光纖通信在電力系統(tǒng)繼電保護中的應用

摘要：本文介紹了光纖通信在電力系統(tǒng)繼電保護中的應用，以及應用的優(yōu)缺點。重點闡述了光纖通道的傳輸方式和存在的風險。

關鍵詞：繼電保護;光纖通信;光纖電流差動保護

1 ?引言

隨著電力系統(tǒng)的迅速發(fā)展，電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定問題也面臨著考驗。電力系統(tǒng)中110 k V及以上的輸電線路，由于電壓等級高，傳輸容量大，一旦出現(xiàn)故障將造成重大影響，會危及到整個系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行，給人民的生命財產(chǎn)造成巨大損失。繼電保護裝置是電力系統(tǒng)密不可分的一部分，是保障電力設備安全和防止、限制電力系統(tǒng)大面積停電的最基本、最重要、最有效的技術手段。繼電保護裝置的保護信號的物理傳輸通道可以有多種選擇，包括電力線載波、微波、光纖等。其中光纖通道由于具有不怕超高壓與雷電電磁干擾的影響、可靠性高、傳輸容量大和衰耗低等優(yōu)點，是當今繼電保護信號傳輸?shù)氖走x方式。

2 ?光纖通信系統(tǒng)

2.1 ?光纖通信系統(tǒng)的基本組成

所謂光纖通信，就是利用光纖來傳輸攜帶信息的光波，以達到通信的目的。如下圖2-1所示：

光纖通信系統(tǒng)中點端機的作用是對來自信息源的信號進行處理，也就是AD/DA轉(zhuǎn)換;發(fā)送端光端機的作用是將光源通過特殊的調(diào)制方式調(diào)制成合適的光信號，輸入光纖傳輸?shù)浇邮芊?接收端光端機通過內(nèi)部的光檢測器將接受到的光信號還原成電信號，再經(jīng)過電子電路放大、整形等過程還原成原始的電信號，傳輸?shù)浇邮斩薣1]。

2.2 ?光纖通信的特點

較以往繼電保護中應用的電纜及其他電通信方式相比，光纖通信的優(yōu)點是非常明顯的，特別是對于在我國目前普遍使用的光纖差動保護，由于光纖通信有極強的抗電磁干擾的能力、有較高的頻帶帶寬、傳說過程中損耗較小和傳輸量大等特點，正是這些優(yōu)點決定了光纖廣泛的應用前景。光纖不僅擁有以上所述優(yōu)點以外，由于光纖是石英玻璃拉制成形，原材料豐富，并可以節(jié)約大量的有色金屬。光纖一般由涂敷層、纖芯、套塑和包層這四個結(jié)構(gòu)組成，光纖連接在電力系統(tǒng)的繼電保護中一般選擇熔纖的辦法進行連接，或使用活動的連接器進行活動連接，使用方便。因此光纖通信在繼電保護中得到了廣泛應用[2]。

3 ?光纖在繼電保護中的應用

3.1 ?光纖通道作為縱差動保護通道

目前，縱差動保護采用光纖通道的方式，得到了越來越廣泛的應用。縱差動保護是按比較被保護線路首端和末端電流的大小和相位的原理來構(gòu)成的。縱差動保護要求能瞬時切除被保護線路全線范圍內(nèi)的故障，因此在書店線路上具體應用時，首先必須敷設與被保護線路等長的二次輔助導線，且為了監(jiān)視輔助導線是否完好，還必須裝設專用的監(jiān)視裝置。同時，由于縱差動保護不反應外部故障，故不能作為下一線路的遠后備保護，還需要裝設專用的后備保護。因此，縱差動保護在輸電線路上的應用受到了限制，只有在短距離而且重要的線路上，才考慮采用縱差保護。研究光纖通信在繼電保護中的應用，國內(nèi)外的研究方向首先是針對短線縱差保護[3]。

3.2 ?站內(nèi)繼電保護信號通道

變電站或控制室內(nèi)的繼電保護信號傳輸一般都采用的電力電纜，由于一個站內(nèi)的保護裝置和需要采集的數(shù)據(jù)量相當?shù)拇螅绱司托枰芏喔娏﹄娎|。如計算機多機綜合保護中，微機之間，以及微機與測量、自動、遠動、終端設備之間的數(shù)據(jù)傳輸線。如此復雜的工程，電纜布線和走線也成了一個難題，并且要布放如此多根電纜，電纜溝的設計也是一項不小的開支。將光纖應用于這些繼電保護通道中，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確[4]。

