２０１３年第３期 东北电力技术 ３５ ＩＥＥＥ—Ｃ３７．９４标准在继电保护设备中的应用 刘革明，余冬，朱晓彤 （南瑞继保电气有限公司，江苏 南京２１１１０２） 摘要：为提高继电保护装置的光纤通道故障监测能力和定位能力，尝试将ＩＥＥＥ—Ｃ３７．９４光接口标准应用到继电保护装置， 并研究该标准应用到继电保护装置中的优势及局限性。通过解读ＩＥＥＥ—Ｃ３７．９４光接口标准帧格式的协议，结合国内继电 保护装置的光纤传输要求，验证该标准可以允许不同厂家的保护设备与数字复接接口设备在光接口处能够互通，并且对不 同链路的通信故障能够有效定位。但也存在传输带宽不高问题，宽松的校验措施也给其应用于继电保护设备带来了一些局 限性。实际应用情况表明，ＩＥＥＥ—Ｃ３７．９４标准应用于继电保护设备是可行的。 关键词：Ｃ３７．９４；继电保护；通信故障；故障定位 ’ ［中图分类号］ＴＭ７７ ［文献标志码］Ａ ［文章编号］１００４—７９１３（２０１３）０３—００３５—０３ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ ＩＥＥＥ—Ｃ３７．９４ ｔｏ Ｒｅｌａｙ Ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ ＬＩＵ Ｇｅ—ｍｉｎｇ，ＹＵ Ｄｏｎｇ，ＺＨＵ Ｘｉａｏ—ｔｏｎｇ （Ｎａｎｊｉｎｇ ＮＡＲＩ—Ｒｅｌａｙｓ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｃｏ，Ｌｔｄ，Ｎａｎｊｉｎｇ，Ｊｉａｎｇ Ｓｕ ２１ １ １０２，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎ ｏｒｄｅｒ ｔｏ ｉｍｐｒｏｖｅ ｔｈｅ ｓｕｒｖｅｉｌｌａｎｃｅ ａｎｄ ｆａｕｌｔ ｌｏｃａｔｉｏｎ ｏｆ ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ ｉｎ ｐｏｗｅｒ ｓｕｐｐｌｙ ｓｙｓｔｅｍ，ＩＥＥＥ—Ｃ３７．９４ ｈａｓ ｂｅｅｎ ａｐｐｌｉｅｄ ｉｎ ｒｅｌａｙｓ．Ｔｈｅ ａｄｖａｎｔａｇｅ ａｎｄ ｌｉｍｉｔａｔｉｏｎ ｈａａ ａｌｓｏ ｂｅｅｎ ｆｏｕｎｄ ｆｒｏｍ ｔｈｅ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ．Ｆｒｏｍ ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ ｔｈｅ ＩＥＥＥ—Ｃ３７．９４ ｆｒａｍｅ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃ ａｎｄ ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔ ｉｎ ｒｅｌａｙｓ，ｉｔ ｉｓ ｐｒｏｖｅｄ ｔｈａｔ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｒｅｌａｙｓ ａｎｄ ｄｉ ａｌ ｉｎｔｅｒｆａｃｅｓ ｃａｎ ｂｅ ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｅｄ ｗｉｔｈ ｅａｃｈ ｏｔｈｅｒ ｗｈｉｃｈ ｓｕｐｐｏｒｔｓ ＩＥＥＥ—Ｃ３７．９４ ａｎｄ ｉｔ ｉｓ ｅｆｆｉｃｉｅｎｔ ｆｏｒ ｆａｕｌｔ ｌｏｃａｔｉｏｎ ｏｆ ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ．Ｈｏｗｅｖｅｒ．ｔｈｅ ｌｉｍｉｔｔａｉｏｎ ｏｆ ｌｏｗ ｂａｎｄ— ｗｉｄｔｈ ａｎｄ ｌｏｏｓｅ ｅｘａｍｉｎａｔｉｏｎ ｈａｓ ｂｅｅｎ ｃｏｎｆｉｒｍｅｄ．