光纖在繼電保護中的應用

郭占鈞 鄒迎祥/包頭第一熱電廠

光纖在繼電保護中的應用

郭占鈞 鄒迎祥/包頭第一熱電廠

本文對光纖保護的特點及應用提出相應的分析，對于保護的構成、施工工藝及光纖通道的管理提出自己的看法。希望對相關技術人員有所幫助。

光纖；保護；應用

引言

近年來隨著電力系統電網規模的不斷擴大，用電負荷不斷攀升。隨著科技發展，隨之而帶來的一些新光纖作為繼電保護的通道介質具有不怕超高壓與雷電電磁干擾、對電場絕緣、頻帶寬和衰耗低等優點。光纖通道的廣泛應用，保護裝置可通過專用光纖或經通信設備復接，與對側交換數據，形成為由微機實現的數字式輸電線路成套快速保護裝置大量普及，提高了系統穩定運行的能力。隨著電力光纖網絡的逐步完善，光纖保護也將在繼電保護領域中得到更為廣泛的應用。本文的研究重點是光纖保護的現狀與實際應用中存在的問題，同時還對光纖的工作原理和電力光纖網絡的現狀進行普及性介紹。

一、光纖保護的基本方式及其特點

光纖保護目前已在國內部分地區得到較為廣泛的使用，對已投入運行的光纖保護，按原理劃分主要有光纖電流差動保護和光纖縱聯保護兩種。

（一）光纖電流差動保護

光纖電流差動保護是在電流差動保護的基礎上演化而來的，基本保護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實現單元化，原理簡單，不受運行方式變化的影響，而且由于兩側的保護裝置沒有電聯系，提高了運行的可靠性。目前電流差動保護在電力系統的主變壓器、線路和母線上大量使用，其靈敏度高、動作簡單可靠快速、能適應電力系統震蕩、非全相運行等優點是其他保護形式所無法比擬的。光纖電流差動保護在繼承了電流差動保護的這些優點的同時，以其可靠穩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側。時間同步和誤碼校驗問題是光纖電流差動保護面臨的主要技術問題。在復用通道的光纖保護上，保護與復用裝置時間同步的問題對于光纖電流差動保護的正確運行起到關鍵的作用。以同步方式交換兩側信息，參考端采樣間隔固定，并在每一采樣間隔中固定向對側發送一幀信息。同步端隨時調整采樣間隔，如果滿足同步條件，就向對側傳輸三相電流采樣值；否則，啟動同步過程，直到滿足同步條件為止。差動保護裝置發送和接收數據采用各自的時鐘，分別為發送時鐘和接收時鐘。因此目前廠家推出的光纖差動電流保護的光纖均采用64Kbit和2Mbit數字通道，電流差動保護通道中既要傳送電流的幅值，又要傳送時間同步信號，誤碼校驗的精度。

（二）光纖閉鎖式、允許式縱聯保護

光纖閉鎖式、允許式縱聯保護是在目前高頻閉鎖式、允許式縱聯保護的基礎上演化而來，以穩定可靠的光纖通道代替高頻通道從而提高保護動作的可靠性。光纖閉鎖保護的鑒頻信號能很好地對光纖保護通道起到監視作用，這比目前高頻閉鎖保護需要值班人員定時交換信號以鑒定通道正常可靠與否靈敏了許多，提高了閉鎖式保護的動作可靠性。此外由于光纖閉鎖式、允許式縱聯保護在原理上與目前大量運行的高頻保護類似，在完成光纖通道的敷設后只需更換光收發訊機即可接入目前使用的高頻保護上，因此具有改造方便的特點。與光纖電流縱差保護比較，光纖閉鎖式、允許式縱聯保護不受負荷電流的影響，不受線路分布電容電流的影響，不受兩端TA特性是否一致的影響。

二、線路光纖保護的應用情況

20世紀90年代中期，光纖保護就在線路保護中開始投入使用，從早期單純的短距離光纖縱差保護演變到近兩年開始逐漸占主導地位的光纖允許式保護，從運行情況看令人滿意，動作可靠性高，缺陷次數少。在滿足條件的中、長距離線路上，光纖允許式、閉鎖式縱聯保護在高壓電網將得到更為廣泛的應用。

