光纤通道在继电保护中的运用

1、光纤通信在继电保护光纤通信在继电保护 中的应用中的应用 通道现状通道现状 220220kVkV线路的主保护：线路的主保护： 高频通道。采用专用的收发信机，相高频通道。采用专用的收发信机，相- -地耦地耦 合方式。合方式。 光纤通道。采用点对点直接连接通道。光纤通道。采用点对点直接连接通道。 500500kVkV线路的主保护：线路的主保护： 高频通道。采用载波机复用保护，相高频通道。采用载波机复用保护，相- -相耦相耦 合方式。合方式。 光纤通道。采用复用光纤通道。采用复用PCMPCM方式，经过方式，经过OPGWOPGW传传 输。输。 220kV线路的主保护的光纤通线路的主保护的光纤通 道示意图

2、道示意图 500kV线路的主保护的光纤通线路的主保护的光纤通 道示意图道示意图 850nm 多模光纤 P593 接口装置接口装置 ISDN X.21 electrical Multiplexer G.703 or V.35 electrical P591/2 接口装置接口装置 第一部分第一部分 光纤通信原理光纤通信原理 光纤通信系统的基本组成光纤通信系统的基本组成 信信 息息 源源 电电 发发 射射 机机 光光 发发 射射 机机 光光 接接 收收 机机 电电 接接 收收 机机 信信 息息 宿宿 光纤线路光纤线路 一、光纤线路一、光纤线路 光纤线路的功能是把光信号尽可能小畸光纤线路的功能是把光信

3、号尽可能小畸 变和衰减地传输到对端。变和衰减地传输到对端。 由光纤、光纤接头、光纤连接器组成。由光纤、光纤接头、光纤连接器组成。 容纳许多光纤的为光缆。容纳许多光纤的为光缆。 影响光纤性能的主要指标为损耗和色散。影响光纤性能的主要指标为损耗和色散。 光纤的结构光纤的结构 纤芯、包层和涂敷层。纤芯、包层和涂敷层。 纤芯和包层一般由高纯度二氧化硅掺有适当纤芯和包层一般由高纯度二氧化硅掺有适当 的杂质构成，包层的折射率略小于纤芯，从的杂质构成，包层的折射率略小于纤芯，从 而构成光波道效应，使大部分电磁场被束缚而构成光波道效应，使大部分电磁场被束缚 在纤芯中传输，涂敷层是保护光纤不受水汽在纤芯中传输，

4、涂敷层是保护光纤不受水汽 的侵蚀和机械损伤，同时增加光纤的柔韧性，的侵蚀和机械损伤，同时增加光纤的柔韧性， 在涂敷层的外部的塑料套管增加保护作用，在涂敷层的外部的塑料套管增加保护作用， 常用的光缆由若干光纤组成。常用的光缆由若干光纤组成。 光纤的外形光纤的外形 n1n1 n2 n2，光能量主要纤芯中传输。光能量主要纤芯中传输。 包层 n2 纤芯 n1 光纤的分类光纤的分类 根据光纤中的传输模式数量分为：根据光纤中的传输模式数量分为： 单模光纤（单模光纤（single-Mode Fiber,SM)single-Mode Fiber,SM) 折射率分布与突变型光纤类似，纤芯直折射率分布与突变型光纤

5、类似，纤芯直 径只有径只有8-108-10mm，光线以直线沿纤芯中心轴光线以直线沿纤芯中心轴 线方向传播。只能传输一个模式。信号畸变线方向传播。只能传输一个模式。信号畸变 小。小。 多模光纤（多模光纤（Multi-Mode Fiber,MM)Multi-Mode Fiber,MM) 多模光纤又分为：突变型和渐变型光纤多模光纤又分为：突变型和渐变型光纤 的纤芯直径都很大，可以容纳数百个模式。的纤芯直径都很大，可以容纳数百个模式。 根据光纤横截面的折射率分布分为：根据光纤横截面的折射率分布分为： 阶跃折射率光纤阶跃折射率光纤( (step-Index Fiber,SIF)step-Index Fi

