一起线路光纤通道瞬时故障的分析及处理
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南方电网超高压输电公司贵阳局的研究人员徐军、杨波等，在2018年第7期《电气技术》杂志上撰文，通过对一起因输电线路接地而导致某保护通道异常的故障案例进行分析，找出了地电位差导致通道异常的原因，并给出了具体的解决方案，同时，对通信机柜屏体的接地方式提出了建议。
某站500kV QB乙线线路主二保护通道二，在QB乙线或站内其他线路发生接地故障时，该保护装置会瞬时发出“通道异常”信号，本文对其产生的原因进行了分析，并给出了具体的解决方法。
1 故障现象
某站500kV QB乙线配置主一、主二两套光纤差动保护，每套保护均设置有两个光纤通道。
保护运行中，发现QB乙线的主二保护通道二常发“通道异常”信号，且每次报通道异常时，都伴随着系统发生接地故障。表1记录了部分QB乙线主二保护报“通道二异常”的情况。
从表1可看出，QB乙线主二保护通道二每次发生通道异常，总是伴随有站内线路发生接地故障，这些故障既有QB乙线本身发生的接地短路，也有站内其他线路发生接地故障。此问题如不解决，当QB乙线自身发生接地故障，且其主二保护的通道一又处于退出状态时，主二保护极有可能发生拒动。
2 故障分析
2.1 通道构成形式
QB乙线主二保护通道二采用复用光纤通道，通道构成形式如图1所示，安装在保护小室的保护装置通过光纤和通信机房内的接口装置连接，接口装置通过同轴电缆和光设备进行通信[1]。
表1 QB乙线主二保护报通道异常记录表
图1 QB乙线主二保护报通道示意图
2.2 通道异常原因分析
根据QB乙线主二保护通道二的构成形式，分析可能导致通道异常的地方有以下一些：①保护室至通信机房的光缆；②接口装置；③接口装置至光设备的同轴电缆；④光设备。
由于通道正常运行时无异常，只在外部系统发生接地故障时才会出现异常[2]，所以从大的方向上，认为是在外部接地时，通道设备受到了干扰才导致通道异常。从这个观点出发，首先可排除的是保护室至通信机房的光缆，因为光缆是不会受干扰的；光设备也可以排除，因为光设备如出现故障，不太可能只影响一个通道。
剩下最可能的怀疑对象就是接口装置及其到光设备的同轴电缆，但接口装置平时运行正常，检查其接地也正常，且安装在机房内，受电磁干扰的可能性也比较小，而且系统接地故障时，故障点离变电站都很远，不可能因电磁干扰引起设备异常。综合前面的分析，将分析的焦点集中到了接口装置至光设备的同轴电缆上。
根据每次线路接地故障时，通道均会发瞬时故障的现象分析，通道异常可能与接地电流有关，线路接地故障和通信设备有联系的地方，只有接地网，因为同轴电缆的屏蔽层两端是接地的。
接口装置到光设备之间同轴电缆屏蔽层的接地方式如图2所示。从图中可以看出，同轴电缆的屏蔽层分别接在接口装置和光设备的外壳，然后通过接地线接到屏内的接地铜排，再经接地铜排接到机房内的环形接地母线上接地。
图2 同轴电缆屏蔽层的接地方式
如图3所示，当线路接地时，变电站地网中将流过接地电流，当此电流通过通信机房内的环形等电位接地网时，会在环形等电位接地网上产生压降U，而通信机房内的光设备屏和接口装置屏之间的同轴电缆的屏蔽层是通过各自的屏柜接到环形接地母线上的，因此该U实际上是加到了同轴电缆的屏蔽层上。同轴电缆的屏蔽层，是有为信号提供电气通路的功能的，叠加U后，将可能导致通信信号发生畸变，使通道发生异常。
图3 接地电流导致通道异常的原理分析图
为查明原因，笔者进行了相关试验。如图4所示，用直流电流输出装置在通信机房的环形等电位接地网中通入试验电流，测量接口装置屏的接地引下线与光设备屏的接地引下线之间的电压U，当电压U达到1.7V左右时，保护装置发生通道异常。这说明当地网中流过电流时，确实会引起保护装置通道异常[3]。
图4 地电位差导致通道异常的试验图
3 解决方法
如图5所示，为了避免将图3所示的U叠加到同轴电缆上，将通信接口屏的接地引下线引到光设备处，和光设备屏的接地引下线在同一点接地，这样接线后，即可防止二次接地网上的电压引入同轴电缆的屏蔽层上，引起通道异常。作如上处理后，系统发生接地故障时，该保护再未出现通道异常的情况。
图5 QB乙线主二保护通道二异常的解决方法示意图
4 关于通信机房内通信设备屏接地的建议
从前面的分析，如果通信机房内的接地网是一点接地，将不会在机房内的接地母线上形成压降，因此就不会对同轴电缆的通信产生影响，但实际上现场的机房接地母线是多点接地的。
根据DL/T 5225—2016《220kV～1000kV变电站通信设计规程》6.11.3“机房内应设环形接地母线，并应就近两点以上（含两点）接至全站总接地网”[4]。因此，从设计上，机房内的环形接地母线就是多点接地的。另外，机房内使用的控制电缆，其屏蔽层按要求是需要两点接地的，这也会导致将机房内的接地母线引到其他地方接地。综上两点原因，让机房内的环形接地母线一点接地实际上是做不到的。
为确保通信机房内的设备之间通信正常，可考虑在机房内环形接地网上设置专门的接地端子，让各通信设备屏的接地引下线通过此接地端子集中连接后一点接到环形接地网上，如此便可避免地网中地电位差对通信产生影响。
本文通过对一起罕见的继电保护装置通道瞬时性故障进行分析，找出了通信机房内的地电位差导致接口装置与光设备间同轴电缆通信异常这一故障原因。
通信机房内的环形接地母线，无法做到一点接地，当线路发生接地故障时，接地母线流过电流而产生的地电位差，可能导致保护通信接口装置通信异常。针对该问题，建议通信机房内的通信屏，其接地引下线宜集中到一点连接后再接到接地母线上，经过上述处理后，将可以防止地电位差对同轴电缆通信产生影响，防止保护装置拒动。