（一）光纖保護實際應用中存在的問題

1.施工工藝問題

光纖保護是超高壓線路的主保護，通道的安全可靠對電力系統的安全、穩定運行起到重要的作用。由于光纜傳輸需要經過轉接端子箱、光纜機、電纜層和高壓線路等連接環節，并且光纖的施工工藝復雜、施工質量要求高，因此如果在保護裝置投入運行前的施工、測試中存在誤差，則會導致保護裝置的誤動作，進而影響全網的安全穩定運行。綜合各地由于施工工藝不良造成光纖保護退出運行的案例，需注意杜絕以下兩類問題的出現：

a)斷點的熔接質量不高，往往使斷點附近的光纖纖芯受到應力的作用，導致光纖的衰耗指標不穩定，影響光纖保護的正常運行。

b)光纖活接頭積灰造成通道衰耗增加，進而引起保護裝置通道告警，造成光纖保護退出運行。

2.通道雙重化問題

光纖保護用于220kV及以上電網時，按照220kV及以上線路主保護雙重化原則的要求，縱聯保護的信號通道也要求雙重化，高頻保護由于是在不同的相別上耦合，因此能滿足雙通道的要求，如果使用2套光纖保護作為線路的主保護，通道雙重化的問題則一直限制著光纖保護的大規模推廣應用。

同一光纜的不同纖芯能否構成通道的雙重化需要根據光纜的型式來確定。對于普通光纜和ADSS光纜，由于其可靠性較差，同一光纜內的光芯不同不能視為通道雙重化，只能通過光纜的雙重化達到通道雙重化的要求。對于OPGW光纜，由于其具有較高的可靠性，在目前光纖網絡未能形成環網的現狀下，同一光纜纖芯不同可視為通道雙重化；當形成了光纖網絡環網后，OPGW光纜也應實現兩條路由的雙重化，能在一條光纜損壞后通過另一個路由正常運行。隨著波分復用技術的逐步應用和光纖容量的大幅增加，光纖保護將來還要實現在同一根光纜里的多重化、在傳輸波長上的多重化，以及在傳輸路由上的多重化，從而最大限度地提高光纖保護運行的可靠性。

3.光纖保護管理界面的劃分問題

隨著保護與通信銜接的日益緊密，繼電保護專業與通信專業管理界面日益難以區分，如不從制度上解決這一問題將直接影響到光纖保護的可靠運行。對于獨立纖芯的保護，通信專業與繼電保護專業管理的分界點在通信機房的光纖配線架上。配線架以上包括保護裝置的那段尾纖，屬于繼電保護專業維護，這就要求繼電保護專業人員具備一定的光纖校驗維護技能；配線架以下，一直到對側變電站通信機房的配線架，均屬通信專業管理維護，通信專業在配線架上工作要開第二種工作票，如果影響到保護用纖芯的可靠性，要通知繼保管理人員，由繼保管理人員決定是否將光纖保護退出運行。對于使用復用通道的保護，通信專業與保護專業管理的分界點在通信機房脈沖編碼調制(PCM)的數字電接口上。接口以上包括數字接口裝置、機房到保護裝置的光纖均屬繼電保護專業管理維護；PCM設備屬通信專業管理維護，在PCM設備上進行工作需要開第二種工作票，如果影響到保護用接口的可靠性，要通知繼保人員決定是否將光纖保護退出運行。

4.光纖保護在旁路代路上的問題

線路光纖保護在旁路代路時不方便操作，由于光纖活接頭不能隨便拔插，每次拔插都需要重新作衰耗測試，而且經常性拔插也容易造成活接頭的損壞，因此不宜使用拔插活接頭的辦法實現光纖通道的切換。在我國部分省、市的電網中并沒有單獨的旁路保護，旁路代路時是切換交流回路，因此不存在通道切換問題，但在有獨立的旁路保護，對于光纖閉鎖式、允許式縱聯保護暫時可以采用切換二次回路的方式，但對于光纖差動電流保護則無法代路，目前都是采取旁路保護單獨增設一套光纖差動保護的方法解決。已有部分廠家在謀求解決光纖保護切換問題的辦法，如使用光開關來實現光纖通道切換。

三、結束語

盡管目前光纖保護在長距離和超高壓輸電線路上的應用還有一定的局限性，在施工和管理應用上仍存在不足，但是從長遠看，隨著光纖網絡的逐步完善、施工工藝和保護產品技術的不斷提高，光纖保護將占據線路保護的主導地位。