Ｉｔ ｉＳ ｆｅａｓｉｂｌｅ ｆｏｒ印ｐ１ｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ ＩＥＥＥ—Ｃ３７．９４ ｉｎ ｒｅｌａｙ ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：Ｃ３７．９４；Ｒｅｌａｙ Ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ；Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ ｆａｉｌｕｒｅ；Ｆａｕｌｔ ｌｏｃａｔｉｏｎ 光纤在继电保护领域得到了广泛的应用。它不 规范了保护设备与数字复接接口设备之间的光纤接 仅可以传送开关量信号，还能传送电流、电压等模 Ｅｌ＿４］，以便允许不同厂家生产的保护设备与数字 拟量信号，构成了光纤纵联距离／方向、光纤差动 复接接口设备在光接口处能够互通，同时能提高通 等不同原理的主保护…。目前国内主流继电保护 道故障定位及监测的水平。本文从目前光纤复用通 厂家的保护设备采用了互不相同的光接口标准，对 道中存在的问题出发，介绍了Ｃ３７．９４标准的主要 于专用通道，这样的做法对维护、测试影响不大； 内容，并分析了该标准应用于继电保护设备的优势 但对于复用通道就带来一些问题，如发生通道异常 及局限性。 后很难直观地进行故障定位 ；不同厂家的保护 设备与数字复接接口设备不能互通 ；数字复接 ｌ 目前存在的问题 接口设备对通道质量的监测力度不够等。 ２２０ ｋＶ及以上电压等级线路，由于线路距离 ＩＥＥＥ于２００２年制定了Ｃ３７．９４标准，该标准 长，其光纤纵联保护通常采用复用通道。 ｏ●＜＞●＜＞●＜＞●＜＞●＜＞●＜＞●＜＞●＜＞●＜＞●＜＞●＜＞●＜＞●＜＞●＜＞●＜＞●（＞●＜＞●＜＞●０●＜＞●０●＜＞●＜＞●＜＞●＜＞－＜＞●＜＞●０●＜＞●０●＜＞●＜＞●＜＞●＜＞●＜＞●＜＞●＜＞●ｏ●＜＞●＜＞●０●＜＞●＜＞●＜＞●＜＞● ｃ４］ 甘建衡．蒸汽发生器的水化学管理［Ｊ］．核动力工程， 参考文献： １９９７，１８（２）：１５８—１６２． ｌｌ Ｊ ＳａｉｎｔＰｅｔｅｒｓｂｕｒｇＲｅｓｅａｒｃｈ ａｎｄ ＤｅｓｉｎｇＩｎｓｔｉｔｕｔｅ．ＴＩＡＮＷＡＮＮＰＰ Ｓｙｓｔｅｍ ［５］ 张澄信，陈志和．离子交换水处理试验研究原理［Ｍ］．武 Ｄｅｓｉｇｎ Ｆｉｌｅ（ＳＤＦ）Ｃｏｎｄｅｎｓａｔｅ ｐｔｔｒｉｆｉｅａｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ（ＬＤ）［Ｓ］，２０Ｏ３． 汉：华中理工大学出版社，１９９５． ［２］ Ｍｉｌ１．Ｐ．Ｊ．，崔怀明．美国压水堆核电站二回路水化学优 作者简介： 化［Ｊ］．国外核动力，１９９８，１９（６）：４—９． 孙立忠（１９７Ｏ一），男，硕士，高级工程师，从事核电厂常规 ［３］ 朱兴宝，熊京川Ｉ，梁桥洪．岭澳核电站二期凝结水处理系统 岛化学专业方面的系统调试管理工作。 重大技术改进［Ｊ］．核动力工程，２００９，３０（６２）：１—５． （收稿日期２０１２—１１—２４） ３６ 东北电力技术 ２０１３年第３期 复用通道方式下的数字复接接口设备与电力通 信网之间的通信速率一般为６４ ｋｂｉｔ／ｓ或２ Ｍｂｉｔ／ ｓ＿５－７］。以２ Ｍｂｉｔ）ｓ为例，复用通道的连接方式如 图１所示。目前实际应用中主要存在以下几个方面 的问题。 … 信网： 一 图１ 继电保护２Ｍ复用通道的连接方式 ａ． 通道或装置插件异常后，很难直观地判断 出异常位置。通常需要将保护装置光纤近端自环、 近端带数字复接接口设备（ＭＵＸ）电口自环、带 通道远端自环、电口通道上挂误码仪等方式来判断 通道异常的位置。 ｂ． 不同厂家的保护设备与数字冬季接口设备 不能互通。