CN101179192A - 高可靠线路纵联差动保护的通道监测方法 - Google Patents

Abstract

高可靠线路纵联差动保护的通道监测方法，包括如下步骤：线路双侧差动保护装置相互通信；计算并存储报文传送的通道延时；根据判据不等式判断通道延时的稳定性，若通道延时满足判据不等式则判为通道运行不稳定，闭锁保护功能。充分考虑到在通道路由切换的过程中，如何保证差动保护的可靠性，针对的是通道延时跃变时间而非通道延时本身，对不同延时的通道具有自适应性，高可靠性与高灵敏性兼得，通过实时监测通道延时跃变，较好的避开路由转换中的风险，消除保护装置误动作的事故。

Description

高可靠线路纵联差动保护的通道监测方法

技术领域：

本发明涉及一种电力系统输电线路的继电保护方法，特别是一种高可靠线路纵联差动保护的通道监测方法。

背景技术：

1.

线路差动保护的纵联光纤或微波通道的稳定可靠工作是整个保护系统可靠性的前提。单就通信角度来讲，保证线路差动保护装置可靠性的措施可分为两个方面，一方面尽力保证通道的正常稳定工作，尽量避免通信过程的误码，中断，抖动等，另一方面是采取措施监测通信通道的运行工况，在通信出现异常时，及时将保护功能闭锁，避免在信号出现误码、中断、抖动时保护错误动作或拒绝动作；而在通道恢复正常运行时及时将保护功能重新开放，尽量缩短线路保护功能缺失的时间。综合来讲，目前已有的措施可归纳为以下几种：

(1)提高装置通信接口电路、光路的硬件可靠性，使用高性能高可靠的元器件，合理优化设计通信电路；运行检修中注意保证通信系统的良好工作条件；

(2)尽量减少通信过程的中间环节，减少可能的故障点；

(3)在通信报文中采用校验码检错或纠错码纠错。常用的校验码多为CRC码，纠错码多为汉明码。若通过校验发现报文中信息出错，则将此帧报文丢弃，保护功能相应的闭锁或增加延时；若采用了纠错码纠错，还可以试探可否将错误的信息位纠正，若不能纠正仍要将保护功能闭锁或延时；

(4)对每帧发送报文编号，接收侧监测报文编号的连续性，若报文编号不连续，则判为通信过程中有报文帧丢失，于是可以将保护功能闭锁或增加延时。

2.

线路两端的差动保护装置不但要能够直接经过光纤连接，还要能复接入电力系统的PDH或SDH通信网，利用该通信网络作为纵联通信通道。后一种方式在高压远距离输电线路中应用更为广泛。随着电力通信技术的不断发展，继电保护信号越来越多地采用SDH网络进行传输。同时，利用SDH网络可提供小于50ms的电信级自愈功能，提高了继电保护信号传输的可靠性。

线路电流纵差保护各侧电气量在时间轴上的同步是根据数据通道的延时来实现的。根据测定的通道延时调整同步端的采样频率，使得各侧装置的采样同步；或者根据测定的通道延时，采用移相法或插值法补偿各侧电气量的相位差，使得各侧电气量在时间轴上一致。(各种方法的具体介绍可参考以下文献：[1]曹团结.通过插值实现光纤差动保护数据同步的研究.继电器.2006，18(9)；[2]许建德等.新型数字电流差动保护装置中的数据采样同步和通信方式.电力系统自动化1993，27(4)；[3]高厚磊等数字电流差动保护中的几种采样同步方法.电力系统自动化，1996，20(9)；[4]李岩等.一种用于线路光纤纵差的通信方案及设备研究.第18届全国电自专业年会，2002，10.)