6、ber,SIF) 纤芯折射率为纤芯折射率为n1n1保持不变保持不变, ,到包层突变为到包层突变为n2n2。 光以折线传播。光以折线传播。 渐变折射率光纤渐变折射率光纤( (Graded-Index Fiber,GIF)Graded-Index Fiber,GIF) 纤芯中心的折射率为最大纤芯中心的折射率为最大n1n1，沿径向沿径向r r向外围向外围 逐渐变小，直到包层变为逐渐变小，直到包层变为n2n2。光线以正弦形光线以正弦形 状沿纤芯中心轴线方向传输。状沿纤芯中心轴线方向传输。 光纤的分类光纤的分类 多模阶跃折射率光纤中的光的传输多模阶跃折射率光纤中的光的传输 不同入射角的光线在光纤中的传播

7、路径不同入射角的光线在光纤中的传播路径 不同，不同的光所携带的能量到达终不同，不同的光所携带的能量到达终 端的时间不同，产生了群时延，限制端的时间不同，产生了群时延，限制 了该光纤的传输带宽。一般小于了该光纤的传输带宽。一般小于 200200MB/SMB/S。 n1 n2 渐变折射率光纤中光的传输渐变折射率光纤中光的传输 该光纤具有自聚焦的性质，即有相同该光纤具有自聚焦的性质，即有相同 的传输时延，适当选择折射率的分的传输时延，适当选择折射率的分 布，可使传输带宽达几布，可使传输带宽达几GB/SGB/S。 对于给定的光纤，存在一个临界波长对于给定的光纤，存在一个临界波长 cc，当当 c c时，

8、是多模传输，时，是多模传输， 当当 c c时，是单模传输，这个时，是单模传输，这个 cc称为截止波长。称为截止波长。 应用应用 突变型多模光纤信号畸变大，相应的带突变型多模光纤信号畸变大，相应的带 宽只有宽只有10102020MHzkmMHzkm，只能用于小容量只能用于小容量 短距离系统。短距离系统。 渐变型多模光纤的带宽可达到渐变型多模光纤的带宽可达到1 1 2 2GHz kmGHz km，适用于中等容量、中等距离适用于中等容量、中等距离 的传输系统。的传输系统。 大容量、长距离系统使用单模光纤。大容量、长距离系统使用单模光纤。 光纤的传输性能光纤的传输性能 传输传输衰减衰减( (Loss)

9、Loss) (1) (1)衰减衰减( (dB)dB) 衰减是光纤的一个重要传输参数。衰减是光纤的一个重要传输参数。 它表明了光纤对光能量的传输损耗，对它表明了光纤对光能量的传输损耗，对 光纤质量的评定和对光纤通信系统的中光纤质量的评定和对光纤通信系统的中 继距离的确定都起着十分重要的作用，继距离的确定都起着十分重要的作用， 其评定量纲为其评定量纲为dBdB。 （2 2）衰减系数）衰减系数( (dB/km)dB/km) 衰减系数定义为单位长度光纤引起衰减系数定义为单位长度光纤引起 的光功率衰减，其评定量纲为的光功率衰减，其评定量纲为dB/KmdB/Km。 光纤的衰减系数与光纤的工作波长光纤的衰减

10、系数与光纤的工作波长 有关，但光纤的衰减系数与波长的有关，但光纤的衰减系数与波长的 函数关系与光纤长度无关。函数关系与光纤长度无关。 传输传输衰减衰减( (Loss)Loss) 0.850.85、1.31.3、1.551.55微米是光纤通信的三个低损微米是光纤通信的三个低损 耗窗口，损耗分别为耗窗口，损耗分别为1.9 1.9 db/kmdb/km、 0.35 0.35 db/kmdb/km、 0.2 db/km 0.2 db/km。 0.8 0.9 1.2 1.3 1.55 波长波长 传输传输色散色散( (DispersionDispersion) ) 在光纤数字通信系统中，由于光纤在光纤数字

11、通信系统中，由于光纤 中的信号是由不同的频率成分和不同中的信号是由不同的频率成分和不同 的模式成份来携带的，这些不同的频的模式成份来携带的，这些不同的频 率成份和不同的模式成份的传输速度率成份和不同的模式成份的传输速度 不同，从而引起色散。不同，从而引起色散。 传输传输色散的种类色散的种类 材料色散材料色散 波导色散波导色散 模间色散模间色散 偏振模色散偏振模色散( (PMD)PMD) 模式色散模式色散： 多模光纤中各模式在同一频率下有不多模光纤中各模式在同一频率下有不 同的群速度。同的群速度。 材料色散材料色散： 石英材料的折射率随波长而变化引起石英材料的折射率随波长而变化引起 不同波长的光