其原因是各保护厂家自定义了光接口标 准，其光口速率、编码方式、光纤接口类型各不相 同，给通信维护带来不便。 ｃ． 数字复接接口设备对通道质量的监测力度 不够。目前各厂家的光接口一般为不成帧信号，这 样数字复接接口设备通常只能检测通道通、断，而 对检测误帧为力。 ２ Ｃ３７．９４标准介绍 ＩＥＥＥ—Ｃ３７．９４规定了保护设备与数字复接接 口设备之间采用统一的标准进行通信，提供了Ⅳ （Ｎ＝１，２，…，１２）×６４ ｋｂｉｔ／ｓ的传输带宽，使 不用厂家的保护设备与数字复接接口设备能够互 连。另外，Ｃ３７．９４标准中规定了相对严格的帧格 式，所以对通道故障定位起到积极作用。 ２．１帧结构（见图２） 图２ ＩＥＥＥ—Ｃ３７．９４标准帧结构 帧头的前８ ｂｉｔ为ａｂｃｄｅｆｇｈ格式，每隔一帧和 另外一图案交替形成。 图案１：ａｂｃｄｅｆｇｈ＝１００１１０１１；图案２：ａｂｃｄｅｆ－ ｇｈ＝１１ｙｌ１１１１。 其中ｙ为黄色告警比特，该ｂｉｔ：０表示正常， 该ｂｉｔ＝１表示对侧装置接收到（ＬＯＳ）。 第２个８ ｂｉｔ每帧都是００００１１１１，接收帧同步 为ｌ１００００１１１１。 数据头部分有４８个ｂｉｔ，每个后面都跟着它的 反码。 前８ ｂｉｔ中的Ｐ，ｑ，ｒ，Ｓ表示实际所用的通信 数据占用数Ⅳ，Ｎ＝１，２，３，…，１２。 例如：０，０，０，１表示Ｎ＝１；０，０，１，０， 表示Ｎ：２；０，０，１，１表示Ｎ＝３；…１，１，０， ０表示Ｎ＝１２（为最高有效数值）。 后面的４０ ｂｉｔ携带大量的时钟信息，可在接收 端用于时钟恢复。、 数据部分由１９２ ｂｉｔ组成，每个比特后面跟着 它的反码。从第１个数据位开始，连续Ｎ×８个数 据位装载Ｎ×６４ ｋｂｉｔ／ｓ数据，若有剩余数据位（９６ 一Ｎ×８）则设为１。Ｃ３７．９４标准规定每秒传送 ８ ０００帧，其中每帧传输Ⅳ个通道，每个通道有效 数据为８ ｂｉｔ，所以通信传输带宽为Ｎ×６４ ｋｂｉｔ／ｓ。 ２．２信号故障 Ｃ３７．９４定义了ＬＯＳ、ＹＥＬＬＯＷ、ＡＩＳ三种告警 来反应不同位置的通道链路故障。 ＬＯＳ产生条件：接收器在１ ｍｓ内（８帧）连 续检测到２帧或２帧以上的错帧即判别为ＬＯＳ。 ＬＯＳ清除条件：接收器在检测到连续８帧正确 帧。 “黄色告警ｂｉｔ”Ｙ产生条件：保护装置判断出 现ＬＯＳ、ＡＩＳ、传输异常时，置ｙ为１。 “黄色告警ｂｉｔ”Ｙ清除条件：保护装置判断无 ＬＯＳ、ＡＩＳ、传输异常时，置ｙ为０。 ＹＥＬＬＯＷ产生条件：连续３帧的帧头“黄色 告警ｂ ｙ位为１且接收信号正常（无ＬＯＳ）。 ＹＥＬＬＯＷ清除条件：连续３帧的帧头“黄色 告警ｂ 位为０或接收信号无效（ＬＯＳ）。 ＡＩＳ产生条件：数字复接设备在光口接收ＬＯＳ 后，用全“１”填充（原码、补码更替）数据头及数据部 分。保护装置识别全“ｌ”数据即判断为ＡＩＳ。 ＡＩＳ清除条件：数字复接设备在光口接收正常 后，恢复数据头及数据部分。保护装置识别为正常 数据，即判断ＡＩＳ消失。 ３ Ｃ３７．９４标准在保护设备中的特色及局限 性 ３．１优势 ２０１３年第３期 东北电力技术 ３７ ４ Ｃ３７．９４标准的应用情况 目前国外的一些继电保护厂商已经推出支持 Ｃ３７，９４标准的保护设备，如ＧＥ公司的Ｌ９０、ＡＢＢ 图３通信链路故障位置不意图 公司的ＩＥＤ６７０，ＳＵＮＳＥＴ公司也推出了Ｃ３７．９４标 准的测试仪。 国内继电保护厂商也开发出基于ＩＥＥＥ— Ｃ３７．９４标准的差动保护装置，并且已投入东北电 网辽沙２号线（５００ ｋＶ线路）运行，至今运行情 ａ． 它为不同厂家的保护装置及数字复接接口 设备之间通信提供了统一标准，用户只需要维护一 种通信接口设备。 ｂ． 提高通道故障定位自动化能力及通道监测 水平。 如图３，不同通道故障位置（１～５）情况下， 根据Ｃ３７．９４标准协议规定，保护设备的响应如表 １所示。