刘革明，余 冬，朱晓彤

(南瑞继保电气有限公司，江苏 南京 211102)

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)

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。

C37.94;继电保护;通信故障;故障定位

光纤在继电保护领域得到了广泛的应用。它不仅可以传送开关量信号，还能传送电流、电压等模拟量信号，构成了光纤纵联距离/方向、光纤差动等不同原理的主保护［1］。目前国内主流继电保护厂家的保护设备采用了互不相同的光接口标准，对于专用通道，这样的做法对维护、测试影响不大;但对于复用通道就带来一些问题，如发生通道异常后很难直观地进行故障定位［2］;不同厂家的保护设备与数字复接接口设备不能互通［3］;数字复接接口设备对通道质量的监测力度不够等。

IEEE于2002年制定了C37.94标准，该标准规范了保护设备与数字复接接口设备之间的光纤接口［4］，以便允许不同厂家生产的保护设备与数字复接接口设备在光接口处能够互通，同时能提高通道故障定位及监测的水平。本文从目前光纤复用通道中存在的问题出发，介绍了C37.94标准的主要内容，并分析了该标准应用于继电保护设备的优势及局限性。

1 目前存在的问题

220 kV及以上电压等级线路，由于线路距离长，其光纤纵联保护通常采用复用通道。

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。

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，而对检测误帧无能为力。

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N(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:abcdefgh=11y11111。

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1100001111。

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N，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-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N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bit”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bit”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“1”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

图3 通信链路故障位置示意图

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40 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。

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IEEEC37.94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。

［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口技术及标准［J］.电力系统通信，2008，29(186):54-58.

［4］ IEEE C37.94，IEEE Standard for N Times 64 Kilobit per Second Optical Fiber Interfaces between Teleprotection and Multiplexer 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.

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 211102，China)

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 digital interfaces can be communicated with each other which supports IEEE-C37.94 and it is efficient for fault location of communication.However，the limitation of low bandwidth and loose examination has been confirmed.It is feasible for application of IEEE-C37.94 in relay protection.

C37.94;Relay Protection;Communication failure;Fault location

TM77

A

1004-7913(2013)03-0035-03

刘革明 (1980—)，男，硕士，工程师，从事电力系统继电保护方面的研究。

2013-01-09)