（超高压输电公司柳州局 广西省柳州市 545000）
摘要：电力系统中以光纤为载体的保护通道异常在实际应用中时有发生，引起的原因可以是构成通道上的任意节点，外部回路、保护装置及通信装置。文章对一起因保护装置通信异常引发的通道告警进行了研究，该研究发现了保护装置通信异常不是批次原因、环境影响造成的，而是由保护装置CPU板中用于数据编解码的关键器件在进行数据编解码时存在亚稳态风险，输出错误数据引起的。该研究发现有助于该类型保护装置的的升级换代。
关键词：通道告警；曼彻斯特编解码；亚稳态
引言
随着电力系统电压等级不断升高、装机容量不断增大，大功率、远距离输送电能的超高压交、直流输电线路对继电保护可靠性要求越来越高。对于220 kV 及以上电压等级的线路，主保护为电流差动保护已得到广泛应用，而以光纤为传输媒介的电流差动保护，光纤通道的运行正常与否直接影响着继电保护动作的可靠性，故研究保护通道故障的原因对现场运行、维护，保证系统稳定有着重要的意义。
1 500kV线路装置通信异常情况
2014年12月至2015年3月，广西某500kV线路主一保护装置CSC-103AYN多次出现通道中断告警并瞬时复归现象。主一保护采用CSC-103AYN型线路差动保护，通道一为专用光纤；通道二为复用2M光纤通道，接口装置采用CSC-186BN复用接口装置。
2 现场排查情况
现场检测、处理：首先更换保护装置光纤接口模块，检查了保护装置CSC-103AYN至接口装置CSC-186BN之间的光缆，确认相关通信、外部回路良好；然后检查接口装置CSC-186BN到SDH之间的同轴电缆，确认了其电缆回路质量良好；接着更换溯河站的CSC-186BN通信接口装置，同时将两侧的接口装置CSC-186BN通道一和通道二的光纤调换，告警仍旧在通道二上发生；最终将缺陷原因范围锁定为线路保护装置。
3 问题查找
故障保护装置主要测试、检查：
3.1常温烤机
由于现场直连、复接方式方式均有误码，目标确定在保护CPU板上，为排除其他因素的干扰，使用保护装置间光纤直连的通信方式，进行多装置烤机。烤机过程中发现个别装置有误码、丢帧等异常现象。
3.2高低温拷机
对常温下烤机完好的保护装置采用光纤直连的通信方式进行高低温烤机。烤机过程中未发现有误码、丢帧等异常现象，通过常温拷机和高低温拷机，推断丢帧等异常现象与环境温度没有直接关系。
3.3分析定位
通过对关键器件的排查分析，排除元器件的批次问题，最终将问题定位在CPLD固件，由于2M版本的CPLD固件设计不当，在曼彻斯特编码的时钟提取环节存在亚稳态风险，引发通信异常问题。
4 原因分析
4.1 CSC-103保护通信原理说明（4M和2M速率）
图1、2是保护装置CSC-103内部通信功能框图，包括保护CPU板、通信转接板两部分，保护CPU板的构成如下：
1）保护CPU芯片实现核心保护逻辑及ESCC芯片的底层驱动；
2）ESCC芯片实现HDLC协议的链路层编解码功能；
3）CPLD芯片实现曼彻斯特编码的编解码功能；
4）TTL/PECL电平转换模块实现电平转换，对于通信接口逻辑无影响；
5）65.536M晶振负责给CPLD芯片提供时钟源。
4M速率版本和2M速率版本的差异仅在于CPLD固件，保护CPU芯片的软件完全相同，硬件也完全相同。
由图1和图2可以看出，ESCC芯片的收发数据时钟（RxClk、TxClk）均由CPLD提供，故通道速率的更改，仅涉及CPLD，与CPU对ESCC的软件操作及电平转换、光模块等外围硬件回路无关。
这次通道告警现场使用的CPLD固件是根据“保护和光SDH之间曼彻斯特编码速率为2M”的要求，将4M速率改为了2M速率。该2M 速率CPLD固件存在亚稳态问题。如果前级寄存器输出的信号未能在后级寄存器采样之前到达稳定态，亚稳态问题就会向后级传递扩散；如果不同的后期寄存器采集到不同的亚稳态信号值，有可能导致时序逻辑紊乱，最终可能导致曼码时钟提取模块输出错误的时钟信号，曼码解码模块也会向ESCC输出错误的数据/时钟码流，造成CRC校验失败、帧头缺失、长度异常等问题，如图8所示。
5 结语
本文研究的通道告警案例，介绍了现场查找过程和故障定位方法，通过对比不同编码速率调解出来的时钟、数据，发现2M 速率CPLD固件存在亚稳态问题导致了案例中的通道告警。鉴于该类型保护装置的告警只是由于曼码的时钟提取环节存在亚稳态，故可以对2M版本的该类型号保护装置的CPLD固件进行修改，适应通信速率的变化，保证CPLD固件编解码时处在稳态，输出正确的时钟、数据，为彻底消除此类型的通道故障提供了方向。
参考文献：
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作者简介：
尹忠葵（1985—），男，继电保护助理工程师，研究方向为电力系统继电保护
论文作者:尹忠葵,黄威,荣军,镇威
论文发表刊物:《电力设备》2015年5期供稿
论文发表时间:2015/12/21
标签：亚稳态论文; 通道论文; 保护装置论文; 速率论文; 通信论文; 光纤论文; 时钟论文; 《电力设备》2015年5期供稿论文;