结果表明，此方案可实现在线识别通道非常区间，可通过报文记录进一步追溯非常缘故原由。本文提出的方案有效提高了通道非常检修效率，为剖析通道非常缘故原由供应了有利依据，具有较好的经济性。
光纤通信已在电力系统中广泛运用，其不仅具有抗电磁滋扰、带宽大、传输间隔远等上风，而且可传输状态量、仿照量等转换而成的数字量，为线路纵联保护、稳控保护、旗子暗记传输装置等多种继电保护装置的稳定运行供应了可靠技能手段。
继电保护装置所用光纤通道一样平常分为专用光纤通道和复用光纤通道两种形式。个中，专用光纤通道利用专用光缆直连，具有拓扑大略、掩护大略单纯的上风，但会受到通信间隔、无自愈功能等条件限定；复用光纤通道借助光纤通信网络实现通信，光纤通信网络具备自愈功能、稳定性高、不受通信间隔限定等上风，同时复用光纤通道具备路由同等、时延稳定等技能特性，但由于此种类型通道有较多的通信设备和通信连接环节，整体网络掩护较繁芜。
光纤通信的稳定性是担保两侧保护装置性能的关键成分，采取光纤通信的继电保护装置对光纤通信具有强依赖性，对通道中断、误码、延时、衰耗及光纤熔接等均有严格的哀求。一旦光纤通信涌现非常，继电保护功能将会受到滋扰乃至闭锁，因此，为担保电网可靠运行，在光纤通道涌现非常时，快速判断出非常点是非常有必要的。
本文针对传统复用通道非常检测方法进行剖析总结，提出一种在线识别光纤通道非常区间的方案，将此方案运用到复接装置中，无需对继电保护装置进行改动，复接装置可快速定位非常位置，同时记录非常发生时的通道报文，并将通道报文作为通道非常进一步剖析的依据。
1 传统方案概述本文以纵联差动线路保护的复用通道为例。220kV及以上电压等级线路，由于线路间隔长，目前工程上常采取2Mbit/s复用通道。当线路保护利用复用通道时，各装置的连接拓扑如图1所示。
图1 复用通道各装置连接拓扑
1）两种办理方案
目前复用通道采取图1所示拓扑，各公司在光接口部分有两种办理方案：
（1）各公司在光接口部分一样平常采取自定义的光口协议，各自采取的光口编码办法、数据速率和数据构造均不相同。此种情形下，各公司保护装置仅能支持自己公司生产的复接装置。
（2）海内一些公司也推出了支持IEEE-C37.94协议的装置，IEEE-C37.94规定了保护装置与复接装置之间采取统一的标准进行通信，不同公司的保护装置可与其他公司的复接装置进行互联互通，即复接装置可以作为通用装置。
2）通道非常排查手段
当复用通道涌现非常后，采取上述两种光通信协议方案的通道非常排查办理手段如下：
（1）自定义光口协议办法
该方案广泛运用于电力系统中，采样同步过程中延时算法大略。保护装置可检测光接口的功率、丢帧数、误帧数，在知足通道非常判据后，记录通道非常事宜和时候；复接装置仅能判断光口的功率、通断和电口的通断，不可检测丢帧、误帧。
当涌现通道非常后，难以直不雅观判断出非常区间，仅能采取本侧保护装置自身光口自环、带本侧复接装置电口自环、带通道远端电口自环及光纤通道设备带2M误码仪自环等自环办法进行问题查找。当发生偶发瞬时性非常时，此种方法排查效率极低，大部分情形无法找到非常缘故原由。该方案保护装置和复接装置均利用光纤通道接口。
（2）C37.94协议办法
该方案在国际市场广泛运用，采样同步过程中延时须要动态调度。保护装置的通道监视策略同自定义光口协议办法，此处不再赘述。复接装置可检测电口通断、丢帧、误帧。
C37.94定义了三种场景，不同场景下，保护装置、复接装置均能相应判断出LOS、YELLOW、AIS三种告警来反应不同的通道链路故障。此种方案也有一定局限性：传输有效数据的带宽仅为768kbit/s，不能充分利用2M带宽；个中40bit自定义报文头未做逼迫哀求；C37.94对光接口的定义也未逼迫，个中单模光纤接口可自定义，多模光纤接口规定为BFOC/2.5，为担保保护装置和复接装置两者光接口的同等性，各公司还须要事先约定光纤物理接口。
2 整体设计方案海内电力系统中线路保护采取自定义光口协议方案，现场利用光纤通道的线路保护装置具有多样性，在现场长期可靠运行，因此，现场运行的保护装置算法不宜变动。
本文中复用通道非常位置如图2所示，以各装置为界，将光纤复用通道分解为图中所示1～6，即将非常区间定义为区域1～6。同时，由于电力通信网络设备是透传设备，自身具有监控手段，故本文不考虑电力通信网内部的详细非常点，即图中2A/ 2B/2C、5A/5B/5C区域分别定义为区域2、区域5。
图2 复用通道非常位置示意图