12、传输时延不同。不同波长的光传输时延不同。 波导色散波导色散： 对于光纤的某个模式，在不同频率下对于光纤的某个模式，在不同频率下 群速不同。群速不同。 改进措施改进措施： 采用单模光纤减少模式色散，采用激采用单模光纤减少模式色散，采用激 光器减少谱线宽度，减少材料色散和波道光器减少谱线宽度，减少材料色散和波道 色散。色散。 光纤的损耗和色散光纤的损耗和色散 在0.850.85m m 、1.311.31mm和和 1.55 1.55m m 有三个低有三个低 损耗窗口，分别小于损耗窗口，分别小于2 2dB/kmdB/km、0.4dB/km0.4dB/km和和 0.20.2dB/kmdB/km。石英光纤

13、在石英光纤在1.311.31mm色散为零，带色散为零，带 宽极大值可达到几十宽极大值可达到几十GHzkmGHzkm。 通过光纤设计，可以使零色散波长移到通过光纤设计，可以使零色散波长移到1.55 1.55 m m ，实现色散和损耗都最低的色散移位单实现色散和损耗都最低的色散移位单 模光纤；或者设计在模光纤；或者设计在1.311.31mm和和 1.55 1.55m m 之之 间的色散平坦单模光纤。间的色散平坦单模光纤。 一般分类一般分类多模多模单模单模 ITU-T编号编号G.651G.652G.653G.654 折射率分布折射率分布 GI特征特征常规常规色散移位色散移位1.55m 损耗最小损耗最

14、小 纤芯材料纤芯材料 包层材料包层材料 玻璃玻璃 玻璃玻璃 纤芯材料纤芯材料 包层材料包层材料 玻璃玻璃 玻璃玻璃 玻璃玻璃 玻璃玻璃 玻璃玻璃 玻璃玻璃 损耗损耗 （db/km) 850nm 1300nm 1550nm 34 0.831300nm 1550nm 1.0 0.5 0.5 0.5 0.25 光纤特性的标准光纤特性的标准 光纤特性的标准光纤特性的标准 G.651 G.651 多模渐变光纤，早期使用。多模渐变光纤，早期使用。 G.652G.652常规单模光纤，在常规单模光纤，在1.311.31mm色散为零，传输距色散为零，传输距 离只受损耗的限制。离只受损耗的限制。 G.653G.6

15、53色散移位光纤，在色散移位光纤，在1.551.55mm色散为零，损耗最色散为零，损耗最 小。小。 G.654 G.654 1.551.55mm损耗最小的单模光纤。在损耗最小的单模光纤。在1.311.31mm色色 散为零，在散为零，在1.551.55mm色散为色散为17-2017-20ps/(nm.km)ps/(nm.km)，和常和常 规光相同，但损耗更低。规光相同，但损耗更低。是G.653G.653的改进型。的改进型。 G.655G.655是非零色散光纤，是改进的色散移位光纤。是非零色散光纤，是改进的色散移位光纤。 损耗的测量损耗的测量 测量通过光纤的传输功率，称剪断测量通过光纤的传输功率，

16、称剪断 法和插入法。法和插入法。 测量光纤的后向散射功率，称后向测量光纤的后向散射功率，称后向 散射法。散射法。 剪断法剪断法 光纤的损耗系数：光纤的损耗系数： kmdB P P L /lg 10 2 1 偏置电路偏置电路 注入装置注入装置 被测光纤被测光纤 检测器检测器 放大器放大器 电平测量电平测量 P1P2 光缆的结构分类光缆的结构分类 层绞式光缆层绞式光缆 骨架式光缆骨架式光缆 带状式光缆带状式光缆 单位式光缆单位式光缆 束管式光缆束管式光缆 6 6芯紧套层绞式光缆芯紧套层绞式光缆 1212芯骨架式光缆（直埋）芯骨架式光缆（直埋） 108108芯带状光缆芯带状光缆 1212芯松套层绞式

