点完成，避开了在某些特殊状况下，多个多个CPUCPU插件由于起动不同时造成
6、报告的插件由于起动不同时造成报告的报文错位或丢失。报文错位或丢失。接受高速具有采样保持器和多路转换开关接受高速具有采样保持器和多路转换开关的的1414位并行位并行A/DA/D转换器，平安性高转换器，平安性高单独的单片机处理显示、键盘等人机接口单独的单片机处理显示、键盘等人机接口汉字液晶显示、打印（支持网络打印）汉字液晶显示、打印（支持网络打印）部分开关量可选择强电光耦部分开关量可选择强电光耦通信接口板可选择以太网、光纤或双绞线通信接口板可选择以太网、光纤或双绞线较大的硬件冗余度（可扩展较大的硬件冗余度（可扩展3 3块出口板）块出口板）设计精细、牢靠的硬件方案设计精细、牢靠的硬件方案设计精细、牢
7、靠的硬件方案设计精细、牢靠的硬件方案装置接受整风光装置接受整风光板、全封闭机箱，强弱板、全封闭机箱，强弱电严格分开，取消传统背板配线方式，同电严格分开，取消传统背板配线方式，同时在软件设计上也实行相应的抗干扰措施，时在软件设计上也实行相应的抗干扰措施，装置的抗干扰实力大大提高。装置的抗干扰实力大大提高。静电放电试验满足静电放电试验满足GB14598.4 IVGB14598.4 IV级级快速瞬变干扰试验满足快速瞬变干扰试验满足GB14598.10 IVGB14598.10 IV级级1MHz1MHz脉冲群干扰试验满足脉冲群干扰试验满足 GB14598.13 III GB14598.13 III级级
8、设计精细、牢靠的硬件方案设计精细、牢靠的硬件方案RCS-900RCS-900系列爱护装置硬件设计简洁、系列爱护装置硬件设计简洁、牢靠，运算速度快，存储容量大，冗余度牢靠，运算速度快，存储容量大，冗余度高，抗干扰性能强，满足爱护就地安装的高，抗干扰性能强，满足爱护就地安装的要求。要求。光纤差动爱护爱护配置硬件方案采样同步数据交换/通信构成差动爱护2M与64K接口的区分测通道延时Td主机从机tmr tmstsstsr采样同步从机采样时刻调整主机从机采样同步采样同步特点通道双向延时相等是采样同步的前提；一侧“主机方式”为1，另一侧必需为0，且“主机方式”设置同系统方式无关；两侧装置采样同步与外接电气
9、量无关，只要两侧装置通信正常，即能 保证采样同步；只有在装置上电或失步后，才须要测通道延时，测定延时后，装置不再须要传输时间信息；从机时刻调整采样间隔，保证两侧装置采样时刻在允许的误差范围内；装置实时监测采样时刻误差，若超出范围，需退出差动爱护，重新进行同步过程。光纤差动爱护爱护配置硬件方案采样同步数据交换/通信构成通道方案码型变换时钟提取通道监视爱护原理2M与64K接口的区分一一专用光纤专用光纤二二复接复接PCMPCM通道方案一根光纤只用来传输一个方向的爱护信息，不与其它任何信息复用。一对光纤可用来传输（双向）一条线路两侧的爱护信息。专用光纤专用光纤专用光纤专用光纤RCS-931RCS-93
10、1爱护机房爱护机房爱护信息按G.703同向接口形式，以64Kbit/s的速率复接到PCM交换机，和其它信息复用后一起传输。复接复接PCM复接复接PCMRCS-931MUX-64BPCM交换机RCS-931MUX-64BPCM交换机保护机房通信机房通信机房保护机房光纤差动爱护爱护配置硬件方案采样同步数据交换/通信构成通道方案码型变换时钟提取通道监视爱护原理2M与64K接口的区分通信接口的功能框图通信接口的功能框图G.703 码型变换第一步 一个64kbit/s周期分成四个单位间隔其次步 二进制的“1”被编成四个比特的码组：1100第三步 二进制的“0”被编成四个比特的码组：1010第四步 通过交
11、替变换相邻码组的极性，把二进制信号转换成三电平信号第五步 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终一比特进行标记代码变换规则第一步 一个64kbit/s周期分成四个单位间隔其次步 二进制的“1”被编成四个比特的码组：1100第三步 二进制的“0”被编成四个比特的码组：1010第四步 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第五步 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终一比特进行标记通信接口的功能框图通信接口的功能框图“码型变换”模块完成码型变换的13步光纤差动爱护爱护配置硬件方案采样同步数据交换/通信构成通道方案码型变换时钟提取通道监视爱护原理2M