目前实用的线路纵联差动保护都采用这类同步方法。这类方法实现同步的前提是假定数据通道的双向通道延时相等。因此，在SDH环网上传输线路电流纵差保护信号的关键是实现信号传输的“路由一致”，从而保证数据通道的双向通道延时相等。SDH传输网上的业务按流向可分为一致路由业务和分离路由业务。在SDH环网上传输线路电流纵差保护信号，可以选用双向通道环和双向复用段环。但双向通道环在发生单纤故障时，只会发生单向倒换，将产生分离路由，因此只能选用双向复用段环来实现线路电流纵差保护信号的传输。双向复用段环在环网任意段故障时可以完成业务的自愈，将通信路由自动从故障段转移到一个新的正常路由，并保证业务路由仍然一致。通道路由转换的概念性示意如图1所示，由路径A->B->C转移到路径A->D->E->C。

但实际中，采用双向复用段环时仍然存在一个严重的问题，在通信路由自动从故障段转移到一个新的正常一致路由的过程中，双向通道延时会在短时间内不相等，虽然时间短暂，仍可能给保护装置的数据同步带来致命的影响。电力系统中已经发生过因此导致保护装置误动作的事故。

除发生双向通道延时不相等的情况外，在通道路由转换的过程中，由于通信系统处于暂态过程中，数据通信的可靠性大大降低，对继电保护来讲，此时是一个风险高发时区。

由于SDH环网双向复用段环的大量应用尚为时不久，现有实用的线路差动保护装置中的技术措施尚未能充分考虑到在通道路由切换的过程中，如何保证差动保护的可靠性。

发明内容：

本发明所要解决的技术问题是，针对SDH环网双向复用段环在通道路由转换的过程中会发生通道延时不相等、数据通信可靠性低的问题，提出一种高可靠线路纵联差动保护的通道监测方法，用以在通道路由切换的过程中保证差动保护的可靠性。

本发明解决其技术问题的具体技术方案如下：一种高可靠线路纵联差动保护的通道监测方法，按HDLC协议实施纵联通信协议链路层，包括如下步骤：

一、线路双侧差动保护装置按相同的频率在各自晶振控制下独立采样，在每个采样周期T内向对侧发送一帧报文数据，并接收对侧的一帧同送报文数据；

二、在每个采样周期内，按公式(1)：Td＝(tr-ts-Tm)/2计算出报文传送的单向的通道延时Td，(1)式中ts为本侧发送报文时刻，Tm为对侧响应报文回送延迟时间，tr为本侧收到对侧回送报文时刻；

三、实时监测并记录收到每一帧报文的通道延时，并将其存储在本侧保护装置的微处理器存储器中，设当前最新收到的一帧报文的通道延时为Td(j)，前第m帧的通道延时为Td(j-m)，前第2*m帧的通道延时为Td(j-2*m)，m为正整数；

四、根据不等式(2)：|Td(j)-Td(j-m)|＞K*|Td(j-m)-Td(j-2*m)|+Tdset判断通道延时的稳定性，若通道延时满足不等式(2)则判为通道运行不稳定，闭锁保护功能，(2)式中K为大于1的系数，其范围为1.0＜K＜5.0，Tdset为跃变时间基础限值，范围为0.1ms≤Tdset≤0.5ms。所述K及Tdset的最终取值可根据实际通道情况来确定，以使判据不等式(2)的判断性能最佳。

令：

DTdc＝|Td(j)-Td(j-m)|，称为当前跃变时间；

DTdh＝|Td(j-m)-Td(j-2*m)|，称为历史跃变时间；

式(2)可简化为：

DTdc＞K*DTdh+Tdset                    (3)

式(2)或式(3)的物理意义可表述为：当前的通道延时跃变时间比以往的通道延时跃变时间大K(K＞1)倍还要多，至少多Tdset时间。

本发明的有益效果如下：充分考虑到在通道路由切换的过程中，如何保证差动保护的可靠性，判据不等式(2)或(3)针对的是通道延时跃变时间而非通道延时本身，对不同延时的通道具有自适应性，高可靠性与高灵敏性兼得，当通道正常稳定运行时，通道延时相对固定无变化，无论其实际值多大，判据皆可靠不满足；当通道路由发生改变或运行不稳定时，由于Tdset整定值很小，较小的跃变时间即可使判据成立，实现可靠的闭锁保护；判据既能反应通信通道路由发生改变时延时由小变大的情况，也能反应延时由大变小的情况；通过适当的选择m值，可以使判据与保护功能闭锁时间自动匹配，使得通道一旦稳定下来，保护刚好可以再次投入运行，这给保护功能的处理带来很大的便利。判据不等式(2)或(3)中Tdset的整定也较为容易。通过实时监测通道延时跃变，较好的避开路由转换中的风险，消除保护装置误动作的事故。本发明方法对于检查一般通信过程的可靠性也具有普遍意义。