17、光缆（直埋）芯松套层绞式光缆（直埋） OPGW（Optical Fiber Overhead Ground WireOptical Fiber Overhead Ground Wire) 光纤接续的种类光纤接续的种类 永久性连接永久性连接( (固定连接固定连接) ) 活动性连接活动性连接( (连接器连接连接器连接) ) 光纤的活动连接器连接法光纤的活动连接器连接法 l对光纤连接器性能的主要要求对光纤连接器性能的主要要求 l连接器产生连接损耗的因素连接器产生连接损耗的因素 l结构与种类结构与种类 对光纤连接器性能的主要要求对光纤连接器性能的主要要求 插入损耗低；插入损耗低； 经多次连接和拆卸后经

18、多次连接和拆卸后, ,插入变化小；插入变化小； 同一种类的连接器应具有互换性；同一种类的连接器应具有互换性； 对环境条件如温度、湿度、灰尘、振动对环境条件如温度、湿度、灰尘、振动 等不敏感；等不敏感； 结构简单、装卸方便，价格低廉；结构简单、装卸方便，价格低廉； 在多芯连接器中，相互串扰小。在多芯连接器中，相互串扰小。 连接器产生连接损耗的因素连接器产生连接损耗的因素 轴心错位轴心错位 轴心倾斜轴心倾斜 间隙间隙 端面不完整端面不完整 光纤参数的偏差光纤参数的偏差 光纤活动连接器的组成光纤活动连接器的组成 按功能可以分成以下几部分：按功能可以分成以下几部分： 连接器插座连接器插座( (Plug

19、 ConnectorPlug Connector） 光缆跳线（光缆跳线（Jumper CableJumper Cable） 转换器（转换器（AdaporAdapor） 变换器（变换器（ConverterConverter） 裸光纤转换器（裸光纤转换器（Bare Fiber AdaptorBare Fiber Adaptor） 在我国一套光纤活动连接器主要指在我国一套光纤活动连接器主要指 两个连接器插头加一个转换器两个连接器插头加一个转换器( (法兰盘）。法兰盘）。 光纤活动连接器的结构与类型光纤活动连接器的结构与类型 FCFC( (平面接触平面接触/ /螺纹连接）螺纹连接） PC/APC(PC

20、/APC(直接接触直接接触/ /螺纹连接）螺纹连接） SC (SC (NTT/NTT/矩形矩形/ /直接拔插直接拔插） ST(ST(AT如果2M无误码,则可能是PCM的64k板或2M板 有故障,换板. -如无误码,则应检查光电转换柜及保护设 备是否工作正常. 三、光端机三、光端机 分：光发射和光接收分：光发射和光接收 光发射功能：把输入电信号转换为光信光发射功能：把输入电信号转换为光信 号，并用耦合技术，把光信号最大限度号，并用耦合技术，把光信号最大限度 地注入光纤线路。地注入光纤线路。 光接收：把从光纤线路输出、产生畸变光接收：把从光纤线路输出、产生畸变 和衰减的光信号转换为电信号。和衰减的

21、光信号转换为电信号。 三、光端机三、光端机/光发送光发送 组成：光源、驱动器、调制器组成：光源、驱动器、调制器 核心为光源。目前广泛使用有半导体光源核心为光源。目前广泛使用有半导体光源 （发光二极管、激光二极管）、谱线宽度（发光二极管、激光二极管）、谱线宽度 很小的动态单模分布反馈激光器（很小的动态单模分布反馈激光器（DFBDFB）、）、 大功率的激光器掺钕钇铝石榴石。大功率的激光器掺钕钇铝石榴石。 E/OE/O转换通过电信号对光信号的调制实现。转换通过电信号对光信号的调制实现。 目前有：直接调制和间接调制。目前有：直接调制和间接调制。 三、光端机三、光端机/光发送光发送/光调制光调制 激光器

22、激光器 驱动器驱动器 电信号输入电信号输入 光信号输出光信号输出 光纤光纤 光直接调制光直接调制 三、光端机三、光端机/光发送光发送/光调制光调制 调制器调制器 驱动和控制驱动和控制 电信号输入电信号输入 光信号输出光信号输出 光纤光纤 激光器激光器 光间接调制光间接调制 三、光端机三、光端机/光接收光接收 组成：光检测器、放大器和相关电路。组成：光检测器、放大器和相关电路。 核心：光检测器。目前广泛使用的有：核心：光检测器。目前广泛使用的有： 本征二极管本征二极管PIN-PDPIN-PD和雪崩光电二极管和雪崩光电二极管APDAPD。 O/EO/E是通过光检测器实现。分：直接检测是通过光检测器