针对光纤复用通道链路涌现非常的情形，综合第1节中两种传统运用方案的优缺陷，在不改变目前通信架构和保护装置算法的情形下，提出一种基于短报文通信的通道非常检测方案，个中保护装置不须要做任何改变。
由于复接装置为光纤复用通道的转接装置，其在复用通道拓扑构造中位置分外，因此，复接装置可对光旗子暗记、电旗子暗记进行实时监视，进而可在复接装置上实现通道非常判别功能；两侧复接装置之间利用短报文进行通信，传输内容为复接装置对通道非常的判别结果（即通道状态），进而，一侧复接装置就可以根据两侧通道状态信息实现通道非常区间的快速定位。
3 旗子暗记处理分层设计方案为达到光纤复用通道非常区间在线识别的目的，可将其功能划分为透传功能、监视功能、短报文功能、非常区间判别功能、非常报文记录功能。个中，由于复接装置紧张功能为保护装置光纵信息的透传，首先担保透传功能的最高优先级，按照整体方案中功能实现的先后顺序，对功能优先级进行排序，如图3所示。
基于对复接装置功能的研究，对复接装置的功能采取高效低耦合的分层设计，按照功能的优先级自上而下设计功能和接口，可提高装置开拓效率。
在不改变现有保护装置算法且不影响现有通道信息传输的条件下，整体履行方案如图4所示，描述如下：
（1）复接装置的光接口、电接口吸收到报文后，首先实现光电旗子暗记的码型转换功能。
（2）复接装置将吸收到的光旗子暗记、电旗子暗记按照旗子暗记编码规则、传输信息数据构造进行快速解析；通过检测光收功率检测“光收功率非常”情形；通过校验报文数据检测“光收报文非常”“电收报文非常”情形；通过解析保护报文中的通道非常标志位检测“保护吸收报文非常”情形。
图3 复接装置功能优先级
图4 复接装置紧张功能实现的整体方案
（3）当通道涌现非常后，由复接装置剖断出非常标志后，组帧成短报文格式，复接装置A和复接装置B在通道空闲韶光段相互发送短报文（见表1）。
（4）单侧复接装置对短报文帧进行解析，可获知对侧复接装置的非常判别信息，将两侧非常判别结果综合后，显示到复接装置灯板上，两侧复接装置均可快速定位通道非常位置。
3.1 信息透传功能实现
信息透传功能是复接装置的核心功能，用来对保护装置的光旗子暗记CMI编码和电力通信网设备的E1电旗子暗记HDB3编码进行相互转换，必须担保其可靠性，其功能实现框图如图5所示。CMI编码和HDB3编码是两种不同的物理层编码，两者实际传送的报文内容完备相同，不同点在于报文编码格式的不同，此处不再赘述其编码规则。
图5 复接装置信息透传功能示意图
复接装置利用现场可编程门阵列（field pro- grammable gate array, FPGA）实现了光旗子暗记和电旗子暗记的码型转换，利用CPU对FPGA进行配置，可实现各接口旗子暗记对编码速率等参数的初始化。
3.2 实时监视功能实现
复接装置的实时监视功能是在线识别通道非常区间功能实现的根本。复接装置在进行码型转换的过程中，可同时解析原始报文，装置对吸收的光旗子暗记、电旗子暗记等的物理层、链路层进行有效性判别，从而识别出光纤通道非常情形。紧张包括以下几个方面：
（1）物理层。光接口包括光功率和CMI编码格式的有效性；电接口包括电旗子暗记的标准G.703的标准模板和HDB3码型识别。
（2）链路层。通道传输采取的是HDLC编码办法，可根据报文的内容进行校验判断非常缘故原由。
3.3 短报文功能实现
短报文在复接装置A和复接装置B之间互发，短报文的物理层和链路层的实现方法保持和光纵报文同等，其报文构造与通道非常区间对应关系见表1。
表1 短报文与非常区间对应表
短报文实现的关键点在于短报文须要和光纵报文在电接口处占用同一2M通道，因此，须要考虑两种报文的折衷性。
1）首先应稽核2M通道的带宽是否能够知足光纵报文和短报文的稠浊传输。
以公司某一高压线路保护装置为例，其光纵通道采取HDLC协议，保护数据区的原始数据构造为85Byte，须要在一个发送周期（即1.667ms）内传输完成，可打算出其传输哀求占用最大带宽公式为
式（1）
式中：BWmax为占用最大带宽；B1为除帧头帧尾的HDLC的插“0”前报文数据量；min为HDLC码最小转换效率（由于HDLC的5连“1”插“0”原则，取min值为5/6）；B2为帧头帧尾数据量；t为发送周期（取值1.667ms）。
HDLC帧构造见表2，个中A占用1Byte，C占用1Byte，循环冗余校验（cyclic redundancy check, CRC）占用2Byte，I占用85Byte，因此，B1取以上数据之和，即89Byte。B2取2Byte。
