電網220kV線路保護中光纖縱差保護通道切換探討

張志林

摘要：各個地方供電局都將開發光纖通訊的主干網標榜為電力通訊的發展方向，為繼電保護裝置的數字化傳輸提供了強有力的基礎條件。文章論述了光纖通道備用及切換的必要性、光纖電流差動保護的優越性、光纖備用的常用方法以及常見的備用光纖通道的切換方法，給出了220kV線路保護中光纖縱差保護通道的手動切換和自動切換的方案。

關鍵詞：電網建設；220kV線路；光纖縱差保護；通道切換；電力通訊 文獻標識碼：A

中圖分類號：TM773 文章編號：1009-2374（2016）29-0114-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.29.051

光纖傳輸通道的穩定性直接決定了光纖縱聯差動動保護動作的正確性，是其正確運作的基本條件，若光纖傳輸通道斷線，那么差動保護也無法正常運行，所以為了保證光纖縱聯差動保護裝置能夠在線路中做出正確的動作，在光纖傳輸通道處于斷線狀態之后，保護裝置就會自動將光纖縱聯差動保護退出。此外，還需要將光纖傳輸通道有損壞的可能性納入考慮范疇，因此就必須為其配置備用光纖通道，并配備切換功能，保證主保護的縱差保護一直處于正常工作狀態。

1 光纖電流差動保護的優越性

光纖電流縱差保護功能是珠海電網現代保護開發相當快的220kV及以上線路保護之一，其通過光纖介質傳送線路的信號，根據基爾霍夫電流定律，可以快速、可靠、簡單地區別出區外、區內故障。光纖電流差動保護是以電流差動保護為基礎不斷發展進化而成的一種新型電流保護方式，能夠實現理想的單元化保護，功能實現原理簡單易懂、操作簡便，不需要將線路的運行方式考慮在內，可以用于短輸電線路和城網的線路保護。再加上這種保護方式兩側的保護裝置之間并沒有直接的聯系，使得保護裝置的運行的可靠性得到了較大幅度的提升。光纖電流差動保護除了繼承電流差動保護靈敏度高、動作簡單快速可靠且非全相運行以及能夠適應電力系統震蕩等優點之外，還憑借其自身能更加精準地傳送電流的特性，使其在實際工程中的使用頻率和使用效果得到了提升。

2 備用光纖通道的常用方法

一般而言，為了保證線路上的光線差動保護能夠產生正確的動作，220kV及以上線路都應設置為雙重化的光纖通道，在架設光纜時需要在光纖通道中敷設兩根光纜，而且這兩根光纜必須放置在兩根不同的管道之中。除了保證主要通道所用的纖芯外，還要考慮到備用通道所需要的纖芯數。備用通道的纖芯數應當以1∶1的比例，也就是說一根工作纖芯至少需要準備一根備用纖芯。當一條220kV的高壓輸電線路中使用的兩套主保護都是通過專用的光纖通道來傳輸數據時，保護裝置以及光纖接口裝置的收訊和發訊都需要各自占用一根纖芯，也就是說兩套保護裝置一共需要4根工作纖芯，同時需要準備至少4根的備用纖芯，簡而言之，最少需要使用8芯的光纜。

3 備用光纖通道的切換方法

因為光纖通道決定220kV及以上線路光纖差動保護是否正確動作，光纖通道非常重要，應設置通道的雙重化，一般架設光纜時，要求敷設兩根且兩根光纜不可放到同一管道里。對于安全性高的OPWG光纜，能夠配備一根光纜。因為經濟性因素，架設光纜中多設備用纖芯是通道有余的方法，220kV及以上線路保護敷設專用光纖通道時，除確保主要通道使用的纖芯，也要顧及備用通道使用的芯數。備用光纖通道的切換方法按照切換方式共分為兩種：一種是自動切換；另一種是手動切換。手動切換的操作較為簡單，不需要添加其他的輔助設備，但是必須依靠人工進行切換，而且切換所需要的時間也比較長，通常用在一般的輸電線路保護之上。自動切換則需要依靠專用的通道切換設備或者是具有通道切換功能的通道接口作為功能支撐，切換過程所需的時間較短，適用于比較重要的聯絡線和超高壓輸電線路的保護。

