光纤保护通讯接口.ppt
继电保护光纤通讯接口技术,徐 刚,继电保护光纤通讯接口技术,光纤差动保护通讯接口技术光纤通道分接技术光纤通道在继电保护中的实际应用,光纤差动保护（通讯部分）,差动保护装置传递的信息同步采样通道方式及其实现三端系统的实现,数字电流差动保护系统构成,系统构成（示意图）具有2Mbps 高速通信口，可采用专用通道2Mbps，可复用2Mbps(E1)接口，也可复接PCM(64kbps)同向接口具有双通道冗余功能，两个通道可分别采用专用/复用、64kbps/2Mbps 任意组合可适用于T 接线路的三端系统经由保护的通信通道可传送“远跳”命令和“远传”命令有通道监视和误码检测功能保护间的数据通信采用32 位CRC 校验，具有超强抗误码能力通道环回试验设置控制字远方环回,电流差动保护系统构成示意图,传递的信息,传递的信息有：时间信息、采样值、向量（计算结果）、状态量（I/O量）、控制命令通道带宽的计算帧格式介绍,通道带宽的计算,64kbps：8bytes/ms多个采样点传送一帧报文2Mbps：256bytes/ms每个采样点传送多帧报文信息：N个通道的模拟量、M的通道的数字量串行传输位信息：N2M/8例子：控制命令码（1byte），采样标号（1byte），三相电流（3*412bytes）、2个字节开关量（2bytes），CRC（4bytes）。共计20bytes160bits。160/64：3ms,帧格式的介绍,控制字：表示该帧报文的用途：数据、对时、测试等采样标号：表明当前信息的时间信息向量：IA、IB、IC开关量校验信息：4字节CRC,采样的同步原理图,采样同步的过程,两端必须分别设置成同步端和参考端同步端向参考端发同步请求命令参考端将自己的时间信息发送给同步端同步端计算通道延时同步端调整采样时刻,采样同步的特点,每个装置均可预先设置成主机（参考端）或从机（同步端）对齐方式简单：只需要对齐采样标号差动保护和延时无关不需补偿通道延时能够适应通信路由发生改变的环境可适应于由于通信路由发生变化而造成传输延迟达20ms 之多，其同步误差不超过1,通道方式,2Mbps专用通道方式实现形式2Mbps复接PDH或SDH实现形式64kbp复接PCM同相接口实现形式,2Mbps专用通道方式,2Mbps复接PDH或SDH,64kbp复接PCM同相接口,三端系统,必须设置成一端为主（参考端），另两端为从（同步端）要求每个保护必须能够出双通道：分别到另外两个保护装置上,通讯接口技术,同步通讯和异步通讯光接口技术64k接口技术介绍2M接口技术介绍通讯接口的实现保护装置部分通讯接口装置介绍复接技术,同步通讯和异步通讯,同步串行通讯效率高：不需要起始位和停止位需要传输时钟信息需要传输同步字符硬件复杂两端时钟同步以帧为单位,异步串行通讯效率低：每字节需要起始位和停止位，甚至校验位不需要传输时钟信息不需要同步字符硬件简单两端可不同步以字节为单位,光接口技术（1）,光接口分类长距离局间通讯短距离局间通讯局内通讯光接口参数参考点S参数参考点R参数S-R点光参数,光接口技术（2）,发送机（S点）参数光谱特性最大均方根宽度 最大20dB宽度 最小边模抑制比 平均发送功率最大谱功率密度光信噪比消光比眼图模板,光接口技术（3）,接收机（R点）参数接收机灵敏度接收机过载功率接收机反射参数光通道功率代价,光接口技术（4）,光通道（S-R）参数衰减色散码间干扰模分配噪声啁啾（zhoujiu）声反射,64k通道技术介绍（G.703）,编码规则,第一步：将一个64Kbit/s数据信息比特周期分成四个相等的单位间隔。第二步：将64Kbit/s数据信号中的二进制“1”编成如下四比特的码组：“1100”。