光纤差动保护装置的复用通道恢复方法研究

梁文武，王琴，李辉，刘海峰，陈宏，徐浩

(1.国网湖南省电力公司电力科学研究院，湖南长沙410007；2.中国能源建设集团湖南省电力设计院有限公司，湖南长沙410007)

光纤差动保护装置的复用通道恢复方法研究

梁文武1，王琴2，李辉1，刘海峰1，陈宏1，徐浩1

(1.国网湖南省电力公司电力科学研究院，湖南长沙410007；2.中国能源建设集团湖南省电力设计院有限公司，湖南长沙410007)

本文基于电力系统通信ASON网管的建立提出一种用于光纤差动保护装置的复用通道恢复方法，该方法在现有光纤差动保护装置的基础上，通过引入基于ASON技术的SDH和OTN光传输通信网，为光纤差动保护装置提供按需设置的、可靠的备用复用通道，在保护前端设置双通道装置实现保护工作通道与备用通道之间的切换，可进一步提高保护通道的可靠性。

ASON网管；路由恢复；光纤差动保护装置；双通道装置

目前光纤专用芯或2M复用方式已成为光纤差动保护装置主要的通信方式，这是缘于专用芯方式相比2M复用方式的纤芯利用率低，在国家电网公司所属部分省网公司已面临光缆资源短缺，因而出现光纤差动保护装置不再使用专用芯的情况。因此，2M复用方式保护通道的可靠性显得尤为重要。

由于SDH自身的保护机制大多为两纤双向倒换环，其业务通道倒换在某些特定情况下会出现收、发信路径不一致的情况，在没有通道自愈保护机制的情况下就会导致光纤差动保护装置失灵或误动。因此，国家电网公司与南方电网公司的相关规程中均明确提出光纤差动保护通道不得应用SDH保护自愈功能。目前，国家电网公司和南方电网公司已逐步引入WDM，OTN等大容量光传输设备网络，与现有SDH光传输设备网络形成A/B网，通过引入自动交换光网络 (ASON)技术并进行一定的设置，即可为光纤差动保护装置提供复用路由的备份通道，进一步提高保护通道的可靠性。

1 ASON技术定义及特点

传统的SDH光传输设备基于时分复用技术，OTN光设备基于波分复用技术，其业务接口类型比SDH设备更加丰富。ASON在传统光设备组网的基础上引入了控制平面，在功能上形成了由传送平面、控制平面和管理平面构成的能够自动完成网络连接的新型网络。ASON符合G.8080框架要求，通过控制平面来完成自动交换和连接控制、以光纤为物理传输媒质、由SDH和OTN等光传输系统构成智能光传送网〔1-2〕。

1)控制平面是ASON的核心，由各节点设备中的控制单元构成，负责完成网络连接的动态建立和网络资源的动态分配。控制平面就好比是导航仪，能自动寻找路由，还能在线路故障时重新计算路由，实现业务保护和恢复。

2)管理平面实现对传送平面、控制平面以及系统的管理，确保所有平面之间的协同工作。管理平面提供的管理功能包括性能管理、故障管理、配置管理、计费管理和安全管理。管理平面就好比是开车的司机，给导航仪设置目的地，并在整个行程中对导航仪和车辆进行管理控制。

3)传送平面完成光信号传输、复用、配置保护倒换和交叉连接等功能，并确保所传光信号的可靠性。传送平面就好比是道路，光信号就是在道路上行驶的车辆。

ASON技术通过在网络结构中引入控制平面实现了抗多点失效的功能，满足紧急业务 (如光纤差动保护业务)需求，可提高网络生存性和抗灾能力，大大提高了网络的安全性，且可以根据用户对不同层面、不同业务质量级别的要求，按需制定不同的保护恢复方式，并实现分级管理〔3-4〕。

2 光纤差动保护装置的复用路由恢复方法

2.1 系统搭建

目前光纤差动保护装置使用的光纤通道主要有专用光纤通道与复用光纤通道2种，主流保护装置均能兼容2种通信方式〔5〕。

在现有光纤差动保护装置的基础上，通过引入基于ASON技术的SDH光传输通信网和OTN光传输通信网，可以为光纤差动保护装置提供按需设置的、可靠的保护路由恢复方法，从而保障光纤差动保护业务正常运行。

