魏 勇,张合明,张敬娜,戴雪娇,张正文

(1.国网河北省电力公司信息通信分公司 石家庄 050021;2河北省电力勘测设计研究院,石家庄 050031)

SDH光纤通信系统2 Mbit/s通道传输时延分析与计算

魏 勇1,张合明1,张敬娜2,戴雪娇2,张正文1

(1.国网河北省电力公司信息通信分公司 石家庄 050021;2河北省电力勘测设计研究院,石家庄 050031)

结合我国电力系统目前主要采用2 Mbit/s数字通道作为输电线路的复用保护方式,分析影响SDH光纤通信系统2 Mbit/s通道传输时延的因素,并通过计算2 Mbit/s复用继电保护通道传输时延的两种方法获得准确的传输时延数据,检验工程设计阶段保护通道组织满足线路继电保护时延要求。

SDH;2 Mbit/s通道;继电保护;传输时延

1 概述

随着通信技术和线路继电保护技术的发展,输电线路继电保护通道方式经历了从载波到微波,再到光纤通道的发展变化。由于光纤通信技术有着其它通信方式无法比拟的稳定、可靠、抗干扰强、信息量大、整定维护简便的优势,逐渐成为首选的保护通道方式。

光纤保护通道方式有2种,一种为专用光纤方式,信号没有经过转换,传输过程相对直接,但是浪费纤芯资源,且传输距离较短。另一种为复用方式,利用SDH光纤通信电路的2 Mbit/s或64 Kbit/s数字通道传输保护信号,具有传输距离远、节省光纤资源等优点。最初,光纤复用保护采用64 Kbit/s数字通道,保护装置按照64 Kbit/s速率编码,配置保护专业PCM终端设备,这种保护方式中间环节过多,传输时延大,通道的故障概率较大,设备费用也较高。而采用2 Mbit/s数字通道方式,传送的信息量大,不需要经过PCM转接,运行可靠,设备费用较低。目前复用保护通道主要采用2 Mbit/s数字通道。

线路继电保护对通道传输时延有严格的要求,如果不能满足就可能影响到保护设备的正确判断和动作。在电力行业标准中规定用于继电保护的光纤通信通道单向时延不大于10 ms[1],通常在实际工程中对通道时延要求更为严格。因此在工程可研和初步设计阶段组织线路继电保护通道时,应对传输距离较长、中间站点较多的复用通道进行传输时延计算,以避免因通道时延不满足要求造成工程方案不合理。

2 通道传输时延分析

SDH光纤通信系统造成传输时延的因素包括两方面,一是光信号在光纤中的传输时延,二是信号在SDH设备处理过程中产生的时延。

2.1 光纤传输时延

光波信号在一定的传输介质中传播速度是有限的,主要取决于介质的折射率。介质的折射率表示介质的传光能力,某一介质的折射率n等于光在真空中的传播速度c与在该介质中的传播速度v之比,即n=c/v。由于光波信号在介质中的传输时延t等于光在介质中的传输距离l与在介质中的传输速度v之比,由此可得出光波信号在光纤中的传输时延To的计算公式:

式中:c为真空中的光速(3×105km/s);l为传输距离,km;n为光纤折射率,目前广泛应用的G.652光纤折射率约为1.47。由此可计算出光信号在光纤中的传输时延约为4.9μs,在工程应用中一般按5μs估算。

2.2 设备传输时延

信号在通信网络传输过程中,除了传输系统会产生时延外,网络节点设备(数字交换机和数字交叉连接设备)可能有缓冲器、时隙交换单元和其它数字处理设备,这些设备均会产生传输时延。此外,PCM设备、复用器和复用转换器也会产生不同程度的时延。在这里主要探讨输电线路继电保护信息利用SDH光纤通信系统2 Mbit/s通道传输的设备时延,即SDH光传输设备时延。

SDH设备是由不同功能模块组成的,当信号经过设备中不同功能模块时,均会有时延产生。信号经过SDH设备的总时延与固定填充处理、连接处理、定位以及映射和去映射处理等因素有关[3]。

根据信号在SDH光纤通信系统2 Mbit/s通道的传输过程,可将设备时延分为3种:支路-群路时延,群路-群路时延,群路-支路时延。以图1所示2 Mbit/s继电保护通道为例,在保护通道一端的A变电站,继电保护信号由2 Mbit/s支路信号复用到STM-N群路信号,所产生设备时延为支路-群路时延;在位于保护通道中间部位的B、C变电站,继电保护信号经SDH设备群路端口直接通过两站,所产生设备时延为群路-群路时延;在保护通道另一端的D变电站继电保护信号从STM-N群路信号解复用到2 Mbit/s支路信号,所产生设备时延为群路-支路时延。