12、与64K接口的区分通过限制字“专用光纤”置“1”或清“0”来设置通信时钟；接受专用光纤时，“专用光纤”置“1”，时钟方式接受“主主”方式；复接PCM方式时，“专用光纤”清“0”，时钟方式接受“从从”方式；时钟方式内时钟(主主)方式时钟方式图3.5.3 外时钟(从从)方式时钟方式若通过64Kb/s同向接口复接PCM通信设备，必需接受外部时钟方式，即两侧装置的发送时钟工作在“从从”方式。数据发送时钟和接收时钟为同一时钟源，均是从接收数据码流中提取，否则会产生周期性的滑码现象。若两侧接受SDH通信网络设备时，两侧的通信设备不必进行通信时钟设定。若两侧接受PDH准同步通信设备时，还得对两侧的PDH通信
13、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，否则会因为PDH的速率适配，而产生周期性的数据丢失（或重复）问题。时钟方式光纤差动爱护爱护配置硬件方案采样同步数据交换/通信构成通道方案码型变换时钟提取通道监视爱护原理2M与64K接口的区分通道监视通道延时失步次数 误码总数 报文异样数报文间超时主机从机tmr tmstsstsr通道延时满足数据窗后，进入同步状态；通道中断等缘由、导致两侧采样失步（Ts超出范围），装置统计的“失步次数”1主机从机失步次数误码、报文异样数7E同步信息iaibicKgl1Kgl2Crc167E 报文 报文 报文 报文由于数据流的
14、比特位在传输过程中发送错误 导致Crc16校验出错，”误码总数”1;导致同步字节“7E”出错，“报文异样数”1；报文间超时报文空闲报文空闲报文报文空闲dt1dt2dtn同步时前后两报文间的时间间隔dtn应保持恒定，若dtn门槛，“报文间超时”1通道问题通道中断（随机的）误码/（周期性）滑码目前的爱护装置往往统计“误码率”，推断其是否超出门槛来确定是否报警实际应用中即使有周期性的滑码，其“误码率”也不确定会超出门槛，装置是否可以依据“随机的”和“周期性”的差别来作为报警的另一判据？由于装置推断“周期性”有难度，对于每一套装置是否由“网管”来进行监控？通道自环时时钟方式的设定RCS-931MUX-
15、64BPCM交换机RCS-931MUX-64BPCM交换机保护机房通信机房通信机房保护机房方式1方式4方式3方式2方式1、2，“专用光纤”置“1”；方式3、4，“专用光纤”置“0”光纤差动爱护爱护配置硬件方案采样同步数据交换/通信构成爱护原理2M与64K接口的区分爱护原理影响差动爱护灵敏度的主要因素影响差动爱护灵敏度的主要因素电容电流电容电流TA饱和或两侧饱和或两侧TA不平衡不平衡TA断线或采样异样断线或采样异样电流差动继电器电流差动继电器差动投入条件差动投入条件变更量相差动继电器变更量相差动继电器稳态相差动继电器稳态相差动继电器零序差动继电器零序差动继电器电容电流补偿电容电流补偿远跳、远传远
16、跳、远传1、远传、远传2差动继电器特点差动继电器特点差动投入条件变更量差动稳态差动段稳态差动段零序差动电容电流补偿条件“容抗整定和容抗整定和实际实际系系统统不相符合不相符合”判据：判据：其中Icd为正常状况下的实测差流，即实际的电容电流；实测电容电流和经XC1计算得到的电容电流具有可比性（至少有一个0.1In），并且较大的0.75倍较小值，可认为“容抗整定和实际系统不相符合”。当实测电容电流和经XC1计算得到的电容电流都小于0.1In时，认为两者不具备可比性，不再判别容抗整定是否同实际系统相符。电容电流补偿条件投入电容电流补偿的必要条件为：“容抗整定和容抗整定和实际实际系系统统相符合相符合”。
17、零序差动试验通道自环抬高差动电流高定值、差动电流低定值整定Xc1，使得U/Xc10.1In加三相 ，满足补偿条件增加单相电流，使得零序电流零序启动电流零序差动动作，动作时间为120ms左右远跳、远传1、远传2爱护装置采样得到远跳开入为高电平常，经过特地的互补校验处理，作为开关量，连同电流采样数据及CRC校验码等，打包为完整的一帧信息，通过数字通道，传送给对侧爱护装置。对侧装置每收到一帧信息，都要进行CRC校验，经过CRC校验后再单独对开关量进行互补校验。只有通过上述校验后，并且经过连续三次确认后，才认为收到的远跳信号是牢靠的。收到经校验确认的远跳信号后，若整定限制字“远跳受起动限制”整定为“0
18、”，则无条件置三跳出口，起动A、B、C三相出口跳闸继电器，同时闭锁重合闸；若整定为“1”，则需本装置起动才出口。远跳、远传1、远传2差动爱护特点差动爱护特点差动爱护接受两侧差动继电器交换允许信号的方式，平安性高。装置异样或TA断线，本侧的起动元件和差动继电器可能动作，但对侧不会向本侧发允许信号，从而保证差动爱护不会误动变更量差动继电器，由于只反映故障重量，不反映负荷电流，因此灵敏度高，动作速度快。零差爱护引入了低制动系数、经电容电流补偿的稳态相差动选相元件，灵敏度高，在长线经高阻接地时也能选相跳闸；全部差动继电器的制动系数均为0.75，并接受了浮动的制动门槛，抗TA饱和实力强差动爱护特点差动爱