3.1 自動通道切換

自動通道切換無需人工進行切換，切換效率較手動切換高，而且具有較強的時效性。在保護裝置監測主通道通訊過程中，一旦發現異常工作狀況，自動通道切換就會立即迅速自動將主通道切換到備用通道上，以此來保證線路的正常通訊。實現光纖傳輸通道的自動切換的必備條件是光端機和切換模塊，實現的具體手段有三種，具體論述如下：

3.1.1 軟件切換。軟件切換需要通過切換軟件程序而不是切換電路來實現通道切換。在使用軟件切換來切換通道時，保護裝置必須具備兩個相同的通訊接口，也就是說，必須要具有兩個光端機和兩套碼型變換等電路才行。這兩套通訊接口裝置一同運行，傳送信號給通訊模塊。若通訊模塊檢測到異常情況時，可以調用自動切換程序使用二路數據信號，這兩個通道在傳遞數據信息的同時，通道內的數據信息也作為對方的備用數據，并保存在不同的緩沖區中，就算其中一個通道的數據傳輸失敗，通訊模塊也能夠順利將相應的數據信息數據傳送到位。

3.1.2 光路切換。在實際運用中最為常用的光路切換器件為光開關，具有大于等于一個的可供選擇的傳輸端口，而且能夠實現對光傳輸線路和集成光路中的光信號進行互相之間的轉換和邏輯操縱。光信號通路的通斷、轉換和切換都能夠直接被光開關控制，這一特性為主用光通道和備用光通道之間的自動切換提供了一種折中的方式。在光開關中，又可以分為機械式開關和電子式開關兩種，其中電子式沒有機械慣性，響應的速度較快，但使用消耗和損傷較大而且價格較為昂貴。與機械式光開關相比而言，機械式光開關的主耗損較低、價格較為低廉，而且串擾很小，用起來也很便捷，所以當前實際運用中使用頻率和數量較多的為機械式光開關。光開關實現光纖電流差動保護通訊通道的自動切換，最大優點是信號可在光上直接轉化應用，光開關大大簡化了系統的結構，簡單可靠，實現主備用通道的自動切換只需要外加一個光開關模塊即可，在現有的光纖電流差動保護裝置基礎上不做任何改動。

3.1.3 電路切換。電路切換的工作流程為：在主用通道正常運轉的過程中，工作光纖通道主要負責傳送數據信息，若通訊模塊檢測到數據通訊出現異常情況時，便會立即發出切換信號，同時控制切換電路，使其切換到備用光纖通道，再進一步向遠處的接收方發送命令，使對側的切換電路也與發送方一同切換到備用光纖通道。在使用電路切換的過程中，需要注意的是，若備用通道為復用通道，則通訊接口會受到通訊模塊的控制切換。

3.2 手動切換

一般來說，手動切換都是直接靠人工手動切換主用光纖和備用光纖與保護裝置之間的連接。在實際的線路施工過程中，大多數情況都是將熔纖后的主用通道的尾纖與備用通道的尾纖捆放在一起，而在需要某個通道時，再通過人工手動將對應通道的尾纖連接到保護裝置中。由于需要人工手動區分對應的尾纖將其連接到保護裝置，所以工作效率較低，而且難度也有所上升。但是這樣一來，不僅尾纖變得容易折斷，通道區分起來十分麻煩，而且操作起來也很不便利。為此我們對光纜終端箱的設計進行了一些改進，提出了三種旁代時光纖通道切換方法：（1）插拔尾纖法：把連接在通道的尾纖從運行設備上取下，連接到旁代保護上；（2）開關切換法：在需要旁代時，人工按下切換按鍵，即可直接將需要旁代的線路通道切換到旁代保護上；（3）光纖接線盒法：設計一種專用的光纖接線盒，在光纜經過光纖接線盒之后，將尾纖與保護裝置相連，再通過旁路光纖切換與旁代保護相連便可。以上工作開關和旁代開關的切換實際上是保護裝置光端機的切換。

4 結語

隨著光纖縱差保護的深入發展，光纖縱差保護必將逐漸成為輸電線路的一大主保護。而在管線縱差保護通道的切換過程中，需要根據實際情況（如電網線路的電壓）來選擇最適合的切換方法，以達到可靠、高效、經濟、迅速的光纖縱差保護通道切換，確保縱差保護通道的可靠運行，提升線路保護的可靠性，為廣大用戶提供可靠、高效而又經濟的供電線路。

參考文獻

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（責任編輯：小 燕）