图1 采用复用方式的继电保护通道连接示意

设备时延是SDH设备一项重要性能指标,不同厂家、不同型号的SDH设备,其时延可能有所不同。表1中列出了某进口设备厂家提供的传输时延数据作为参考。此外相关标准制定机构也对SDH设备传输时延指标进行了规定,欧洲电信标准化协会ETSI标准规定,SDH设备群路-群路时延不大于60μs,支路-群路/群路-支路时延均不大于110μs[4]。我国邮电行业标准规定SDH数字交叉连接设备对VC-12的最大转接时延不大于125μs,对VC-4的时延不大于50μs[5]。

表1 SDH设备传输时延μs

在表1数据中,2 Mbit/s数字信号从SDH设备2M支路到STM-N群路传输时延46μs,从群路STM-N到2M支路输出的传输时延为89μs,群路到群路的传输时延为39μs,群路-群路的传输时延最小,支路-群路的传输时延较大,群路-支路的传输时延最大。表中设备传输时延指标在相关标准规定的时延范围内。通过上述分析也说明在利用SDH光纤通信系统组织线路保护通道时,应尽量避免利用支路端口进行通道转接,以减小设备传输时延。

3 通道传输时延计算

SDH光纤通信系统2 Mbit/s通道时延T为构成传输通道的SDH设备以及光缆传输时延之和,可按以下公式计算。

式中:TSDH为SDH设备支路到群路和群路到支路的复用、解复用时延;N为中间节点设备总数;Ti为中间节点设备时延;To为光纤时延。

如果采用已建SDH光纤通信系统组织2 Mbit/s通道,通道时延应根据设备厂家提供的设备时延数据计算,以获得较为准确的通道传输时延。如果利用新建SDH光纤通信系统组织2 Mbit/s保护通道,在工程可研和初步设计阶段尚未确定设备厂家及型号,则通道时延可根据相关标准规定进行估算。

下面以图1所示保护通道为例计算A、D两变电站间的2 Mbit/s继电保护通道传输时延。为方便计算,假定相邻变电站间光缆长度均为80 km,通道传输时延T计算如下:

a.计算方法1,采用已建SDH光纤通信系统组织2 Mbit/s通道,应根据厂家提供设备传输时延数据计算(这里按表1所列数据计算)。

b.计算方法2,当尚未确定设备厂家时,可按相关标准规定估算,这里以ETSI标准为例计算。

由于相关标准规定的设备传输时延值均为最坏值,因此采用方法二计算的通道传输时延大于方法1。建议仅在SDH设备厂家尚未确定时采用计算方法2。

4 结束语

通过SDH光纤通信系统2 Mbit/s通道传输时延分析与计算,可以在电网工程建设的可研及初步设计阶段获得较为准确的2 Mbit/s复用继电保护通道传输时延数据,为检验所组织的保护传输通道是否满足线路继电保护时延要求提供依据,确保保护通道组织方案合理、可行。此外,当所组织的2 Mbit/s传输通道需要在不同SDH系统间进行转接时,为了降低设备传输时延,应尽量避免通过2 Mbit/s支路接口转接,建议优先采用群路光接口转接,以降低总的通道传输时延。

[1] DL/T 364-2010,光纤通道传输保护信息通用技术条件[S].

[2] 王加强,岳新全,李 勇.光纤通信工程[M].北京:北京邮电大学出版社,2002.

[3] 孙学康,毛京丽.SDH技术[M].北京:人民邮电出版社, 2002.

[4] ETSI DTR/TM-03031 Considerations on transmission delay and transmission delay values for components on connections supporting speech communication over evolving digital networks[S].

[5] YD/T 974-1998,SDH数字交叉连接设备(SDXC)技术要求和测试方法[S].

本文责任编辑:丁 力

Analysis and Calculation on 2 Mbit/s Channel Transmission Delay of SDH Optical Fiber Communication Systems

Wei Yong1,Zhang Heming1,Zhang Jingna2,Dai Xuejiao2,Zhang Zhengwen1

(1.State Grid Hebei Electric Power Enformation Telecomunication Branch,Shijiazhuang 050021,China; 2.Heibei Electric Power Design Research Institute,Shijiazhuang 050031,China)

2 Mbit/s channel is the main way of multiplex protection for transmission line in our electric power system.In order to ensure the reliable operation of line protection,one-way delay of optical fiber communication channel is fixed strictly in electric power industry standard.This paper analyzes the factors to influence the transmission delay of SDH optical fiber communication system 2Mbit/s channel,and calculates the transmission delay by two methods,which could obtain more accurate transmission delay data of multiplex protection,and examine whether the protection channel design meets the requirements of relay protection delay is in design stag.

SDH;2 Mbit/s channel;relay protection;transmission delay

TN929

:B

:10019898(2017)01003302

魏 勇(1975-),男,高级工程师,主要从事电力通信系统工程建设工作。