第三步：将64Kbit/s数据信号中的二进制“0”编成如下四比特的码组：“1010”。第四步：通过交替变换相邻四比特码组的极性，把二电平信号转换成三电平信号。第五步：每第8个四比特码组破坏组间的极性交替。被破坏的码组标志了64Kbit/s数据信号的8个比特码组的最后一比特。,64k通道实现方案,2M通道技术介绍,2M复接方式HDB3编码2M专用通道方式接口简单硬件简单编码简单、灵活维修方便,HDB3编解码原理,码（三阶高密度双极性码）是基带电信设备之间进行基带传输的主要码型之一。它的主要特点是易于提取时钟、不受直流特性影响、具有自检能力、连令串小于个等。信号是我国和欧洲国家电信传输网一次群使用的传输系统。信号由个的话路经过时分复用形成。建议标准详细规定了码用于信号的标准。码是（）码的改进型。码是用交替极性的脉冲表示码元“”，用无脉冲表示码元“”。为了防止电路长时间出现无脉冲状态，码的编码规则是：当没有个或个连续的“”码时，就按码规则编码；当出现个或个连续的“”码时，每个连续“”的第一个“”的变化应视它前面相邻的“”的情况而定，如果它的前一个“”的极性与前一个破坏点的极性相反而本身就是破坏点，则个连续的“”的第一个仍保持“”；如果它的前一个“”的极性与前一个破坏点的极性相同而本身就是破坏点，则第一个“”改为“”。这一规则保证了相继破坏点具有交替的极性，因而不会引入直流成分。个连续“”的第，个总是“”。个连续的“的第个改为“”，而极性与它前一个“”的极性相同（破坏点极性交替规则）。在接收端，如果相继接收到两个极性相同的“”它的前面有个连续的“”则将后一个“”改为“”如果它的前面有个连续的“”，则将前后两个“”改为“”，这样就恢复了原来的数据信号。,2M通道实现方案,保护通讯接口的实现（1）,保护装置部分结构框图同步串行口采用单片机串口方式：缓冲小，没有协议支持，编程复杂采用串行控制器方式：多串口、带缓冲、支持HDLC编解码：1-3步时钟：主从模式电/光转换,保护装置部分,单片机串口方式,采用单片机本身提供的同步串行口发送和接收分开接收到的是位信息需要寻找同步字需要软件校核报文（CRC等）速率受限制,串行控制器介绍（1）,两路独立的串行通道串行速率可达10Mbps片内或片外时钟可选两个独立的波特率发生器每通道、每方向独立的64字节缓冲区支持多种通讯模式同步、异步字节同步、位同步HDLC/SDLC协议支持透明传输,透明传输：在所传输的信息中，若出现了每个帧的开头、结尾标志字符和控制字符的序列，要插入指定的比特或字符，以区别以上各种标志和控制字符，这样来保障信息的透明传 输，即信息不受限制,串行控制器介绍（2）,支持多种编码方式NRZ（非归零编码）、NRZI（非归零转化编码）FM曼彻斯特支持CRC校验HDLC/SDLC:CRC-CCITT 或者 CRC-32BISYNC:CRC-16 or CRC-CCITT,FPGA 编解码,编解码功能,工作在64kbps发送：将从串口控制器上接收到的64k的NRZ码数据经过G.703标准的1至3步，编码成256k的码流（1编码成1100,0编码成1010），然后经过发送到光口。从光口收到的编码经过解码后变成NRZ码，经过256k到64k的解码（1100解码成1，1010解码成0）成为64k的NRZ码，送给串口控制器工作在2Mbps发送：将从串口控制器上收到的2MHz的NRZ码数据经过编码发送到光口。