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继电保护光纤通信接口技术及标准 陈建宁1 仲惟师山东省蓬莱市供电公司蓬莱电力是当今世界使用最为广泛、地位最为重要的能源，电力系统的安全稳定运行对国民经济、人民生活乃至社会稳定都有着极为重大的影响。由于自然环境、制造质量、运行维护水平等诸方面的原因，电力系统的各种元件在运行中不可能一直保持正常状态。因此，需要有专门的技术为电力系统建立一个安全保障体系，其中最重要的专门技术之一就是继电保护技术。IEEE的继电保护委员会和电力系统通信委员会于2002年制定了C37.94标准，该标准规范了远方保护设备和数字复用设备之间的光纤接口。本文首先介绍了继电保护线路纵差保护系统的结构，然后分析了光纤保护的应用现状及其局限性，最后介绍了IEEE C37.94标准的主要内容和意义。 2．线路纵联保护线路纵联保护是当线路发生故障时使两侧开关同时快速跳闸的一种保护装置是线路的主保护它的基本原理是以线路两侧判别量的特定关系作为判据即两侧均将判别量借助通道传送到对侧然后两侧分别按照对侧与本侧判别量之间的关系来判别区内故障或区外故障。判别量和通道是纵联保护装置的主要组成部分。专用通道方式是指线路两侧保护装置之间直接通过导引线或光纤传输保护信息。一个通道独占两根导引线或纤芯，由保护装置把保护信息编码后传送到对端，中间不经过任何数字复接设备。 复用通道方式是指线路两侧保护装置通过电力通信网传输保护信息。电力通信网不是专用于传输保护信息，还可以传输调度电话、远动、以太网等其他业务。 复用通道方式的线路纵差保护系统如图2所示。 远方保护设备安装在保护机房，可以是单独的设备，也可以和线路纵差保护装置为同一设备，而数字复用设备则安装在通信机房。 通信机房和保护机房往往是不在一起的，也就是说远方保护设备和数字复用设备之间有一定的距离，这个距离可能是50米、100米、甚至1公里。因此它们之间需要采用一定的方式进行通信，目前使用最多的就是光纤方式。 远方保护设备能够将线路纵差保护装置发出的信号变换成适于光纤传输形式的信号及进行反变换，它提供了继电保护和通信电路之间的接口；数字复用设备也是一种光电转换设备，它可以把光信号转换为相应的数字接口信号（电信号），并进行反变换。 2．2光纤保护的应用现状及其局限性 20世纪90年代中期，光纤保护就在电网开始投入使用从早期单纯的短距离光纤纵差保护演变到近年开始逐渐占主导地位的光纤允许式保护从运行情况看令人满意，动作可靠性高，缺陷次数少在电力通信网络领域中广泛使用的是以时分复用为基本工作原理的SDH/SONET同步数字体系，它具有强大的保护恢复能力和固定的时延性能光纤网络的传输性能、稳定性及其自适应的保护恢复能力对光纤继电保护工作的可靠性起到关键作用。64K同向接口，这种接口需要经过PCM设备接入电力通信网，增加了信号传输时延和转接过程中可能受到的干扰，从而降低了保护信号传输的快速性、可靠性。 而对于2Mbit/s通道而言，由于对通道特性及信息的帧结构没有很好地规划，使得在实际应用中，虽然传输通道的带宽可以达到2Mbit/s，而传输的实际内容往往仅有64kbit/s左右，带宽的利用率非常低。 3．IEEE C37.94标准的主要内容及其意义 3．1 IEEE C37.94标准的主要内容 IEEE C37.94标准提出了利用光纤通道传送继电保护信息时，远方保护设备和数字复用设备之间光纤接口的技术标准，规范了远方保护设备和数字复用设备之间光纤接口，使不同厂家的远方保护设备和数字复用设备，对于N×64kbit/s数据的内容，能够在没有任何限制的条件下，采用光纤接口进行互连。C37.94标准中最主要的内容是对帧结构的定义。 （1）帧结构 按传输顺序连续256个比特组成一个基本帧，基本帧内各比特依次编为第1至第256比特。每帧以8000 Hz的帧频重复，就成帧和数据传输速率而言，帧结构符合ITU-T的G.704标准，然而其中的数据结构不遵照G.704的数据格式。如图3所示。 C37.94标准中的数据帧主要由帧头、开销数据和通道数据组成。比特组合具有大致相等的“1”和“0”的个数，以便于通过耦合的光路进行传输。 帧头占用16个比特，其格式为a b c d e f g 0 0 0 0 1 1 1 1。前八个比特a，b，c，d，e，f，g，h构成以下两种组合，每种组合按基本帧传输顺序交替出现。 组合1：a b c d e f g h= 1 0 0 1 1 0 1 1 组合2：a b c d e f g h= 1 1 y 1 1 1 1 1 其中y为黄告警比特，y= 0表示正常，y=1表示接收到错误信号（LOS）。 开销数据有48比特，每个比特后面都跟着它的反码，实际包含有24个信息比特。p、q、r、s用于表示实际所用的64kbit/s通道的数量N，N从