張建平,李貽軍,紀(jì)建設(shè),楊 貴
(許繼昌南通信設(shè)備有限公司,河南 許昌461000)
摘 要:SF-950光纖收發(fā)信機設(shè)備采用光纖作為通道。它獨立于電力系統(tǒng)故障的特點,以及光纖通道具有較高的傳輸速率和較強的抗干擾性能,使它的傳輸可靠性得到極大的提高。文中主要介紹SF-950的技術(shù)特點、工作原理及應(yīng)用方式。
關(guān)鍵詞:復(fù)雜可編程邏輯器件; 光纖通道; 分組碼; 全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)
1 SF-950的技術(shù)特點
SF-950采用分組碼編解碼技術(shù),借助專用光纖通道、復(fù)接PCM設(shè)備或復(fù)接PDH/SDH設(shè)備等進(jìn)行傳輸,具有全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)(GPS)校時功能,同時加入事件記錄功能(時間精確到毫秒級),減少了裝置的配置工具數(shù)量和硬件電路,提高了設(shè)備、電纜和傳輸?shù)目煽啃浴F-950可與高壓線路保護(hù)配合,構(gòu)成高頻閉鎖式、允許式或遠(yuǎn)方跳閘等保護(hù)方式,使保護(hù)信號的傳輸更快、更可靠、更安全、更經(jīng)濟(jì)。
SF-950中所使用的誤碼控制程序的設(shè)計可保證使用任何傳輸媒介都能完成所需的連接,并且出口有多種速率通道可供選擇,誤碼控制程序還保證了完全的安全性,從而不至受到通信設(shè)備在異常操作情況下所產(chǎn)生的任何信號的干擾。
SF-950采用了許多新技術(shù)、新原理、新器件,整機具有以下技術(shù)特點:
(1)邏輯控制部分和維護(hù)接口部分采用復(fù)雜可編程邏輯器件實現(xiàn),性能穩(wěn)定;(2)采用RS-232串口可方便地進(jìn)行參數(shù)設(shè)置,方便現(xiàn)場調(diào)試;(3)可選用三種傳輸通道:專用光纖通道、64 kbps PCM復(fù)接通道、2.048 Mbps PDH/SDH復(fù)接通道;(4)采用分組編碼解碼方式,傳輸可靠性強;(5)光通道采用主備用工作方式,可以實現(xiàn)自動切換;(6)具有事故記錄功能,方便現(xiàn)場對事故判斷及分析;(7)具有GPS對時功能,保證事故記錄時間的準(zhǔn)確性。
2 SF-950的工作原理
2.1 機械結(jié)構(gòu)
SF-950共有四個槽位,19″4U機箱。每個插件 都接有接地排和屏蔽板,可靠性、安全性滿足IEC834-1的要求,電磁兼容性滿足GB/T-14598的要求。
2.2 系統(tǒng)概述
大多數(shù)保護(hù)應(yīng)用中,命令必須雙向傳輸,相應(yīng)的,由SF-950所提供的命令通道也是雙向的。為實現(xiàn)這一點,(1)在保護(hù)接口部分,先對開/關(guān)命令信號進(jìn)行采樣、延時等處理,送給數(shù)據(jù)處理部分進(jìn)行編碼輸出為64 kbps和2.048 Mbps的信號,同時將信號送給光纖接口部分進(jìn)行編碼,光電轉(zhuǎn)換成8.448Mbps光信號;(2)對輸入的光信號進(jìn)行解碼,轉(zhuǎn)換成電信號,再對64 kbps信號進(jìn)行解碼,并控制命令輸出。
2.3 功能插件
SF-950功能插件介紹如表1。

2.4 工作原理和主要特點
SF-950采用編解碼調(diào)制方式,正常運行時輸出速率為64 kbps(G703.1)的碼型信號,此信號用于對通道進(jìn)行監(jiān)視,當(dāng)通道故障時發(fā)出告警信息。電力系統(tǒng)出現(xiàn)故障時,由保護(hù)裝置送來的啟動發(fā)信動作,控制SF-950啟動發(fā)信,輸出速率為64 kbps的另外一種碼型信號,解調(diào)回路將收信信號送到保護(hù)裝置,供保護(hù)裝置對線路故障進(jìn)行判斷。