接收：将光口收到的编码经过解码后变成NRZ码，送给串口控制器,保护通讯接口的实现（2）,通讯接口装置结构框图光/电转换编解码时钟：64kbps模式下的时钟设置（从、从）2M模式下的时钟设置（主、从）复接,通讯接口装置简介（1）,连接方式复用基群设备连接方式 2M/E1接口连接方式 人机界面（状态指示）电源指示自环状态指示光路状态电路状态,通讯接口装置简介（2）,通信接口64k接口：差分、屏蔽、双绞线2M/E1接口：同轴电缆光接口：光接收、光发送功能选择（开关）通道选择：64k or 2M环回选择：环回 or 运行,通讯接口装置硬件原理框图,接口装置编解码（框图）,接口装置编解码（过程）,64kbps将从光口上接收到的码流解码成NRZ码，数据经过G.703标准的3至1步，还原成64K，然后完成G.703标准的1至5步代码变换规则，发送到PCM机上 从PCM机收到的256KHz信号，经过编码成后直接发送给光口 2Mbps发送：将码流解码成NRZ码，发送给LX332芯片 接收：将从LX332上收到的2MHz的NRZ信号编码发送给光口,同向接口代码变换模块,同向接口代码变换过程,其中256K解码成64K模块完成G.703的3至1步，先将256K数据恢复成64K，然后经过64K编码成256K模块，完成G.703的1至3步，这样做的原因是重新根据64K数据提取时钟，减少编码的误码率。最后数据要经过G.703标准4至5步变换模块将256K信号编码成差分的三电平信号。,G.703中4-5步的实现（框图）,G.703中4-5步的实现（过程）,16进制计数器完成将64K时钟分频的功能，产生2分频和8分频，经过破坏点信号产生模块产生MUX模块的选择信号，破坏点信号产生模块主要是由几个触发器和一个异或门组成。MUX模块用于产生差分的两个输出信号,通讯接口装置的调试,检查电源是否正常：电源指示灯光纤短接：检查数据指示灯是否闪烁光信号的测量光发功率接收灵敏度记录存档,通讯接口装置的特点（1）,采用G.703标准接口，通用性强全透明通信,用户无须任何调试，即插即用 具备电源监视、通道环回测试、收发信号异常指示等功能，便于维护和故障处理；光传输为全动态范围，具有自动功率控制环节，与保护装置之间的最大光传输距离为40km,通讯接口装置的特点（2）,兼容两种标准通信速率和相应的电接口：64kbps和2048kbps；与保护装置进行数据交换的介质为光纤，抗干扰能力强 采用大规模专业集成电路（CPLD芯片）、高集成光收发器件及数字锁相环技术，体积小，可靠性高；抗电磁干扰、地环干扰和雷电破坏,时分多路复用与复接技术,时分多路复用复接技术,时分多路复用,时分多路复用概念：是各路信号在同一信道上占有不同时间间隙进行通信。时分复用的中的同步技术位同步帧同步时分复用的帧结构：整个系 统共分为32个路时隙，其中30个路时隙分别 用来传送30路话音信号，一个路时隙用来传送帧同步码，另一个路时隙用来传送信令码,数字复接技术,PCM复用和数字复接数字信号的复接数字复接中的码速变换,光纤通道分接技术,光纤保护的发展电力通讯网的发展光缆熔解技术的发展光纤保护性能优越光纤通道高可靠性和抗强电磁干扰能力旁代方法切换保护的跳合闸回路旁路保护和线路保护的通道互换,通道切换方法,插拔尾纤法光开关切换法 PCM时隙切换法 光纤接口盒法 光通道分接法,插拔尾纤法,实现方法：人工取、插连接到通道的尾纤光纤连接器材质：不锈钢，耐磨性强反射小、插入损耗小互换性和重复性好结构合理、机械性能稳定可靠,插拔尾纤法的特点,优点：适用于专用光纤通道和复用通道简单易行缺点：受尾纤限制插拔光纤时容易造成光纤接头损伤 