附图说明：

图1为双向复用环网通道通信一致路由转换的概念示意图。

图2为线路双侧差动保护装置通信过程示意图。图2中T为采样周期，ts为本侧发送报文时刻，Tm为对侧响应报文回送延迟时间，tr为本侧收到对侧回送报文时刻，Td为报文传送的通道延时。

具体实施方式：

下面参照附图并结合三个实施例对本发明进行详细描述。但本发明不限于所给出的例子。

实施例1

纵联通信协议链路层按HDLC协议实施。

线路差动保护装置的采样频率为每秒600点。

线路双侧差动保护装置按图2所示进行相互通信。

纵联通信接口采用64Kbit/s的通信速率复接PCM设备方式，其通信帧格式如下：

1.帧头帧尾各1个字节，按HDLC协议要求固定为0x7e，

2.地址域1个字节，用作传递用户信息，前四位为请求帧号，后四位为响应帧号，

3.控制域1个字节，用作传递用户开关量信号，最多可传8个，

4.校验域2个字节，采用16位CRC校验，

5.信息域6个字节，传送三相电流的采样值利本次响应回送延时Tm，

按其帧格式及各字节内容发送报文帧，每个采样周期发送一帧报文。

在每个采样周期内按发明内容中公式(1)的方法算出通道延时。

按发明内容中不等式(2)的判据判断通道延时是否有跃变，若满足式(2)，则闭锁保护功能。式(2)中K取1.2，m取12，Tdset取0.5ms。

实施例2：

纵联通信协议链路层按HDLC协议实施。

线路差动保护装置的采样频率为每秒2400点。

线路双侧差动保护装置按图2所示进行相互通信。

纵联通信接口采用直接连接方式，通信速率为2.048Mbps。由于通信速率较快，使得保护的通信帧长度可以大大增加，采样间隔时间可以大大减小，更有利于本方法的实现。要实现实时测量通道延时，只要简单的在通信报文帧中增加回送延迟时间Tm的数值位即可。其通信帧格式如下：

1.帧头帧尾各1个字节(8bit)，按HDLC协议要求固定为0x7e，

2.地址域2个字节，用作传递用户信息，前1个字节为请求帧号，后1个字节为响应帧号，

3.控制域1个字节，用作传递用户开关量信号，最多可传8个，

4.校验域4个字节，采用32位CRC校验，

5.信息域7个字节，前6个字节传送三相电流的采样值，后一个字节传送本次响应回送延时Tm。

按其帧格式及各字节内容发送报文帧，每个采样周期发送一帧报文。

在每个采样周期内按发明内容中公式(1)的方法算出通道延时。

按发明内容中不等式(2)的判据判断通道延时是否有跃变，若满足式(2)，则闭锁保护功能。式(2)中K取1.2，m取48，Tdset取0.25ms。

实施例3：

纵联通信协议链路层按HDLC协议实施。

线路差动保护装置的采样频率为每秒2400点。

线路双侧差动保护装置按图2所示进行相互通信。

纵联通信接口采用以2.048Mbps速率复接E1接口的形式，按例2中的通信帧格式及各字节内容发送报文帧，每个采样周期发送一帧报文。

在每个采样周期内按发明内容中公式(1)的方法算出通道延时。

按发明内容中不等式(2)的判据判断通道延时是否有跃变，若满足式(2)，则闭锁保护功能。式(2)中K取1.2，m取48，Tdset取0.25ms。

Claims (4)

