電力系統(tǒng)保護(hù)中的光纖技術(shù)運(yùn)用

周曄　馬溢坤　劉洋　樸航　云鵬飛

【摘要】本文介紹了光纖通道的結(jié)構(gòu)和特點(diǎn)，闡述了光纖在繼電保護(hù)高壓測量中的應(yīng)用，提出了光纖通道在繼電保護(hù)系統(tǒng)中可以實(shí)現(xiàn)復(fù)用的廣闊前景。

【關(guān)鍵詞】繼電保護(hù)? 光纖? 高壓測量? 復(fù)用

一、光纖通道

（一）光纖通道的結(jié)構(gòu)

光纖通道現(xiàn)在已在繼電保護(hù)中應(yīng)用。由光纖通道構(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。

光發(fā)送器：光發(fā)送器的作用是將電信號轉(zhuǎn)變?yōu)楣庑盘栞敵觯话阌缮榛壔蛏殒変X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)百萬小時(shí)，它是一種簡單而又很可靠的電光轉(zhuǎn)換元件。

光接收器：光接收器的作用是將接收的光信號轉(zhuǎn)換為電信號輸出，通常采用光電二極管構(gòu)成。

光纖：光纖用來傳遞光信號，光在光纖中傳播。它是一種很細(xì)的空心石英絲或玻璃絲，直徑僅為100-200um。光在光纖中傳播。 纖通道容量大，可以節(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)成無電磁感應(yīng)和很可靠的通道。但不足的是，通信距離不夠長，用于長距離時(shí)，需要用中繼器及其附加設(shè)備。

隨著電力系統(tǒng)保護(hù)、控制、遠(yuǎn)動技術(shù)的發(fā)展，需要愈來愈大的通信容量。微波通道的通信容量一般只有960路，而用光纜構(gòu)成的光纖通道當(dāng)用0.85um短波長時(shí)通信容量可達(dá)1920路，當(dāng)用1.55um長波長時(shí)通信容量可達(dá)7680路。

（二）光纖的特點(diǎn)

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。這對于電力系統(tǒng)特別重要。

光纖保護(hù)包括光纖電流差動保護(hù)、光纖距離保護(hù)、光纖方向保護(hù)、光纖命令傳輸?shù)妊b置，它們對傳輸通道的要求是不同的。光纖距離保護(hù)、光纖方向保護(hù)和光纖命令傳輸裝置由于傳輸?shù)氖沁壿嬅钚盘枺瑢鬏斖ǖ赖膶ΨQ性沒有要求。可以工作在任何傳輸通道，也完全可以工作在任何形式的光纖自愈環(huán)網(wǎng)中。

光纖電流差動保護(hù)傳輸?shù)氖请娏鞯乃矔r(shí)值以及電流相量的實(shí)部和虛部，在求動作電流和制動電流時(shí)應(yīng)該是同一時(shí)間的兩端電流的相量和和相量差，因此要求兩端同步采樣。

總之，當(dāng)光纖電流差動保護(hù)裝置經(jīng)自愈環(huán)或其他通道切換裝置傳輸時(shí)，必須保證保護(hù)裝置的收、發(fā)路由在切換前、后都要保持一致;且切換時(shí)收、發(fā)路由必需同時(shí)切換，切換時(shí)間應(yīng)<50ms，切換時(shí)保護(hù)裝置可能會發(fā)通道告警信號。

二、光纖應(yīng)用于繼電保護(hù)的高壓測量

任何一套繼電保護(hù)裝置都要用TA、TV測量輸電線路上的電流、電壓。應(yīng)用光纖測量的一種簡單方法是用光纖將TA、TV與保護(hù)裝置聯(lián)接起來，這種測試方法能夠避免強(qiáng)電磁干擾對測量信號的影響，提高測量精度和設(shè)備的安全性。另一種方法時(shí)應(yīng)用光纖變流器取代電磁式的TA、TV。這種測量無飽和現(xiàn)象，可以準(zhǔn)確地反映故障情況下的電流、電壓量。應(yīng)用于計(jì)算機(jī)保護(hù)更為有利，可以把經(jīng)光纖變流器測量后的數(shù)字量直接輸入計(jì)算機(jī)保護(hù)，而不用進(jìn)行A/D和D/A變換，將會大大提高動作時(shí)間和計(jì)算精度。

三、光纖作為繼電保護(hù)的信號通道

利用光纖作為傳輸媒質(zhì)，實(shí)現(xiàn)光的遠(yuǎn)距離傳送。在長距離的光纖通信系統(tǒng)中，每隔一段距離需增設(shè)一個(gè)中繼器。這就是傳統(tǒng)的光-電-光中繼器。

光纖作為繼電保護(hù)的信號通道，目前在以下幾個(gè)方面已得到應(yīng)用：

（1）電流縱差保護(hù)中的導(dǎo)引線

（2）繼電保護(hù)裝置的聯(lián)絡(luò)線。例如高頻保護(hù)中，繼電保護(hù)載波機(jī)與控制室：微波保護(hù)中，保護(hù)裝置與發(fā)射塔之間幾十至幾百米距離的聯(lián)絡(luò)線。

（3）變電站或控制室內(nèi)的繼電保護(hù)信號傳輸線。例如計(jì)算機(jī)多機(jī)綜合保護(hù)中，微機(jī)之間，以及微機(jī)與測量、自動、遠(yuǎn)動、終端設(shè)備之間的數(shù)據(jù)傳輸線。

將光纖應(yīng)用于這些繼電保護(hù)通道中，不僅有效地提高通道的抗干擾能力，并能夠使信號傳輸更加準(zhǔn)確。特別是應(yīng)用于短線電流縱差保護(hù)，對由于感應(yīng)電壓或故障電流大而引起的過電壓造成對通道和設(shè)備的危害是一個(gè)最有效的解決方法。因此，研究光纖通信在繼電保護(hù)中的應(yīng)用，國內(nèi)外的研究方向首先是針對短線縱差保護(hù)。另外，在短線上應(yīng)用光纖縱差保護(hù)避免了距離保護(hù)由于距離短存在的超范圍誤動和弧光電阻造成的拒動問題。

四、光纖通信系統(tǒng)的復(fù)用在繼電保護(hù)中的應(yīng)用

對于短線電流縱差保護(hù)中的光纖通道，應(yīng)該研究和應(yīng)用信號各路傳輸?shù)膹?fù)用技術(shù)，傳輸各相電流及其他保護(hù)信號，做到分相傳輸、分相比較、分相眺閘，使繼電保護(hù)性能得到提高。

隨著光纖在電力通信中的推廣運(yùn)用，使繼電保護(hù)應(yīng)用光纖以數(shù)字或模擬形式傳輸多路電流、電壓信號，并在較長輸電線路上采用分相電流縱差保護(hù)成為可能，而電流差動保護(hù)原理的優(yōu)越性能更非其他原理所能比擬。

五、總結(jié)

光纖通信有兩大優(yōu)點(diǎn)：一是抗干擾性能強(qiáng)：二是傳輸容量大。將第一個(gè)優(yōu)點(diǎn)應(yīng)用于繼電保護(hù)，可以提高裝置的安全、可靠性;發(fā)揮它的第二個(gè)優(yōu)點(diǎn)，對發(fā)展新的保護(hù)方式，新的保護(hù)原理將起到促進(jìn)作用。

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