4 ?光纖通道的傳輸方式

4.1 ?復用光纖通道

目前普遍采用的是復用電力通信系統(tǒng)中的SDH光端機來保證保護信號的通信距離。對于短線電流縱差保護中的光纖通道，應該研究和應用信號各路傳輸?shù)膹陀眉夹g，傳輸各相電流及其他保護信號，做到分相傳輸、分相比較、分相跳閘，使繼電保護性能得到提高。在光纖復用縱聯(lián)電流差動保護傳輸通道的選擇上，不同廠家的繼電保護裝置對傳輸通道提供的通信接口也有不同的形式，大致可以分為46 k b /s、E l和光纖接口3種。

4.2 ?專用光纖通道

光纖與縱聯(lián)保護（如：WXB-11C、LFP-901A）配合構(gòu)成專用光纖縱聯(lián)保護。專用光纖通道又稱為點對點通道，通道提供給繼電保護的使用的是專用纖芯本質(zhì)上相當于兩變電站之間的保護設備由兩根專用的光纖連接在一起，一根發(fā)送，一根接收，數(shù)據(jù)流全是繼電保護報文。由于保護設備普遍采用半導體光源，其發(fā)光功率一般只有-5dbm，通信不能實現(xiàn)長距離，若要長距離通信，需加裝光放大器或轉(zhuǎn)接到通信大功率光端機。點對點通道的實際連接是從保護的光板出來的兩個尾纖通過尾纖接線盒與鎧裝光纜連接，鎧裝光纜穿越保護室到開關場，通過接線盒再與OPGW連接[5]。

5 ?光纖保護通道的風險性

5.1 ?光纖傳輸時延

就單個的專用光纖通道來說，相對于電力電纜中的電信號其傳輸速度不存在延時的問題，但是目前所用的通道大多是采用復用的方式，光纖保護通道都是通過復用方式，將繼電保護信號復用到整個光纖通道上，所以在采用光纖通道作為繼電保護通道時，必須考慮時延問題。如果電路傳輸時延超過一定限度，將造成保護裝置誤動，嚴重影響電路安全。保護專業(yè)對保護信號的傳輸時延有嚴格的要求。光信號是電磁波，傳輸速度主要取決于媒質(zhì)的折射率。

如光信號經(jīng)過光纖傳輸?shù)臅r延為T=L·N/C，式中 C為空中的光速（3×10 km/s）;L為傳輸距離（km）;N為光芯區(qū)折射率（典型值為1. 48）。由此可計算出光信號在光纖中每km的傳輸時延大致為4. 9μs，再考慮整個系統(tǒng)中再生器和復用器引入的少量時延，整個光纜系統(tǒng)所產(chǎn)生的時延可以按5μs/km考慮。

5.2 ?光纖傳輸損耗

光纜傳輸損耗值的大小直接影響到光傳輸系統(tǒng)的整體傳輸質(zhì)量和保護裝置的正確動作。影響光纖損耗特性的主要原因有以下幾個方面：溫度變化對損耗的影響;成纜過程中以及光纜敷設時，側(cè)壓力對損耗的影響;光纜敷設后光纜接續(xù)、光纖余長盤放彎曲對損耗的影響。傳輸損耗是影響光纖保護裝置能否正常工作的主要指標之一。損耗是正常的，如果信號衰減太多，則會影響到通信質(zhì)量。

6 ?總結(jié)

本文介紹了光纖通信在繼電保護工程應用中的可行性以及光纖通信應用于繼電保護中所面臨的一些問題。目前，光纖在電網(wǎng)的繼電保護中的應用雖然還比較少，優(yōu)勢體現(xiàn)不夠明顯，但是繼電保護應用光纖是一項非常有優(yōu)勢的研究成果。從長遠來看，隨著光纖網(wǎng)絡的逐步完善、施工工藝和保護產(chǎn)品技術的不斷提高，光纖通信將占有繼電保護通道的主導地位，從而更好地促進繼電保護向計算機化，網(wǎng)絡化，保護、控制、測量、數(shù)據(jù)通信一體化和人工智能化的方向發(fā)展。

參 ?考 ?文 ?獻

[1] DL/T5062-1996微波電路傳輸繼電保護信息設計技術規(guī)定[S].

[2]關敬歡.電力系統(tǒng)繼電保護現(xiàn)狀與發(fā)展探討[J].現(xiàn)代商貿(mào)工業(yè)，2009（18）.

[3] 周濱，繼電保護光纖通道的構(gòu)成與維護[J].科技信息，2010（31）：362.

[4] 房芳，光纖通信在繼電保護中的應用[J].寧夏電力，2006（1）：32.

[5]范志頌，繼電保護光纖通道的分析與保護探討[J].廣東電網(wǎng)公司清遠供電局，2010：243.

作者簡介：

姜興國（1985年6月10日），男，甘肅張掖，碩士研究生，信號與信息處理