ASON网络承载电力差动保护业务实际应用研究

信息通信

INFORMATION&COMMUNICATIONS

2016

（Sum.No168）

ASON网络承载电力差动保护业务实际应用研究

张富川

（广东省电力设计研究院网络信息公司，广东广州510530）

摘要：针对电力系统电流差动保护业务对通信通道的特殊需求，文章从通信网抗多点失效自愈、先拆后建通道恢复机制

和通道时延三个方面分析ASON网络代替传统SDH网络承载电流差动保护业务可行性，并在实际环境中运行测试，进行实际验证。关键词：ASON；先拆后建；抗多点失效中图分类号：TM769文献标识码：A文章编号：1673-1131（2016）12-0232-04

0引言

电力线路保护装置用于远程切除输电线远程故障，按保护装置动作原理分类可分为纵联方向保护、纵联距离保护、零序保护、和纵联电流差动保护。其中纵联电流差动保护利用通信通道将本侧的电气量（电流幅值相位）传送到对端，通过电气量对比判断故障位置和性质，从而决定保护装置是否动作[1]。目前纵联电流差动保护已成为南方电网范围主用电力保护，其中通信方式采用SDH（SynchronousDigitalHierarchy）2M复用方式和光纤直连互为补充。但由于SDH通道自愈恢复方式、通道传输时延等特征，导致在承载电流差动保护业务时存在先天性不足。南方电网通信规程中明确提出，光纤差动保护通道不得应用SDH保护自愈功能。当发生灾害或光缆事故时，由于没有通道自愈保护机制，会造成保护通道中断，也增加了通信调度临时调整通道的难度。本文利用定制化ASON传输装置代替传统SDH设备，承载电流差动保护业务。并在广州番禺地区选取8个变电站组成网状环网，从多点故障恢复、收发路径一致性和传输通道时延等方式验证，取得较好的效果。

1ASON技术分析

自动交换光网络（ASON）符合G.8080框架要求，通过控制平面来完成自动交换和连接控制的光传送网。ASON网络具有呼叫和连接控制、路由和自动发现等功能，以实现智能化网络控制。其本质是一个具有自动路由、信令和发现功能的智能光网络。为了对光网络实现灵活的控制，将ASON分为三大逻辑功能平面，分别为传送平

面（TP）、控制平面（CP）和管理平面（MP）[2]

。ASON功能结构如下图所示：

图1ASON功能结构图

三大功能平面之间不仅能在逻辑功能上分离，并且物理上也能分离。各平面功能要求如下。２３２

传输平面：传送平面负责单向或双向用户数据信息的传递，也负责部分网络控制和管理信息的传递。传送平面应支持G.803定义的基于TDM的SDH网络和G.872定义的OTN网络。传送平面完成光信号传输、复用、配置保护倒换和交叉连接等功能，并确保所传光信号的可靠性。

控制平面：通过信令支持建立、拆除和维护端到端连接的能力，通过选路为连接选择合适的路由；当网络发生故障时，执行保护和恢复功能；自动发现邻接关系和链路信息，发布链路状态信息以支持连接建立、拆除和恢复；提供适当的命名和地址机制等。

管理平面：管理平面实施对传送平面、控制平面以及系统的管理功能，它也确保所有平面之间的协同工作，管理平面提供M.3010规定的管理功能，包括性能管理、故障管理、配置管理、计费管理和安全管理。

此外，ASON中的生存性机制具有智能化、多样化的特点。智能化体现在控制平面的引入，具有智能控制功能的通用多协议标签交换（GeneralMulti-ProtocolLabelSwitching，GMPLS）协议族的使用。而多样化则体现在ASON格状网络结构对于多种保护、恢复方式的支持，适合于多种生存性机制的实现。

2ASON承载差动保护业务适用性分析

纵联光纤差动保护对通信通道有三点重要要求。

首先，光传输网应可在多次链路故障的情况下，能自动进行光路由重构，从而进行抗多点失效自愈恢复，抵御通信网络N-X故障。

其次，电流差动保护原理是对比线路两端同一时刻的电流幅值相位是否相同，若线路两侧装置采样时间不一致，将造

成采样电流不一致，可能造成保护装置误动作[3]

。因此应保证传输通道在从中断至恢复的过程中恢复机制为“先拆后建”，即先将原有收发两条通道同时断开，再同时建立，实现保护通道恢复过程中收发路由一致，从而保证保护装置两端通道时延一致。