为该方法搭建的系统模型如图1所示，在A，B两站光纤差动保护装置的前端分别设置用于控制光纤差动保护装置在工作通道和备用通道之间切换的双通道装置，将所述双通道装置分别连接SDH通道设备、OTN通道设备且通过网络和ASON网管相连，利用ASON网管在两个光纤差动保护装置之间构建基于SDH光传输网络的通道1和基于OTN光传输网络的通道2，并开通通道1和通道2的光传输业务。通过一定的设置即可实现保护业务的通道切换。

图1 系统模型示意图

2.2 光纤差动保护重新同步

光纤差动保护原理通过实时比较线路两侧电流量实现，因此线路两侧光纤差动保护采样数据同步是实现光纤差动保护的基础，常用的同步调整方法有采样数据修正法、采样时刻调整法、时钟修正法、采样序号调整法等〔6〕。文中所述通过通道切换实现路由恢复的方法必然会造成切换前后通道延时的变化，因此需要考虑采取措施避免通道延时变化造成线路两侧光纤差动保护数据失步而误动。光纤差动保护在运行过程中检测到通道故障会延时一定时间闭锁，一种简单可行而又能适应目前广泛应用的光纤差动保护的方法是在通道切换过程中设置延时，使工作通道发生故障至切换到备用通道的时间略大于光纤差动保护装置的通道中断闭锁时间，从而确保光纤差动保护在通道切换过程中可靠闭锁，当通道切换完成后，光纤差动保护检测到通道恢复正常后会重新检测新通道延时并重新建立数据同步再开放保护，从而确保通道切换前后通道延时变化不会造成保护误动。

2.3 工作流程

A站的光纤差动保护装置将光差保护信息通过最优路由发送到对侧B站的光纤差动保护装置，利用ASON网管对通信通道的运行状态进行实时监控，当某一通信通道出现故障时，双通道装置根据检测到的相关数据进行通道路由切换。具体工作流程如图2所示，其详细步骤为:

步骤1:按图1搭建系统，所有设备上电并检测设备正常运行。

图2 流程示意图

步骤2:利用ASON网管测试通道1和通道2的延时，选择延时较短的一条通道作为光纤差动保护业务的工作通道，另一条通道则作为光纤差动保护业务的备用通道。详细的工作通道选择流程为:①利用ASON网管检测通道1是否正常，如果通道1正常，则利用ASON网管测试通道1的延时得到通道1的延时时间T1，否则将通道1的延时时间T1设置为+∞；②利用ASON网管检测通道2是否正常，如果通道2正常，则利用ASON网管测试通道2的延时得到通道2的延时时间T2，否则将通道2的延时时间T2设置为+∞；③判断通道1的延时时间T1大于通道2的延时时间T2是否成立，如果成立，则选择延时较短的通道2作为光纤差动保护业务的工作通道，通道1则作为光纤差动保护业务的备用通道；否则，选择延时较短的通道1作为光纤差动保护业务的工作通道，通道2则作为光纤差动保护业务的备用通道。

步骤3:在正常运行状态下，利用ASON网管检测当前的工作通道是否中断，如果中断则跳转执行步骤4。

步骤4:ASON网管保持工作通道不变，将中断消息通过网络同步至所述双通道装置并开始计时，设光纤差动保护通道中断可靠闭锁时间为100 ms，当计时时间超过指定的延时时间 (100 ms)时跳转执行步骤5。

步骤5:光纤差动保护装置检测到工作通道中断便闭锁；利用ASON网管检测所述备用通道是否正常，如果所述备用通道不正常，则表示工作通道和备用通道同时故障，保持光纤差动保护装置闭锁状态并退出；如果备用通道正常，则跳转执行步骤6。

步骤6:将光纤差动保护业务切换至备用通道，从而使得原备用通道成为光纤差动保护业务新的工作通道，光纤差动保护业务已中断的原工作通道成为新的备用通道；光纤差动保护装置检测到新的工作通道正常便打开闭锁；利用ASON网管在已中断的原工作通道上重路由建立收发路由一致的恢复通道，跳转执行步骤3。

