淺談光纖電流差動(dòng)保護(hù)

【摘 要】光纖電流差動(dòng)保護(hù)是在電流差動(dòng)保護(hù)的基礎(chǔ)上演化而來(lái)的，基本保護(hù)原理也是基于克希霍夫基本電流定律，它能夠理想地使保護(hù)實(shí)現(xiàn)單元化，原理簡(jiǎn)單，不受運(yùn)行方式變化的影響，而且由于兩側(cè)的保護(hù)裝置沒(méi)有電聯(lián)系，提高了運(yùn)行的可靠性。

【關(guān)鍵詞】光纖通道；差動(dòng)保護(hù)

目前電流差動(dòng)保護(hù)在電力系統(tǒng)的主變壓器、線路和母線上大量使用，其靈敏度高、動(dòng)作簡(jiǎn)單可靠快速、能適應(yīng)電力系統(tǒng)震蕩、非全相運(yùn)行等優(yōu)點(diǎn)是其他保護(hù)形式所無(wú)法比擬的。光纖電流差動(dòng)保護(hù)在繼承了電流差動(dòng)保護(hù)這些優(yōu)點(diǎn)的同時(shí)，以其可靠穩(wěn)定的光纖傳輸通道保證了傳送電流的幅值和相位正確可靠地傳送到對(duì)側(cè)。

一、光纖通道特點(diǎn)

光纖通道相對(duì)于其他傳統(tǒng)通道（如：電纜、微波等）具有如下特點(diǎn)：（1）傳輸質(zhì)量高，誤碼率低，一般在10-10以下。這種特點(diǎn)使得光纖通道很容易滿足繼電保護(hù)對(duì)通道所要求的“透明度”。即發(fā)端保護(hù)裝置發(fā)送的信息，經(jīng)通道傳輸后到達(dá)收端，使收端保護(hù)裝置所看到的信息與發(fā)端原始發(fā)送信息完全一致，沒(méi)有增加或減少任何細(xì)節(jié)。（2）光的頻率高，所以頻帶寬，傳輸?shù)男畔⒘看蟆＿@樣可以使線路兩端保護(hù)裝置盡可能多的交換信息，從而可以大大加強(qiáng)繼電保護(hù)動(dòng)作的正確性和可靠性。（3）抗干擾能力強(qiáng)。由于光信號(hào)的特點(diǎn)，可以有效的防止雷電、系統(tǒng)故障時(shí)產(chǎn)生的電磁方面的干擾，因此，光纖通道最適合應(yīng)用于繼電保護(hù)通道。以上光纖通道的三個(gè)特點(diǎn)，是繼電保護(hù)所采用的常規(guī)通道形式所無(wú)法比擬的。在通道選擇上應(yīng)為首選。但是由于光纜的特點(diǎn)，抗外力破壞能力較差，當(dāng)采用直埋或空中架設(shè)時(shí)，易受到外力破壞，造成機(jī)械損傷。若采用OPGW，則可以有效的防止類似事件的發(fā)生。

二、光纖通道與接口

光纖通道構(gòu)成的保護(hù)稱為光纖繼電保護(hù)。它由光發(fā)送器，光纖和光接收器等部分構(gòu)成。如圖1所示：

圖1

（1）光發(fā)送器。光發(fā)送器的作用是將電信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)楣庑盘?hào)輸出，一般由砷化鎵或砷鎵鋁發(fā)光二極管或鋁石釹榴石激光器構(gòu)成。發(fā)光二極管的壽命可達(dá)百萬(wàn)小時(shí)，它是一種簡(jiǎn)單而又很可靠的電光轉(zhuǎn)換元件。（2）光接收器。光接收器的作用是將接收的光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)輸出，通常采用光電二極管構(gòu)成。（3）光纖。光纖為光導(dǎo)纖維的簡(jiǎn)稱，由直徑大約0.1mm的很細(xì)的空心石英絲或玻璃絲構(gòu)成。繼電保護(hù)所用光纖為通信光纖，是由纖芯和包層兩部分組成的：纖芯區(qū)域完成光信號(hào)的傳輸，包層則是將光封閉在纖芯內(nèi)，并保護(hù)纖芯，增加光纖的機(jī)械強(qiáng)度，以節(jié)約大量有色金屬材料，敷設(shè)方便，抗腐蝕不受潮，不怕雷擊，不受外界電磁干擾，可以構(gòu)成無(wú)電磁感應(yīng)和可靠的通道，光纖通道容量大。如圖2所示。