除了故障位置２和３无法区分外，其余故 障位置都能根据两侧保护设备的通道状态响应情况 识别出来，大大提高了通道故障检测水平。 表１保护设备在不同通信故障位置下的反应 ｃ． Ｃ３７．９４的帧格式有严格的通道监测手段 及同步信息。Ｃ３７．９４的帧头分奇偶交替，并且数 据头和数据位都含补码校验。出现误码时， Ｃ３７．９４帧格式很容易被破坏，数字复接接口设备 及保护设备都很容易检测出误码。 另外，Ｃ３７．９４每一帧数据的０、１位个数基本 相等，不会出现长串的０或１，每帧包含唯一的帧 同步序列１１００００１１１１，有利于提取同步信息。 ３．２局限性 ａ． Ｃ３７．９４有效传输带宽不高。Ｃ３７．９４标准 规定了最大数据传输带宽为７６８ ｋｂｉｔ／ｓ，不一定能 满足传输信息量较多的一些保护、稳控设备。 ｂ． Ｃ３７．９４标准主要用于复用通道，在专用光 纤应用场合无法体现互通以及通信故障定位优势。 ｃ． Ｃ３７．９４标准中对于数据头后４Ｏ ｂｉｔ部分 未作明确规定，各厂家的通信接口设备在该部分做 不同的处理可能会影响彼此之间的互通。 ｄ． Ｃ３７．９４标准某些通信故障判别相对宽松 （如ＬＯＳ判别条件），但保护设备对于光纤接收信 息的正确性校验非常严格，任一帧错误信息都不能 使用。这样保护设备不能直接利用Ｃ３７．９４标准校 验结果，必须在高级应用层实现一些更完善的 ＣＲＣ校验处理。 况良好，经历了多次区外故障的考验，同时经历了 １次区内故障并且保护装置正确动作。区内外故障 期间，保护装置未发现装置出现误帧或丢帧等现 象，证明了支持该标准的保护装置能够成功应用于 高电压等级输电线路。 ５ 结束语 目前，国内各继电保护设备采用了互不相同的 光接口标准，给维护、管理等方面带来一些问题。 Ｃ３７．９４是一个Ｎ ６４ｋ速率的国际光接口规范，它 规范了继电保护的接口标准，能在一定程度上判断 通道故障位置，完成通信状态指示、通道告警、误 码检测等功能。国内研制的基于Ｃ３７．９４标准通信 的保护装置运行情况良好，为今后提高保护装置通 道告警监测能力提供了一个参考手段。 参考文献： ［１］ 陈强林，李瑞生，马全霞，等．继电保护通道检测平台在 光纤差动保护测试中的应用［Ｊ］．电力系统保护与控制， ２００９。３７（８）：８３—８５． ［２］ 何霞，应伟刚．光纤保护通道检查与联调方法［Ｊ］．电 力系统保护与控制，２０１０，３８（１８）：１９０—１９２． ［３］ 陈建宁，仲惟师．继电保护光纤通信接１：３技术及标准［Ｊ］． 电力系统通信，２００８，２９（１８６）：５４—５８． ［４］ ＩＥＥＥ Ｃ３７．９４，ＩＥＥＥ Ｓｔａｎｄａｒｄ ｆｏｒ Ｎ Ｔｉｍｅｓ ６４ Ｋｉｌｏｂｉｔ ｐｅｒ Ｓｅｃ－ ｏｎｄ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｆｉｂｅｒ Ｉｎｔｅｒｆａｃｅｓ ｂｅｔｗｅｅｎ Ｔｅｌｅｐｍｔｅｃｔｉｏｎ ａｎｄ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ－ ｘｅｒ Ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ［Ｓ］，２００２． ［５］ 石征，侯思祖．光纤保护通道的可靠性分析［Ｊ］．电力 系统通信，２００８，２８（１１）：４３—４９． ［６］ 丁晓兵，赵曼勇，周红阳．提高极端气候条件下继电保护 通道可靠性的方案［Ｊ］．电力系统保护与控制，２００９，３７ （９）：１０６—１０８． ［７］ 姚庆华，贺则铭，单庆元．线路保护装置通道异常告警的 典型处理［Ｊ］．华北电力技术，２００８（１２）：３９－４１． 作者简介： 刘革明（１９８Ｏ一），男，硕士，工程师，从事电力系统继电保 护方面的研究。 （收稿日期２０１３—０１—０９）