最后，为满足保护装置快速动作的时间要求，通信保护通道时延应<12ms。

3实际验证与测试

为了实际验证第三节提出的差动保护业务对ASON传输网的适用性要求，在广州市番禺地区选取500kV广南、220kV聚龙、220kV鱼飞、220kV虎桥、220kV乌洲、220kV亚村、220kV迎宾8个变电站安装新ASON自动光交换设备，同时在乌洲站和虎桥站安装南瑞PCS931差动保护业务装置，实际承载差动保护业务。组网示意图如下图所示。

信息通信图2广州市组网示意图

测试过程中以拔断光纤、下插告警等方式模拟光缆故障，验证光路是否能抵抗通信网络多点链路故障、通道恢复过程收发路径一致以及通道时延小于12ms的目标。

3.1抗通信链路多点失效测试

（1）测试方法。为了验证本示范应用网络可实际抵御链路多点故障，在测试过程中以拔断光纤、下插告警等方式模拟光缆N-X故障，在模拟光缆多次故障的测试过程中，验证通信通道均能进行自动路由重构，差动保护装置业务自动恢复到新的路径上。

（2）测试内容与步骤。

图3测试拓扑图

中断虎桥-乌洲的单纤，乌洲站乌洲对虎桥光接口盘和虎桥站虎桥对乌洲的光接口盘收LOS告警。保护通道：进行重路由，重路由路径为虎桥—鱼飞—乌洲

中断虎桥—鱼飞的单纤，鱼飞站鱼飞对虎桥光接口盘和虎桥站虎桥对鱼飞光接口盘收LOS告警。保护通道：进行重路由，重路由路径为乌洲—番禺—亚村—虎桥。

中断番禺至乌洲的光纤，乌洲站乌洲对番禺光接口盘和番禺站番禺对乌洲光接口盘收LOS告警。保护通道：进行重路由，重路由路径为乌洲—番禺—迎宾—亚村—虎桥

（3）测试结果。ASON网管截图：

张富川：ASON网络承载电力差动保护业务实际应用研究保护装置截图：

（4）结果分析。

通过观察ASON通信网管与现场观察保护装置，在通过LOS断纤连续三次制造光缆故障触发通道重构的过程中，保护装置首先感应到通道异常，随后通信链路自动自愈恢复，重构到新的路由上，保护装置业务也恢复正常，此外，保护装置记录表格也记录了通道中断与通道返回的时间，验证了本示范应用通信网络可有效抵御通信链路多点故障。

3.2通道先拆后建恢复实现收发路径一致性测试

（1）测试方法。

本实验网络承载继电保护业务的通信通道工作路由为乌洲-虎桥，长度约6公里，由于本示范网络网络规模较小，为了能让保护装置感知通信通道收发路径不一致，我们人为地增加路由第一次重构时的恢复路径。通过设置链路代价方式，当工作路由中断时，使第一次恢复路由为乌洲—鱼飞—聚龙—广南—番禺—迎宾—亚村—虎桥，此路径长度为209公里，恢复路由与工作路由相差200公里以上，两路径传输时延差也大于1ms。若通道重构后，继电保护两端收发路径不一致，则必然会导致乌洲虎桥两侧继电保护装置采样电流不一致，造成差流。如测试结果显示乌洲站和虎桥站继电保护装置采样电流值一致，则证明通道路径一致，由此证明路由恢复方式为先删后建。

（2）测试内容与步骤。

图4测试拓扑图

中断虎桥发乌洲的单纤，乌洲站乌洲对虎桥光接口盘收LOS告警。保护通道：进行重路由，重路由路径为乌洲—鱼飞—聚龙—广南—番禺—迎宾—亚村—虎桥。

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（3）测试结果。

乌洲站保护装置记录表

虎桥站保护装置记录表

（4）结果分析。

通过观察现场保护装置与2M表时延，当通道由“乌洲-虎桥”恢复到“乌洲—鱼飞—聚龙—广南—番禺—迎宾亚村-虎桥”时，乌洲虎桥两站采样电流值完全一致，差流为零；此外，2M记录通道恢复后收发路径时延一致，证明通道恢复后实现了差动保护业务收发路径一致，验证了通道恢复机制为先拆后建。

3.3通道恢复机制确保继电保护设备的信号延迟小于12ms

（1）测试方法。

验证此本实验通信网络可规避通道时延大于12ms的路径路由，从而满足继电保护设备对通信通道时延的要求。

（2）测试内容与步骤。

图5测试拓扑图

中断虎桥发乌洲的单纤，乌洲站乌洲对虎桥光接口盘收LOS告警。保护通道：进行重路由，重路由路径为虎桥－鱼飞－乌洲中断虎桥发鱼飞的单纤，鱼飞站鱼飞对虎桥光接口盘收LOS告警。保护通道：进行重路由，重路由路径为乌洲－番禺－亚村－虎桥

