淺談高壓電線路光纖保護通道的應用

朱海

（國網江西省電力公司撫州供電分公司）

1 前言

高頻縱聯閉鎖距離和方向保護伴隨著微機保護的快速發展，成為了主要的保護措施，這兩者組成的雙重化保護成為了配置高壓電線路保護的主要方式，并對電力系統中安全穩定運行的維護起到了重要作用，其中保護通道一般屬于高頻載波通道。在電力系統中光纖技術的使用領域越來越廣泛，也受到了越來越多的關注，促進了傳輸繼電保護信息通道的轉變，即由高頻載波通道轉變成了光纖通道。

目前，社會的發展越來越受到了電力資源的制約，用戶對用電質量和需求的增加促進了電網的發展，從而電力系統的覆蓋范圍越來越廣且復雜度越變越大，由此電力系統需要越來越高的安全穩定運行要求。高壓電線路電流差動保護與高頻閉鎖保護相比具有很多優點，比如較廣的適應范圍、較高的可靠性和簡單的原理等，使得高壓電線路電流差動保護成為主流的線路保護發展方向，其中高頻閉鎖保護是以高頻通道為基礎的。光纖通道在電力系統的高壓電線路保護中的使用越來越多，但是光纖通道在工程應用中出現了一些亟需解決的問題，這些問題影響了電力系統中設備的安全穩定運行。

2 光纖分類及光纖通道的特點

在電力系統中，光纖通道與常用的高頻通道相比，是以光纖來作為傳輸介質，它具有不受電網運行方式、抗干擾能力強、傳輸容量大、具有絕緣性和傳輸損耗低等優點。在繼電保護應用中，光纖通道為推廣電流差動保護在技術方面提供了強大的支持；在工程應用中，光纖通道的故障率較低，為繼電保護和設備的日常運行及維護提供了較高的可靠性，在此與高頻通道相比具有很大的優勢。由此可知，在高壓電線路的保護通道中光纖通道的應用已成為主流。

光導纖維通常縮寫為光纖，它是直徑為0.1mm的玻璃細絲。光纖由包層和纖芯共同組成，在電力系統的繼電保護中得到了廣泛的應用。光信號在纖芯中進行傳輸，包層是為了保護纖芯，主要起到了電纜外層的功能，增強了光纜的機械強度。

根據不同的原材料，可以將光纖分為復合材料光纖、石英光纖、全塑料光纖和多成分玻璃光纖等；根據不同的傳輸模式，可以將光纖分為多模光纖和單模光纖；根據不同的工作波長，可以將光纖分為波長1.31μm和1.55μm的長波長光纖、波長0.85μm的短波長光纖和超長光纖。如表1所示，對多模光纖和單模光纖進行了對比。

表1 多模光纖與單模光纖對比

3 光纖通道中的問題和原因

高壓電線路保護中常用的三種通道方式為：高頻通道、光纖復用通道和光纖專用通道。當全網電壓為220kV或高于220kV時，將光纖通道使用在電網的輸電線路保護中，并對此進行分析如下：

（1）在高壓電線路保護中全部采用的都是光纖通道方式，其中采用了十四條無迂回路由的輸電線路。在Ⅲ級通信網中，將單臺光傳輸設備配置給骨干光纖通信網的各個站點，且將子網保護環方式和復用段保護環用于網絡中。

①如圖1中所示，架設在單根地線光纜上的是4條220kV的輸電線路，專用光纖保護通道中斷發生在光纜中斷的時候，兩纖自愈環保護方式在通信傳輸環網運行中使用，可以對路由自動生成進行保護，光纜中斷時需要對保護復用通道進行倒換，此時的時延影響了對通道的安全保護，所以采用雙套保護來預防光纜中斷帶來的影響。