由于该方案中光纤差动保护业务的双通道路由均为复用方式，通道构成较专用芯通道更为复杂，影响信号传递时延的因素较多。在满足国家电网公司对于保护通信通道相关规定的前提下，为了解决SDH和OTN通道在自愈环网下保护业务收发路径不一致的情况，需在该方案中引入ASON技术，即利用光网络智能控制平面通道重路由恢复功能实现光纤差动保护业务收发路径任何时刻同路由。

2.4 双通道装置原理

双通道装置用于控制光纤差动保护装置在工作通道和备用通道之间切换，以及实现光纤差动保护装置到SDH光传输设备和OTN光传输设备的物理连接等功能。由于SDH设备上下业务的接口类型一般为2 Mb/s接口，因此双通道装置通过光电转换后与SDH设备采用2 Mb/s电接口方式连接；而OTN设备采用波长适配技术，业务接口类型比SDH设备更加丰富，为了减少信号转换环节而提高可靠性，双通道装置与OTN设备可通过波长适配器直接采用光口连接。

如图3所示，双通道装置包括保护装置接口模块、3个通信线路接口模块 (1个2 Mb/s电接口模块、1个光接口模块、1个网管接口模块)、CPU主控模块和电源模块，保护装置接口模块用于连接光纤差动保护装置，保护装置接口模块可以兼容主流光纤差动保护装置；3个通信线路接口模块中，2M电路接口模块用于连接SDH(同步数字序列)通道设备，光接口模块用于连接OTN(光传送网)通道设备，且可兼容主流光通信设备，网管接口模块用于连接ASON网管；电源模块用于给CPU主控模块等各模块供电；CPU主控模块则用于实现SDH(同步数字序列)通道设备和OTN(光传送网)通道设备的监测与控制。

双通道装置除了具备光电转换功能外，还具备了通道路由切换功能，可代替目前广泛使用的保护通信接口装置。

图3 双通道装置的框架结构示意图

3 结语

文中提出的方法不需要对原有的光纤差动保护装置进行改造，在退出专用芯保护通道后，只需要在线路两端加装双通道装置，一路接SDH设备的通道保持不变，另一路由专用芯改接OTN设备，就可以使单路由的保护通道具备复用方式的备份路由，并引入ASON光网络智能控制平面对双通道进行一定的设置，即可使保护通道的可靠性得到进一步提高。

〔1〕中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局，中国国家标准化管理委员会.自动交换光网络 (ASON)技术要求 第1部分:体系结构与总体要求:GB/T 21645.1—2008〔S〕.北京:中国标准出版社，2008.

〔2〕张杰.自动光交换网络 ASON〔M〕.北京:人民邮电出版社，2006.

〔3〕王英卫，潘艳君.ASON技术在电力通信传输网中的应用〔C〕//中国电机工程学会电力通信专委会第九届学术会议论文集.2013:148-150.

〔4〕黄湧.ASON在电力系统通信网的应用研究 〔J〕.电力系统通信，2006，27(12):41-44.

〔5〕刘振东，赵金宝.光纤保护通道联调 〔J〕.电工技术.2007，10:18-20.

〔6〕欧阳利剑，许庆强，徐青山，等.差动判据受通道收发不一致延时影响的试验分析研究 〔J〕.电力系统保护与控制，2011，39(8):80-85.

Research on recovery method of multiplex channel for fiber differential protection device

LIANG Wenwu1，WANG Qin2，LI Hui1，LIU Haifeng1，CHEN Hong1，XU Hao1
(1.State Grid Hunan Electric power Corporation Research Institute，Changsha 410007，China；2.China Energy Engineering Group Hunan Electric Power Design Institute CO.，LTD，Changsha 410007，China)

A kind of recovery method of multiplex channel for fiber differential protection device based on ASON network management system is proposed.On-demand and reliable standby multiplex channel is provided by introducing optical transmission network SDH and OTN based on ASON network management system on the basis of existing protection devices. Double-channel devices are set in front of protection device to realize the switch between work and standby multiplex channels to further improve the reliability of protection channel.

ASON network management；route recovery；fiber differential protection device；double-channel device

TM773.4

B

1008-0198(2016)04-0035-04

10.3969/j.issn.1008-0198.2016.04.009

2015-12-09 改回日期:2016-01-06

国网湖南省电力公司科学技术项目 (5216A513509Q)