圖2 光纖適配器（左）光纖連接器（右）

（4）工作可靠。載波通道受雷電和電力系統(tǒng)操作產(chǎn)生的電磁干擾很大，信號(hào)衰耗受天氣變化的影響很大，有時(shí)甚至不能工作。微波通道受電磁干擾較小，但在惡劣天氣條件下信號(hào)衰落很大。光纖通道不受電磁干擾，基本上不受天氣變化的影響，因此工作可靠性遠(yuǎn)高于載波和微波通道。這對(duì)于電力系統(tǒng)特別重要。（5）繼電保護(hù)用光纖對(duì)衰耗值要求較高，不同波長(zhǎng)的光信號(hào)衰耗值不同，單模光纖的傳輸衰耗值最小，波長(zhǎng)1.31μm處是光纖的一個(gè)低損耗窗口，所以繼電保護(hù)用光纖均使用單模光纖，使用1.3μm的波長(zhǎng)段。

三、光纖繼電保護(hù)的收發(fā)轉(zhuǎn)換

（1）光纖繼電保護(hù)裝置發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，保護(hù)插件把差動(dòng)CPU插件傳來(lái)的數(shù)據(jù)幀變?yōu)橥酱袛?shù)據(jù)，并經(jīng)碼型調(diào)制后送至光發(fā)模塊，由光收發(fā)模塊將串行數(shù)據(jù)信號(hào)轉(zhuǎn)化為光信號(hào)，通過(guò)光纖向通道傳送。接收數(shù)據(jù)時(shí)，由光收發(fā)模塊將光信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，并將解碼后的數(shù)據(jù)送至差動(dòng)CPU。（2）線路差動(dòng)保護(hù)采用光纖為兩側(cè)數(shù)據(jù)交換的通道，裝置提供專用光纖通道和復(fù)用PCM通道兩種通道方式選擇。當(dāng)被保護(hù)線路長(zhǎng)度小于100KM時(shí)可使用專用光纖通道方式，否則使用復(fù)用PCM通道方式，可通過(guò)裝置控制來(lái)選擇。

圖3 PSL603通信的時(shí)鐘

采用專用光纖通道方式下時(shí)，裝置間數(shù)據(jù)傳輸速率為1Mbps。采用復(fù)用PCM光纖通道方式下時(shí)，裝置間數(shù)據(jù)傳輸速率為64kbps/2Mbps。（3）通信時(shí)鐘相關(guān)說(shuō)明見(jiàn)表1：

復(fù)用64kbpsPCM同向接口時(shí)，兩側(cè)設(shè)備的時(shí)鐘必須按照上表的要求整定，否則會(huì)產(chǎn)生定期的滑碼。（4）電流差動(dòng)保護(hù)的采樣同步。在復(fù)用接口與通信設(shè)備連接時(shí)，大部分接口均支持G703同向方式（也有些設(shè)備要求提供反向接口）。為了滿足64kbps數(shù)據(jù)通道收發(fā)數(shù)據(jù)同步復(fù)接的要求，必須采用主從時(shí)鐘方式。否則，將因時(shí)鐘不同步，造成滑碼的出現(xiàn)，保護(hù)裝置反映出的就是CRC校驗(yàn)碼告警。在某些保護(hù)裝置中，對(duì)接口沒(méi)有做出要求，但時(shí)鐘必須設(shè)為主從方式，因?yàn)閮啥吮Ｗo(hù)裝置在計(jì)算差流時(shí)，必須保證同步，否則，對(duì)差流的計(jì)算就會(huì)造成誤差。

四、電流差動(dòng)保護(hù)的試驗(yàn)

（1）裝置自環(huán)試驗(yàn)，將裝置通道環(huán)回試驗(yàn)控制字值入“1”，將裝置光纖接口的RX和TX用尾纖對(duì)接，有的裝置還要整定本側(cè)裝置編碼與對(duì)側(cè)裝置編碼相同。即可單裝置自環(huán)，模擬ABC三相區(qū)內(nèi)故障。（2）光纖保護(hù)通道聯(lián)調(diào)試驗(yàn)。光纖保護(hù)在現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試中，光纖通道的測(cè)試也是一項(xiàng)細(xì)致工作，只有保證光纖通道正常，才能確保系統(tǒng)試驗(yàn)的進(jìn)行。現(xiàn)場(chǎng)由于受到設(shè)備的限制，常用的通道試驗(yàn)方法是采用保護(hù)自發(fā)自收來(lái)檢驗(yàn)光纖通道。具體分以下幾步：一是從保護(hù)的光端機(jī)引出的尾纖上經(jīng)光連接器自發(fā)自收，檢驗(yàn)保護(hù)自身收發(fā)是否正常。二是將保護(hù)尾纖經(jīng)光連接器與線路光纖連接，在線路的對(duì)端，光纖經(jīng)光連接器自環(huán)，檢驗(yàn)通道是否正常。對(duì)端也可以采用類似步驟測(cè)試光纖通道。三是測(cè)試光纖通道還可以采用專用測(cè)試設(shè)備，但這些設(shè)備很昂貴，一般情況下現(xiàn)場(chǎng)不具備條件。所以，上述方法是現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試光纖通道的經(jīng)濟(jì)實(shí)用的方法。