23、实现。分：直接检测 和外差检测。和外差检测。 指标：灵敏度。指标：灵敏度。 第二部分第二部分 光纤在线路保护中的光纤在线路保护中的 应用应用 分相电流差动保护分相电流差动保护 /原理原理 分相电流差动保护是一种差动保护。分相电流差动保护是一种差动保护。 它比较被保护线路两侧的电流的大小与它比较被保护线路两侧的电流的大小与 相位，对正常运行、区内故障、区外故相位，对正常运行、区内故障、区外故 障作出判别；障作出判别； 如判断为区内故障，则发出跳闸命令，如判断为区内故障，则发出跳闸命令， 从而切除故障；从而切除故障； 如是区外故障则可靠闭锁保护，保证不如是区外故障则可靠闭锁保护，保证不 动作。动作

24、。 分相电流差动保护分相电流差动保护/原理原理 电流的相位及幅值是作为保护是否动作电流的相位及幅值是作为保护是否动作 的重要依据，为增加保护的可靠性，每的重要依据，为增加保护的可靠性，每 相均设有相均设有2 2个电流元件，三相共有个电流元件，三相共有6 6个电个电 流元件，这些电流元件均由计算机进行流元件，这些电流元件均由计算机进行 采样，从而提取出幅值量和相位量，同采样，从而提取出幅值量和相位量，同 时附加时间信息，保护每隔时附加时间信息，保护每隔5 5msms向对侧传向对侧传 递一次信息，同时对方也将这些信息传递一次信息，同时对方也将这些信息传 到本侧。这样两侧都可能比较同一时刻到本侧。这

25、样两侧都可能比较同一时刻 的电流幅值与相位。的电流幅值与相位。 分相电流差动保护分相电流差动保护/原理原理 由于信息在通道上传输是以光速进行的，所以由于信息在通道上传输是以光速进行的，所以 时间不可能大于时间不可能大于1212msms，如果两侧电流信息的时如果两侧电流信息的时 间差大于间差大于1212msms，则说明通道有问题，差动保护则说明通道有问题，差动保护 自动闭锁，并发自动闭锁，并发“通道故障通道故障”信号。信号。 如 时 间 大 于如 时 间 大 于 2 0 02 0 0 m sm s ， 整 个 保 护 自 动 闭 锁整 个 保 护 自 动 闭 锁 （REL561REL561保护中

26、还包含距离保护），待通道恢保护中还包含距离保护），待通道恢 复正常，两侧时间一致同步后，保护又自动恢复正常，两侧时间一致同步后，保护又自动恢 复正常运行。复正常运行。REL561REL561保护每相的电流比较是独保护每相的电流比较是独 立完成的，这样便可以在任何故障情况下保护立完成的，这样便可以在任何故障情况下保护 正确选相、正确动作。正确选相、正确动作。 分相电流差动保护分相电流差动保护/原理原理 通道如果发生故障，可能在一个时间段通道如果发生故障，可能在一个时间段 内（内（5 5msms）内发不出信号或收不到信号，内发不出信号或收不到信号， 两侧比较可能判别为线路故障从而跳开两侧比较可能判

27、别为线路故障从而跳开 开关，为了提高可靠性，开关，为了提高可靠性，REL561REL561保护跳保护跳 闸回路采用四取三跳闸逻辑，即将四次闸回路采用四取三跳闸逻辑，即将四次 取样电流幅值和相位进行比较判别，如取样电流幅值和相位进行比较判别，如 其中有三次满足跳闸条件方才发出跳闸其中有三次满足跳闸条件方才发出跳闸 指令。指令。 分相电流差动保护分相电流差动保护/原理原理 如果故障电流相当大，如果故障电流相当大，CTCT将饱和，将饱和，CTCT二次值与二次值与 一次值将不再是比例对应关系，所以一次值将不再是比例对应关系，所以REL561REL561保保 护在每相回路中加装了护在每相回路中加装了CT

28、CT饱和检测器，当饱和检测器，当CTCT饱饱 和时能自动增加制动量，提高保护动作值，并和时能自动增加制动量，提高保护动作值，并 且将且将CTCT饱和信息传递给对侧，以防保护误动。饱和信息传递给对侧，以防保护误动。 分相电流差动保护只能反映两侧分相电流差动保护只能反映两侧CTCT之间的线路之间的线路 全长，不能作为线路的后备保护。所以，全长，不能作为线路的后备保护。所以， REL561REL561保护还附带了后备保护：距离保护、方保护还附带了后备保护：距离保护、方 向零流保护。向零流保护。 分相电流差动保护分相电流差动保护/点对点通道点对点通道 保护通道如采用保护通道如采用OPGWOPGW光纤通