SF-950的原理方框圖如圖1所示,正常運行時,裝置由“數(shù)據(jù)處理”插件產(chǎn)生64 kbps編碼信號通過復(fù)接PCM設(shè)備或“光纖收發(fā)”插件后送入通道(或產(chǎn)生速率為2.048 Mbps的編碼送給PDH/SDH設(shè)備)。當(dāng)電力系統(tǒng)出現(xiàn)故障時,保護(hù)裝置啟動元件動作,送來“啟動發(fā)信”空接點,該信號經(jīng)“接口”插件轉(zhuǎn)換,控制“數(shù)據(jù)處理”插件,送出另一組64 kbps的編碼信號,同樣通過復(fù)接PCM設(shè)備或“光纖收發(fā)”插件,向光纖通道發(fā)送信號(或送出另一組2.048 Mbps 編碼信號,向PDH/SDH設(shè)備發(fā)送信號)。

從光纖通道接收的光信號經(jīng)過“光纖收發(fā)”插件的接收回路,將光信號變成64 kbps的電信號(或者從PCM設(shè)備接受的64 kbps數(shù)字信號或者從PDH/SDH設(shè)備接收的2.048 Mbps數(shù)字信號)經(jīng)過“數(shù)據(jù)處理”插件解調(diào),輸出收信信號,再通過“接口”插件驅(qū)動輸出繼電器,輸出“收信輸出”接點,送給保護(hù)裝置。
SF-950的幀結(jié)構(gòu)如圖2所示。每個幀包括幀定位和一個用于輔助信息的字節(jié),兩者的長度均為8 bits。這些8位后接著用以傳送保護(hù)命令的8位字節(jié)分組碼(64 bits)稱為碼文。一個幀中的比特數(shù)為80,而幀時間為1.25 ms。
每1.25 ms對命令輸入采樣。在開始發(fā)送碼文之前先對命令信號進(jìn)行采樣。命令狀態(tài)為2種,采樣產(chǎn)生2種可能的輸入狀態(tài)中的一種。相應(yīng)的,傳送對應(yīng)其采樣結(jié)果狀態(tài)的2種不同的碼字。由工作原理可知具有如下特點:(1)發(fā)信的延時在0~1.25ms之間變化,其確切時間取決于從命令輸入狀態(tài)的變化到下一采樣的時間間隔;(2)傳送64 bits需要1ms;(3)上述兩個延時的總和,即保護(hù)系統(tǒng)的誤碼控制延時的值為1~2.25 ms。
考慮到接口電路所產(chǎn)生的延時時間,可得出SF-950延時小于5 ms。
SF-950命令碼文采用的是分組碼。分組碼的理論提供了從一切可能的大量64 bits序列中選出64 bits碼文的多種方法。這些方法最重要的目的是找到一組序列,其中的任一碼文在盡可能的碼位上都不同于其他碼文。兩個碼文間不同的碼位數(shù)稱為碼距。用于找出64碼字的程序往往是將編碼理論的已知方法與為達(dá)到通信網(wǎng)絡(luò)中必要的安全性(抗信號劣化)所需的具體措施相結(jié)合。保護(hù)分組碼最重要的特征是有最小碼距,即不同比特數(shù)最少的兩個碼字間的距離最相似。SF-950保護(hù)碼的最小碼距為32。
SF-950從以下三個方面保證了命令信號傳輸?shù)目煽啃裕海?)采用64位分組碼,最小碼距為32,可見將命令的一種狀態(tài)誤判為另一種狀態(tài)的可能性是很小的;(2)命令解碼中有碼型糾錯功能,即使在傳輸過程中產(chǎn)生了一些誤碼,也能正確接收,有效地防止命令的丟失;(3)在命令發(fā)送和命令接收支路中可由維護(hù)軟件加入延時(0 ms,2 ms,4 ms或6 ms),可有效地抑制干擾信號,防止命令的誤收。
2.5 SF-950維護(hù)軟件工具