1.高可靠线路纵联差动保护的通道监测方法，按HDLC协议实施纵联通信协议链路层，包括如下步骤：

一、线路双侧差动保护装置按相同的频率在各自晶振控制下独立采样，在每个采样周期T内向对侧发送一帧报文数据，并接收对侧对所发报文的一帧回送报文数据；

二、在每个采样周期内，按公式(1)：Td＝(tr-ts-Tm)/2计算出报文传送的单向的通道延时Td，(1)式中ts为本侧发送报文时刻，Tm为对侧响应报文回送延迟时间，tr为本侧收到对侧回送报文时刻；

三、实时监测并记录收到每一帧报文的通道延时，并将其存储在本侧保护装置的微处理器存储器中，设当前最新收到的一帧报文的通道延时为Td(j)，前第m帧的通道延时为Td(j-m)，前第2*m帧的通道延时为Td(j-2*m)，m为正整数；

四、根据不等式(2)：|Td(j)-Td(j-m)|＞K*|Td(j-m)-Td(j-2*m)|+Tdset判断通道延时的稳定性，若通道延时满足不等式(2)则判为通道运行不稳定，闭锁保护功能，(2)式中K为大于1的系数，其范围为1.0＜K＜5.0，Tdset为跃变时间基础限值，范围为0.1ms≤Tdset≤0.5ms。

2.根据权利要求1所述的高可靠线路纵联差动保护的通道监测方法，其特征是线路差动保护装置的采样频率为每秒600点，纵联通信接口采用64Kbit/s的通信速率复接PCM设备方式，其通信帧格式如下：

A.帧头帧尾各1个字节，按HDLC协议要求固定为0x7e，

B.地址域1个字节，用作传递用户信息，前四位为请求帧号，后四位为响应帧号，

C.控制域1个字节，用作传递用户开关量信号，

D.校验域2个字节，采用16位CRC校验，

E.信息域6个字节，传送三相电流的采样值和本次响应回送延时Tm，

按其帧格式及各字节内容发送报文帧，每个采样周期发送一次，在每个采样周期内按公式(1)算出通道延时，按不等式(2)的判据判断通道延时是否有跃变，若满足式(2)，则闭锁保护功能，式(2)中K取1.2，m取12，Tdset取0.5ms。

3.根据权利要求1所述的高可靠线路纵联差动保护的通道监测方法，其特征是线路差动保护装置的采样频率为每秒2400点，纵联通信接口采用直接连接方式，通信速率为2.048Mbps，其通信帧格式如下：

A.帧头帧尾各1个字节，按HDLC协议要求固定为0x7e，

B.地址域2个字节，用作传递用户信息，前1个字节为请求帧号，后1个字节为响应帧号，

C.控制域1个字节，用作传递用户开关量信号，

D.校验域4个字节，采用32位CRC校验，

E.信息域7个字节，前6个字节传送三相电流的采样值，后一个字节专送本次响应回送延时Tm，

按其帧格式及各字节内容发送报文帧，每个采样周期发送一帧报文，在每个采样周期内按公式(1)算出通道延时，按不等式(2)的判据判断通道延时是否有跃变，若满足式(2)，则闭锁保护功能，式(2)中K取1.2，m取48，Tdset取0.25ms。

4.根据权利要求1所述的高可靠线路纵联差动保护的通道监测方法，其特征是线路差动保护装置的采样频率为每秒2400点，纵联通信接口采用以2.048Mbps速率复接E1接口，其通信帧格式如下：

A.帧头帧尾各1个字节，按HDLC协议要求固定为0x7e，

B.地址域2个字节，用作传递用户信息，前1个字节为请求帧号，后1个字节为响应帧号，

C.控制域1个字节，用作传递用户开关量信号，

D.校验域4个字节，采用32位CRC校验，

E.信息域7个字节，前6个字节传送三相电流的采样值，后一个字节传送本次响应回送延时Tm，

按其通信帧格式及各字节内容发送报文帧，每个采样周期发送一帧报文，在每个采样周期内按公式(1)算出通道延时，按不等式(2)的判据判断通道延时是否有跃变，若满足式(2)，则闭锁保护功能，式(2)中K取1.2，m取48，Tdset取0.25ms。

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