29、道专用光芯。光纤通道专用光芯。 则按如下设备提供：则按如下设备提供： 1 1个光缆端子盒装于屏上个光缆端子盒装于屏上 3 3根尾纤根尾纤 1 1根（每根根（每根4 4芯）芯）250250米长金属铠装光缆米长金属铠装光缆 点对点通道点对点通道 保护屏保护屏保护屏保护屏 1 1个光缆端子个光缆端子 盒装于屏上盒装于屏上 3 3根尾纤根尾纤 1 1根（每根（每 根根4 4芯）芯） 250250米长米长 金属铠金属铠 装光缆装光缆 经过避雷经过避雷 线上线上OPGWOPGW 分相电流差动保护分相电流差动保护/复用复用PCM通道通道 保护通道复用保护通道复用PCMPCM终端时，每一套分相电终端时，每一套

30、分相电 流差动保护分别接用不同基群的一个流差动保护分别接用不同基群的一个PCM PCM 64kbit/64kbit/秒同向接口。即如果秒同向接口。即如果500500kVkV线路出线路出 线线2 2回，每回线配置回，每回线配置2 2套完全独立的主保护，套完全独立的主保护， 采用光纤通道，分别安排在采用光纤通道，分别安排在2 2台台PCMPCM上，每上，每 台台PCMPCM为继电保护提供为继电保护提供2 2路路6464kbit/skbit/s通道，通道， 另预留另预留2 2路通道用于安全自动装置信号。路通道用于安全自动装置信号。 分相电流差动保护分相电流差动保护/复用复用PCM通道通道 分相电流差

31、动保护分别输出光信号，然后分相电流差动保护分别输出光信号，然后 经设在通信室内的光电转换接口设备转换经设在通信室内的光电转换接口设备转换 为为6464kbit/skbit/s电信号，采用电信号，采用G.703G.703同向数据同向数据 接口复用接口复用PCMPCM，与对侧保护交换信息。与对侧保护交换信息。 保护装置与光保护装置与光/ /电转换设备之间采用光缆电转换设备之间采用光缆 连接，光连接，光/ /电转换装置的数字信号接口元电转换装置的数字信号接口元 件设置在通讯室一条线接口元件装设在一件设置在通讯室一条线接口元件装设在一 个柜上。个柜上。 分相电流差动保护分相电流差动保护/复用复用PCM

32、通道通道 光电转换接口装置的电源为直流光电转换接口装置的电源为直流110110V V， 每台装置一路电源，并使用一个每台装置一路电源，并使用一个110110V V直直 流电源小开关流电源小开关MCBMCB，其电源监视元件可借其电源监视元件可借 助辅助继电器或数字信号接口设备本身。助辅助继电器或数字信号接口设备本身。 分相电流差动保护分相电流差动保护/复用复用PCM通道通道 每回线的每一端二套分相电流差动保护的通每回线的每一端二套分相电流差动保护的通 信接口设备应完全独立，并按如下设备提信接口设备应完全独立，并按如下设备提 供：供： 2 2个数字信号接口装置个数字信号接口装置 4 4个光缆端子盒

33、每根光缆每端一个个光缆端子盒每根光缆每端一个 2 2根（每根根（每根4 4芯）芯）500500米长金属铠装光缆米长金属铠装光缆 1212根尾纤，每个光纤接线盒根尾纤，每个光纤接线盒3 3根根 2 2根屏蔽双绞电缆及接插件根屏蔽双绞电缆及接插件 复用复用PCM通道通道 保护屏保护屏通信机房通信机房 P591/2/3 接口装置接口装置 PCM SDH 光缆光缆 端子端子 盒盒 数字信数字信 号接口号接口 装置装置 6464kbit/skbit/s 电信号电信号 6464kbit/skbit/s 光信号光信号 2Mbit/s2Mbit/s 电信号电信号 155155Mbit/sMbit/s 光信号光