通過SF-950的計算機維護(hù)軟件,可對設(shè)備的內(nèi)外時鐘、命令輸入延時、命令輸出判別時間、命令輸出展寬、日期和時間等運行參數(shù)進(jìn)行配置,根據(jù)需要可以用不同的參數(shù)來滿足要求;對裝置的運行情況進(jìn)行跟蹤,讀取事件及故障記錄(并將記錄以文件形式保存到計算機中),結(jié)合由GPS校時后的時間,對設(shè)備的故障進(jìn)行分析和處理。在該軟件中還可以選擇計算機的通信串口(COM1或COM2)和軟件的使用語言(中文或英文),方便用戶的使用。
3 SF-950在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用
目前電力系統(tǒng)正在進(jìn)行大規(guī)模改造,而老式收發(fā)信機用電力線作為傳輸通道,各種高頻干擾、工頻干擾一直制約著收發(fā)信機的進(jìn)一步發(fā)展。隨著電網(wǎng)的不斷發(fā)展,采用光纖通道的高頻保護(hù)系統(tǒng)將會越來越多,而且光纖通道具有較高的傳輸速率和較強的抗干擾性能。SF-950可借助于光纖通道、復(fù)接PCM通道或復(fù)接PDH/SDH通道等通信設(shè)備進(jìn)行傳輸,因此該產(chǎn)品具有巨大的潛在效益。
在現(xiàn)場應(yīng)用中,有以下幾種方案可由用戶靈活選擇:
(1)專用光纖通道
SF-950專用光纖通道應(yīng)用方式如圖3所示,兩臺SF-950之間直接用光纜連接起來作為通道,可以采用單路光纖通道或雙路自動切換雙光纖通道。

(2)直接復(fù)接PCM設(shè)備
SF-950復(fù)接PCM工作方式如圖4所示,SF-950提供64 kbps(G703.1)數(shù)據(jù)給PCM,通過PCM與光端機進(jìn)行傳輸。
(3)直接復(fù)接PDH/SDH設(shè)備
SF-950復(fù)接PDH/SDH工作方式如圖5所示,SF-950提供2.048 Mbps(G703.6)數(shù)據(jù)給SDH/PDH 設(shè)備。
(4)復(fù)接PCM設(shè)備,通信室加裝FOX-800B
SF-950可以直接采取與之配套的FOX-800BFOX-800B光電轉(zhuǎn)換器聯(lián)合使用,如圖6所示。采用此種方式,可將SF-950放在保護(hù)室,F(xiàn)OX-800B放于通信室,F(xiàn)OX-800B復(fù)接PCM傳輸。
(5)復(fù)接PDH/SDH設(shè)備,通信室加裝FOX-800B
SF-950可以直接采取與之配套的FOX-800B光電轉(zhuǎn)換器聯(lián)合使用,如圖7所示。采用此種方式,可將SF-950放在保護(hù)室,F(xiàn)OX-800B放于通信室, FOX-800B復(fù)接SDH/PDH傳輸。
4 結(jié)束語
SF-950光纖收發(fā)信機在總體設(shè)計和電路方面采用了許多新技術(shù)和新原理,因而該裝置具有很高的安全性和可靠性,完全能夠滿足電力系統(tǒng)繼電保護(hù)信號光纖通道和數(shù)字通道傳輸?shù)男枰鼘殡娏ο到y(tǒng)繼電保護(hù)裝置的傳輸通道提供更多的選擇。
參考文獻(xiàn)
[1]楊祥林.光纖通信系統(tǒng)[M].北京:國防工業(yè)出版社,2000.
[2]王欽笙.?dāng)?shù)字通信[M].北京:人民郵電出版社,1999.
[3]金建源.輸電線路高頻保護(hù)[M].北京:水利電力出版社,1987.
[4]宋萬杰,羅豐,吳順君.CPLD技術(shù)及其應(yīng)用[M].西安:西安電子科技大學(xué)出版社,1999.
[5]Kruglinski David J.Visual C++技術(shù)內(nèi)幕[M].北京:清華大學(xué)出版社,2001.