19、护特点装置接受了经差流开放的电压起动元件，负荷侧装置能正常起动差动爱护能自动适应系统运行方式的变更装置能实测电容电流，依据差动电流验证线路容抗整定是否合理差动爱护特点差动爱护特点装置能实时监测通道工作状况，当通道发生故障或通道网络拓扑发生变更时，装置能起动新的同步过程，直至两侧采样重新同步，同时记录同步次数及通道误码总数等；两侧采样没有同步时，差动爱护自动退出。差动爱护特点差动爱护特点综上所说，RCS-931分相电流差动爱护具有灵敏度高、动作速度快、平安牢靠，不受系统运行方式影响等特点。差动爱护特点差动爱护特点2M速率与64K速率的区分2M速率省去两侧PCM交换机设备，通信链路上削减了中间环节
20、，削减了传输时延2M速率增加了传输带宽，可以传输更多爱护信息同后备爱护一样，差动爱护也接受24点计算，动作性能依据快速稳定由于在传输采样值的同时也传输了相量值，通道误码时稳态量差动不受数据窗的影响，动作速度几乎不受影响2M速率与64K速率的区分功率功率谱密度带宽，带宽越宽，噪声功率越大，2M速率接收灵敏度较低，因此传输距离较短64k，1310nm光端机技术参数实测实测64K64K光端机指标，用于陕西光端机指标，用于陕西“段家马营段家马营”330kV”330kV线路，通道距离为线路，通道距离为7373公里公里发信功率默认功率6dB9dB6dB+9dB样本1-15.9-8.8-6.6-5.2样本2
21、-15.5-8.8-6.5-5.1提升+6.9+9.15+10.55平均-16.0/-9.0/-7.0/-5.5-16.0/-9.0/-7.0/-5.5波 长1310nm1310nm接收灵敏度-45.4 dBm-45.5 dBm动态范围全动态全动态光纤类型单模CCITT Rec.G652单模CCITT Rec.G652每10公里衰减 4db/10km(3.6)4db/10km(3.6)最大距离（3dBm余量）93.5 KM93.75KM64k，1550nm光端机技术参数实测实测64K64K光端机指标，用于淮安上（河）马（坝）光端机指标，用于淮安上（河）马（坝）500kV500kV线，通道距离为
22、线，通道距离为9292公里公里型 号VAOTE01C-A板VAOTE01C-B板发光功率 （跳线选择）-10.8/-4.1/+0.4/+2.4 dBm-12.3/-4.1/+0.5/+3.0 dBm波 长1550nm1550nm接收灵敏度-46.7 dBm-46.3 dBm动态范围全动态全动态光纤类型单模CCITT Rec.G652单模CCITT Rec.G652每10公里衰减 3db/10km 3db/10km最大传输距离（3dBm余量）154 KM154 KM淮安上（河）马（坝）线18dB/92KM约合2dB/10KM最大传输距离（6dBm余量）大于200KM大于200KM2M光端机技术参
23、数发信功率默认功率6dB9dB6dB+9dB样本1-15.6-11.3-8.1-6.3样本2-16.9-13.0-9.7-8.1样本3-15.7-12.5-9.5-7.8样本4-15.7-12.1-9.0-7.5提升+3.75+6.9+8.55平均-16.0/-12.0/-9.0/-8.0-16.0/-12.0/-9.0/-8.0波 长1310nm1310nm接收灵敏度-35.6 dBm-35.5 dBm动态范围全动态全动态光纤类型单模CCITT Rec.G652单模CCITT Rec.G652每10公里衰减 4db/10km(3.6)4db/10km(3.6)最大距离（3dBm余量）62.0
24、 KM样本362.5KM样本4实测实测2048K2048K光端机指标光端机指标2M速率与64K速率的区分2M速率现有产品：RCS-931XM,RCS-943XM,RCS-953XM,RCS-901F,RCS-902F,FOX-41A,MUX-2M光纤差动爱护高频方向、高频距离爱护的通信构成FOX40、MUX64原理及留意事项RCS-901FOX-40FFOX-40FRCS-901 保护机房保护机房MUX-64BPCM交换机RCS-901FOX-40FMUX-64BPCM交换机RCS-901FOX-40F保护机房通信机房光纤差动爱护高频方向、高频距离爱护的通信构成FOX40、MUX64原理及留意
25、事项FOX、MUX运用时的留意事项FOX仅有一个OPT/PCM跳线，以选择专用光纤/复用通道传输方式MUX无跳线FOX的工作原理光耦开入CPU限制数据采集、处理、输出串行限制器完成数据的收、发FPGA完成光纤信道编解码光端机完成光/电转换继电器节点输出MUX的工作原理光端机完成光纤信号的收发CPLD完成G.703编码码型变换的第4、5步专用接口芯片完成电平转换，复接到PCM的G.703的同向接口卡上通道异样时的处理方法通过装置自环（近程光自环，近程电自环，远程电自环，远程光自环）以推断故障点，留意FOX跳线的选择。留意观测FOX的告警灯和MUX的告警灯必要时可通过RS-232C口将笔记本和FOX相连，以观测通道误码。用误码仪测试通道，硬件电口自环，在实际工作速率上测试。谢 谢！