圖1 兩纖自愈環保護方式

②如圖2中所示，架設在單根地線光纜上的是7條220kV的輸電線路，通信接入到主干網上采用的是支線鏈路，復用通道和專用通道被采用給所有的高壓輸電線路，由于光纜是同一根，所以即使使用的是不同的纖芯，當光纜在發生終端的情況下，同一條高壓輸電線路上所具有的全部保護通道也都會被中斷，從而使得輸電線路終止運行。

圖2 支線鏈路保護方式

（2）如圖3中所示，在高壓輸電線路保護中，采用的全部都是光纖復用通道方式，將套光傳輸設備使用在通信傳輸網絡的大部分站點上，采用的運行方式是子網環保護方式。環網內線路相同的保護通道的運行方式采用的是雙向分流方式，這樣在線路光纜中斷時可以避免相同線路保護通道的中斷情況，由于各個站點上的通信傳輸設備只有一套，所以當傳輸設備發生故障的時候會中斷與其相關的所有光纖復用保護通道，即造成線路停止運行。

圖3 雙向分流保護方式

（3）單個變電站之間的出線間隔較多，這樣會導致有六個站點上的單套光通信傳輸設備承載了數量為6條以上的保護光纖復用通道，其中部分高壓電線路保護中沒有其他可用的方式通道，這樣加劇了設備運行的壓力。

如圖4中所示，當單套設備發生故障的時候，會使得與本站點相關的線路和復用通道一起停止運行且中斷；當發生故障的設備需要較長時間來進行恢復的時候，會使得本站點上的多條高壓電線路保護通道在同種方式下運行。

圖4 超承載站點保護方式

4 建議及措施

（1）對骨干通信網進行更新和改進，對早期電力系統網絡中的一些單一功能設備進行更換，有效預防傳輸環路在倒換時對保護通道形成的影響。

（2）核查并合理分配整個電力系統網絡中高壓電線路的光纖保護電路，對相應的資源庫進行建立，相同線路中的不同光纖保護通道運行時不能在相同的光纜中，可以對其進行分配，使得其中一個通道采用直達光纜路由，而另一個通道采用光傳輸迂回路由，這樣可以使得電路路由安全合理運行。

（3）通過建立獨立的雙環網來避免單點設備和單條光纜在發生故障時對電網運行的影響。

（4）將無直達光纜線路或單條光纜線路設置在雙回及多回線路上，增加架設新的光纜類型，按照站點規劃來合理選擇建設光纜類型，以此滿足不同業務需求和不同級別電路需求。

（5）路保護通道使用光纖通道時必須采用獨立的雙路由，否則在線路保護通道中必須采用高頻通道，這樣是為了避免單光纜和通信單點設備發生故障造成的一次線路停止運行。

（6）對核心站點合理增加雙套光傳輸設備，用來在光纖保護通道中對承載進行合理的分配，這樣是為了當單套節點設備在發生故障時，避免對多套線路保護業務造成影響。

5 光纖通道的應用

光纖技術的主要應用是將電信號變為光信號在通道中對信號進行傳遞。光纖傳輸的優點有：頻率高、衰減小、信息傳遞多和抗干擾的能力強等等，所以光信號具有明顯的防電磁干擾的優勢。在高壓電網的地線上設置光纜可以構成光纖通信網，這樣則具備了通信和地線兩種和功能。

光纖直接在線路保護中傳遞信息的通道是專用通道，其中兩端保護裝置采用的是一對一的發送，這種線路具有很高的可靠性，但是限制了距離和利用率。將保護裝置連接到光電轉換器上而實現光信號到電信號的轉變，然后電信號通過電纜傳輸給復用設備，這樣的通道是復用通道，這種通道可以在資源緊張的情況下有效提高光纖的利用率，這是由于在信號傳遞過程中的傳輸距離增加了，但是造成管理困難和大量的維護工作。

6 結束語

快速發展的光通信技術促進了電網系統的發展，不僅需要及時引進先進的站點設備來提高電網的傳輸容量，還應根據我們目前的實際情況，增強光纖保護通道的可靠性和安全性，并對發現的問題及時采取解決措施，為我國電網發展貢獻一份力量。

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