中断番禺发乌洲的光纤，乌洲站乌洲对番禺光接口盘收LOS告警。保护通道：进行重路由，重路由路径为乌洲-鱼飞-亚村-虎桥。

中断亚村发鱼飞的光纤，鱼飞站鱼飞对亚村光接口盘收LOS告警。保护通道：不进行重路由。

（3）测试结果。２３４

张富川：ASON网络承载电力差动保护业务实际应用研究

通信网管截图

保护装置记录表格

虎桥站保护装置记录表

（4）结果分析。

通过ASON通信网管和现场保护装置可以看到，当第四次中断光纤后，可以看到在物理链路上仍然有路由可以使用，但是由于其路由延时已不能满足继电保护业务对通信通道的需求，所以业务将不再恢复，通信网达到对不满足差动保护业务要求的链路进行规避的目的。

5结语

本实验网络对ASON承载差动保护业务适用性分析进行了全面测试，得出以下结论：

ASON网可抵御抵御通信网多点失效。在多次链路故障的情况下，能自动进行光路由重构，从而进行抗多点失效自愈恢复，抵御通信网络N-X故障。

通道恢复机制为先拆后建，即同时切断业务两端的收发

基于FPGA的1553B系统的实现

王路锋

（中国电子科技集团公司第54研究所，河北石家庄050081）

摘要：文章在研究1553B总线协议特点的基础上，提出了一种基于FPGA的1553B总线接口设计方案。在电路中采用

FPGA5CEFA9F27I7N为核心处理单元，JBU843为1553B协议执行元件，采用FPGA实现地址译码和逻辑控制功能。通过FPGA对BU-843寄存器的配置，使系统工作在BC/RT/MT模式。关键词：1553B；总线接口；FPGA中图分类号：TP336文献标识码：A文章编号：1673-1131（2016）12-0235-02随着数字化的飞速发展，航空电子设备越来越多，越来越复杂，航空总线应运而生。常见的航空总线有：ARINC429、MIL_STD_1553B、CAN、1394等。其中1553B总线不仅具有健壮的性能，而且具有良好的互操作性及较为完善的产业链，基于这些优势1553B总线被全球军用航空电子系统纳入理想的网络互连选择范畴中。

1553B总线国内应用历史已有多年，与其它军用数据总线相比，1553B数据总线技术最为成熟，应用也最为广泛，拥有绝对优势。尤其近年来，对GJB2A-97标准进行推广普及，也促使1553B总线成为新型装备设计以及旧装备换装方面的普遍选择。1553B总线在可靠性、开放性以及容错性等方面具有突出优点，可以预见，1553B在今后的十年内依然会是国内航空、航天以及武器装备中最为主流的总线选择。目前常见的系统方案大多由CPU实现，效率低，且占用大量资源，而换成FPGA后，可以很好地解决这个问题。对智能总线进行设计，促进多种总线通信目标的实现，具有很高研究与应用价值。

11553B总线简介

1553B总线在可靠性上较高，且具有良好实时性。其主要包括4种基本硬件：一为传输介质，二为总线控制器（BC），三为远程终端（RT），四为总线监视器（MT）。在可挂接远程终端数量方面，1553B总线最多可达到31个，所有远程终端对一条消息通路进行共享，因其传输方式为半双工，任一时刻发消息的总结点在网络中均仅有一个，所有远程终端均能够对传送中的消息加以接收，接收的远程终端对消息的识别可通过地址进行。如下图所示：

图11553B总线硬件组成与运行模式

2系统设计方案

该系统以FPGA5CEFA9F27I7N为核心，在1553B总线

功能方面，由JBU843协议芯片完成，该协议芯片可提供丰富资源，对于软件设计来说能为其提供很大灵活性及可靠性；在控制和译码信号方面通过FPGA实现，该器件电路连接简单，使用起来十分方便，在语言编程方面对功能强大的VHDL加以采用，可有效提高系统维护性并提高系统扩展性。

2.1FPGA模块

系统的配置和通信由FPGA实现.配置主要是对一组寄存器进行读或写,，包括控制字寄存器、命令字寄存器和状态字寄存器。它一方面可以通过写寄存器来控制接口芯片的工作模式,，另一方面可以将接口芯片在工作过程中产生的反馈信号记录在一组状态寄存器中,，以确定其工作状态；通信主要是对一组存储器进行操作。通过对寄存器的配置，得知相应指针对应的存储器的位置，通过读写操作将数据接收或发送。常用寄存器类型如下表：

表1常用寄存器类型

2.21553B模块

JBU8431553B总线在通讯控制器方面采用多芯片组装，属于模块化电路，其内部构成主要包括三部分：其一为协

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