34、信号 复用复用PCM通道通道 保护屏保护屏通信机房通信机房 P591/2/3 接口装置接口装置 PCM SDH 500500米长米长 金属铠装金属铠装 光缆光缆 850nm 多模光纤多模光纤 OPGWOPGW 分相电流差动保护分相电流差动保护/复用复用PCM通道通道 对采用分相电流差动的对采用分相电流差动的500500kVkV线路，保护线路，保护 远方跳闸信号将通过复用的光通道传输，远方跳闸信号将通过复用的光通道传输， 并通过分相电流差动保护传输。并通过分相电流差动保护传输。 远跳回路具有启动两个断路器的双跳闸远跳回路具有启动两个断路器的双跳闸 线圈的接点，同时具有中央信号、远动信线圈的接点，

35、同时具有中央信号、远动信 号和事件记录接点。号和事件记录接点。 保护屏上应装设通道切换开关，以便在通保护屏上应装设通道切换开关，以便在通 道试验及维护时退出远跳回路。道试验及维护时退出远跳回路。 500KV远方跳闸逻辑电路远方跳闸逻辑电路 在本侧线路断路器失灵时需要发送远方跳在本侧线路断路器失灵时需要发送远方跳 闸信号，使对侧断路器跳闸，同时，也需闸信号，使对侧断路器跳闸，同时，也需 要考虑接收对侧发来的远方跳闸信号，故要考虑接收对侧发来的远方跳闸信号，故 需要装设远方跳闸逻辑。需要装设远方跳闸逻辑。 远方跳闸逻辑电路的安全性主要取决于通远方跳闸逻辑电路的安全性主要取决于通 道传送远方跳闸信号

36、的安全性，对于光纤道传送远方跳闸信号的安全性，对于光纤 复用通道，每回线可通过分相电流差动保复用通道，每回线可通过分相电流差动保 护传送，接收端两个取一回路并联后跳闸。护传送，接收端两个取一回路并联后跳闸。 Tx Rx 继电器 A Rx Tx 继电器 B 通道1 分相电流差动保护分相电流差动保护/点对点通道点对点通道/同步同步 0 I I I I I I 0 I 0 . . . 0 I 0 I I I I I I 0 Start flag AddressData Frame check End flag Status and commands Current vectors Timing da

37、ta 数据信息格式数据信息格式 数据信息格式数据信息格式 Start flag (01111110) for message synchronisation Address Timing data for propagation delay time measurement Status and command information Current vectors (3 phases) Additional Bias (2nd harmonic P541/P542, Stub bus through current P544/P546) Cyclic redundancy frame che

38、ck End flag (01111110) for message synchronization Total 24 Bytes 点对点通道点对点通道/同步同步/内时钟同步内时钟同步 采用专用光纤通道，时钟采用内时钟方式，采用专用光纤通道，时钟采用内时钟方式， 即两侧的装置发送的时钟工作在即两侧的装置发送的时钟工作在“主主主主” 方式。数据发送采用本机内时钟，接收时钟方式。数据发送采用本机内时钟，接收时钟 从接收数据流中提取。从接收数据流中提取。 传输延时时间的测量 - 1 tA1 数据信息 继电器 BA 电流向量电流向量 tA 1 tA2 tA3 tA4 tA5 tB1 tB2 tB3 t

39、B4 tB5 tB* tp1 MiCOM-P540- 98 传输延时时间的测量 - 2 测量的采样时间 tB3 = (tA - tp2) * 传输延时时间 tp1 = tp2 = 1/2 (tA - tA1) td * 数据信息 tB1 tB2 tB3 tB4 tB5 tB* tA1 tA2 tA3 tA4 tp1 tA5 电流向量电流向量 tA 1 tB3 * tA * 电流向量电流向量 tB 3 tA 1 td tp2 MiCOM-P540- 99 乒乓算法乒乓算法 End B End At1 t2t3 t4 tp1tp2 td Current vectors tdt3t1 Current

40、 vectors t1 P541 to P544 assume tp1 = tp2 So, propagation delay tp is given by:- 2 )( 14 21 d pp ttt tt This value is used to realign vectors,thus allowing phase and magnitude information to be compared at line ends BUT: For SONET systems, tp1 can be different than tp2 分相电流差动保护分相电流差动保护/复用复用PCM通道通道/同