表2 HDLC帧构造
按照式（1）打算可得BWmax为522.14kbit/s。
BWmax与2Mbit/s的带宽比较，可知保护光纵数据仅占用了2M通道的1/4，而一个发送周期内的短报文按照4Byte的数据量设计，剩余带宽可知足需求，因此，复接装置之间可利用剩余带宽进行短报文的传输。
2）短报文和光纵报文在同一通道中传输，也涉及了复接装置的报文折衷处理过程。
由于复接装置收到保护的光纵报文后，先转发再进行报文监视，须要一定韶光将报文监视的剖断结果添补到短报文中。为担保短报文的可靠发送，复接装置可在转发光纵报文后一定韶光内发送空报文，之后再发送短报文，个中光纵报文、短报文总发送周期不能超出线路保护装置的一个通道数据发送周期（见图6）。当复接装置在几个发送周期内无法收到保护装置的光纵报文旗子暗记时，复接装置不再转发光纵报文，仅按照固定发送频率发送短报文。
图6 光纵报文和短报文稠浊传输图
复接装置吸收电旗子暗记后，首先根据电旗子暗记的报文长度剖断报文是光纵报文还是短报文；复接装置将光纵报文透明转发给保护装置；复接装置提取短报文帧中的对侧通道状态标志位。
3.4 通道非常区间判别实现办法
光纤通道状态装置显示示意图如图7所示。装置在完成实时监视功能和短报文传送之后，单侧复接装置即可获知两侧复接装置所判断的通道状态剖断结果，即可将所有的通道剖断结果显示到装置面板上。如图7所示，复接装置面板设置LED告警灯和通道状态印字提示，Alm1～Alm6告警灯和通道非常区间印字1～6逐一对应，现场运维职员可通过装置告警灯获知光纤复用通道的整体状态。
图7 光纤通道状态装置显示示意图
3.5 非常报文记录功能实现
复接装置在检测到通道非常后，复接装置将缓存中的报文记录到文件系统中，报文包含非常发生前后一定韶光内的通道报文内容。个中报文内容包含帧内容、帧序号、帧韶光等有效信息。
通过查看非常报文记录，极大地方便了运维职员剖析通道断开非常、瞬时性非常和规律性非常，运维职员不仅可以查看发生非常的时候，而且可结合非常报文规律和其他现场征象来剖析非常发生的缘故原由。例如装置的亚稳态征象、一次设备发生短路后跳闸瞬间的电磁滋扰引起的非常，均可以通过报文内容和其他现场征象进行溯源剖析。
3.6 优缺陷剖析
1）上风。短报文仅在两侧复接装置之间进行传送，且占用的是复用通道的空闲时段，短报文完备不影响保护装置的正常运行。
此方法的总体上风在于不毁坏原有光纤链路报文，不影响保护装置和复接装置通道信息，现场仅需改换复接装置即可。
2）局限性。如果在两个复接装置之间涌现链路问题，无法将详细非常位置准确定位到复接装置A、通信网、复接装置B之间的三段环节（如图2中的三段环节为2A/2B/2C或5A/5B/5C），仍须要结合其他现场征象来确定详细非常位置，如可根据同步数字体系（synchronous digital hierarchy, SDH）网管信息进一步确定非常区间。
4 测试验证复接装置采取CPU、FPGA双核架构设计方案，个中FPGA及其外围光通信芯片、电通信芯片用来实现光旗子暗记和电旗子暗记的相互转换、光功率检测、报文识别及校验，采取CPU运行操作系统，用来实现任务调度、文件管理、资源管理等高等任务。
试验环境拓扑如图8所示，利用两台复接装置、两台线路保护装置、一台通道测试仪搭建测试平台，个中通道测试仪用于透传通道数据，可施加电口误码。
图8 试验环境拓扑
仿照现场复用通道长期运行，复用通道运行正常，保护装置未有通道误帧、丢帧涌现，复接装置未检测到误帧、丢帧。复接装置光电转换功能正常。仿照现场复用通道非常情形进行功能考验。
分别断开复用通道环节1、3、4、6，或通过通道测试仪分别在2或5施加误码，复接装置指示灯均可精确指示非常位置，符合表1中的对应关系，可根据不同的告警灯显示情形对通道非常发生位置进行快速定位。
通道发生非常后，复接装置能够记录报文，报文记录文件能够精确展示误帧及丢帧发生时候、帧非常标志。
5 结论本文提出了一种不改变保护装置，仅改变复接装置硬件构造和软件算法的方案，使复接装置智能化，复接装置的通道状态在线感知能力增强，可就地剖断通道非常情形，两侧复接装置以短报文形式进行通道非常状态信息交流，从而实现了通道非常区间快速识别，同时在通道非常发生时候将通道报文记录下来，为剖析现场复用通道的中断非常、瞬时非常带来极大的便利。
本文编自2021年第3期《电气技能》，论文标题为“一种在线识别光纤通道非常区间的方案”，作者为李进、张涛 等。