操作后需检测通道,光开关切换法,光开关的分类,光开关举例纤维型,移动反射镜式光开关,光开关切换法例子,光开关切换法特点,适用于专用光纤通道和复用通道由于光开关工艺和技术上的限制，未能普及，价格昂贵,PCM时隙切换法,条件：线路和旁代均通过PCM信道传输复用传输时，每套保护只占用一对PCM时隙实现方法：通讯人员通过软件将线路通道的时隙分配给旁代通道特点：不需更改任何保护装置，在通讯机房通过软件实现需要通讯人员配合需要单独的PCM时隙做条件应用状况：尚无成功实例,光纤接口盒法,光纤接口盒法特点,适用于专用光纤通道和复用通道不需要移动保护装置尾纤和插拔尾纤法原理一致,光通道分接法,实现方法：光/电转换、电信号处理功能特点不用插拔光纤不用检测光通道恢复状态有电源、通道状态指示开关选择通道：简单方便可以级联,光通道分接装置,光通道分接装置特点,全透明通信,用户无须任何调试，即插即用 具备电源监视、通讯信号异常指示等功能，便于维护和故障处理 光传输为全动态范围，具有自动功率控制环节，与保护装置之间的最大光传输距离为40km与保护装置进行数据交换的介质为光纤，抗干扰能力强 采用大规模专业集成电路（CPLD芯片）、高集成光收发器件，可靠性高 抗电磁干扰、地环干扰和雷电破坏,光通道分接装置的使用,光通道分接装置的级联,光纤通道在继电保护中的实际应用,继电保护用通道的种类及其特点继电保护装置到通讯通道（PDH/SDH设备）之间的部分保护配置光端机连接方式（连接方式见P166图7-1）远方信号传输装置PCM机连接方式（第五节64k通道）通讯误码参数介绍,继电保护用通道的种类及其特点,音频模拟通道接口对通信系统的要求很低，音频电缆连接传输速率低：12004800bps，传送数据信息少异步通讯方式、时延大通道无法进行有效监视，故障定位难抗干扰和隔离性能较差,继电保护用通道的种类及其特点,专用光纤通道抗干扰能力突出直接采用光纤通讯、省却中间环节，降低了故障概率，简化故障处理环节独占2根光纤，利用率低传输距离受限制无自愈环保护优势,继电保护用通道的种类及其特点,64kbps信号通道接口简单：2对双绞线，配置方便需要PCM设备，增加成本、复杂度、故障点一般专用PCM设备电信号，抗干扰能力有限传输距离有限时钟同步问题易造成故障,继电保护用通道的种类及其特点,复用光纤通道具有专用光纤通道的优点克服了带宽利用率低的缺点原理和64kbps相同继电保护设备和PDH（SDH）设备均需光纤接入口,继电保护用通道的种类及其特点,2Mbps数字信号通道标准信号接口，开放式通信接口，与厂家无关，兼容性好带宽占用率合理成本低可以采用同轴电缆连接、抗干扰性得到很大提高,保护配置,差动保护装置,纵联保护装置,接口1,接口2,光端机,光端机,差动保护装置,纵联保护装置,接口1,接口2,光端机,光端机,通讯接口装置,远方信号传输装置通讯接口装置,电信号,输电线路保护样例,电流差动保护分相式电流差动保护零序电流差动保护双通道、64K/2M经由保护通道可传送“远跳”和“远传”命令。纵联保护纵联距离保护、纵联零序方向保护收信、发信,GD/MF8HS-III8型光端机,内部原理框图(P167图7-2)1B1H线路码型路2048kbits/s的HDB3编码的接口辅助通道两个RS232异步通讯接口一条64kbps公务通道通讯告警,远方信号传输装置（原理框图）,利用专用光纤通道或复用数字通信设备，传输继电保护信息兼容64kb/s和2Mb/s两种数据传输速率可独立传输五路保护动作信息、远方跳闸命令五路命令传输均可独立整定为无展宽或带展宽。装置可与线路保护配合，实现允许式和闭锁式两种保护逻辑，完成线路保护全线速动功能装置可与安全稳定控制装置配合，完成区域安全稳定控制 具有通道异常告警和收发命令信号灯指示功能 具有事件记录功能，可与变电站自动化系统通信,COMIN、COMOUT为命令输入、输出端，可同时传输、接收5路命令,名词介绍,误码时间百分数可用时间与不可用时间劣化百分数严重误码秒误码秒百分数各参数之间的关系,