41、步同步 通道是通过通道是通过64kbit/s同向接口复用同向接口复用PCM，应应 采用外部时钟方式，工作在采用外部时钟方式，工作在“从从-从从”方式。方式。 数据的发送和接收为同一时钟源，均从接收数据的发送和接收为同一时钟源，均从接收 的数码流中提取。的数码流中提取。 两侧的两侧的PCM通信设备所复接的通信设备所复接的2M基群口，应基群口，应 按主按主-从方式来整定，否则，由于两侧的从方式来整定，否则，由于两侧的PCM 设备的设备的64kbit/s/2M终端接口存在差异，会使终端接口存在差异，会使 保护装置在接收中出现定时滑码现象。保护装置在接收中出现定时滑码现象。 分相电流差动保护分相电流差

42、动保护/复用复用PCM通道通道/同步同步 同同 向向 接接 口口 分相电流差动保护分相电流差动保护/复用复用PCM通道通道/同步同步 显然，保护设备的同步依靠显然，保护设备的同步依靠PCMPCM设备的同设备的同 步来完成。步来完成。PCMPCM设备的同步包括设备的同步包括时钟同步、时钟同步、 位同步和帧同步位同步和帧同步，位同步和帧同步，位同步和帧同步般般 是同时实现。是同时实现。 分相电流差动保护分相电流差动保护/复用复用PCM通道通道/同步同步 /时钟同步（定时恢复）时钟同步（定时恢复） 时钟同步要求接收端的时钟频率与发送时钟同步要求接收端的时钟频率与发送 端的时钟频率保持一致，同时为了在

43、适端的时钟频率保持一致，同时为了在适 当的时刻对收到的一位位数字信号进行当的时刻对收到的一位位数字信号进行 判决，必须使接收端时钟脉冲与收到的判决，必须使接收端时钟脉冲与收到的 比特流之间有一定的相位关系，这样就比特流之间有一定的相位关系，这样就 能够用较低的错误概率恢复己被接收到能够用较低的错误概率恢复己被接收到 的畸变了的数字信号。收端时钟与比特的畸变了的数字信号。收端时钟与比特 流间的相位差还可以进行调整。流间的相位差还可以进行调整。 分相电流差动保护分相电流差动保护/复用复用PCM通道通道/同同 步步/时钟同步（定时恢复）时钟同步（定时恢复） 为了实现上述目的，在为了实现上述目的，在P

44、CMPCM数字中继接口数字中继接口 ( (包括包括PCMPCM基群接收端机基群接收端机) )中，一般采用从中，一般采用从 接收到的比特流中提取定时信息的方式接收到的比特流中提取定时信息的方式 来实现时钟同步，这种方式又叫做收端来实现时钟同步，这种方式又叫做收端 定时提取。定时提取。 定时恢复的方法包括谐振槽路方式和锁定时恢复的方法包括谐振槽路方式和锁 相方式。相方式。 分相电流差动保护分相电流差动保护/复用复用PCM通道通道/同同 步步/时钟同步（定时恢复）时钟同步（定时恢复）/锁相电路锁相电路 利用锁相环路的这种性质，可使接收端得到与信息利用锁相环路的这种性质，可使接收端得到与信息 比特流相

45、同的频率和具有固定相位差的时钟信号，比特流相同的频率和具有固定相位差的时钟信号， 从而实现数字中继接口在接收从而实现数字中继接口在接收PCMPCM数字比特流时的数字比特流时的 时钟提取。时钟提取。 分相电流差动保护分相电流差动保护/复用复用PCM通道通道/同同 步步/时钟同步（定时恢复）时钟同步（定时恢复）/帧同步帧同步 为了实现帧同步，在比特流中必须插入为了实现帧同步，在比特流中必须插入 帧同步标记信号，又叫作帧同步信号或帧同步标记信号，又叫作帧同步信号或 帧同步码组，简称为帧码。这些帧同步帧同步码组，简称为帧码。这些帧同步 码有特定的码型，并按一定的间隔插码有特定的码型，并按一定的间隔插 入因此，在接收端很容易被识别出来。入因此，在接收端很容易被识别出来。 一旦被识别出来，就可以推确地区分出一旦被识别出来，就可以推确地区分出 各路的信号，达到帧同步的目的。各路的信号，达到帧同步的目的。 分相电流差动保护分相电流差动保护/复用复用PCM通道通道/同步同步 Multiplexer P591/2/3 接口装置接口装置 GGC GG G G G TRIP ALARM OUT OF SERVICE HEALTHY EDIT = CLEAR =