繼電保護光纖通信應用技術綜述

姜赫原，初銘昭

(中國石油大學(華東)，山東 青島 266580)

0 引 言

220 kV及以上的輸電線路是我國的主要電力傳輸通道，具有傳輸容量大、電壓等級高等特點，一旦發生安全事故，將極大地影響電力系統的安全運行。因此，通常利用繼電保護裝置切除故障。目前，用電需求逐年上升，對線路安全提出了更高要求。光纖通信技術應用于繼電保護，有效了提高穩定性，已引起人們的廣泛關注。因此，探討繼電保護光纖通信應用技術具有重要的現實意義。

1 繼電保護光纖通信技術的應用優勢

1.1 抗干擾能力強

普通的載波通道受人為因素、環境因素影響會出現電磁干擾。人為因素主要是由于操作不當引起的；環境主要與天氣情況有關，如果遇到異常惡劣的天氣，電氣設備甚至無法正常工作[1]。光纖的材質是絕緣性能較好的石英或玻璃絲，可有效避免外界電磁的干擾，保證電力系統的正常運行。

1.2 信息傳輸量大

為了滿足人們日益增長的用電需求，需要利用光纖通道代替傳統的微波通道。傳統微波通道容量一般只有960路，而光纖通道可以將通道容量擴大到1 920路，特定波長段時甚至可以擴大至7 680路。此外，電力系統中，光纖通信技術使用的載波頻率大約為普通載波頻率的100倍。因此，應用于繼電保護的光纖通信技術具有信息傳輸量大的特點[2]。

1.3 傳輸質量高

傳輸質量高是光纖通信技術最主要的應用優勢之一。傳輸質量高主要體現在光纖具有較強的自愈力。當光纖通信網絡出現問題時，在沒有人工干預的條件下，可短時間內自動修復局部故障，進而保障用戶的用電需求。目前，SDH同步數字體系應用于電力網絡的通信領域，有效融合了協議和技術，進而緊密結合復接、線路傳輸以及交換功能，并且利用統一的網關系統向網絡中傳送信息數據。這種強大的自我保護與恢復功能有效提高傳輸質量[3]。

2 光纖通信技術在繼電保護中的具體應用

2.1 光纖電流差動保護

光纖電流差動保護以克希霍夫的基本電流定律為原理，以基本電流定律原理為基礎，確保光纖差動保護運行的可靠性。目前，與光纖電流差動保護有關的線路、母線、變壓器等，廣泛應用于電力系統。光纖電流差動保護具有靈敏性高、可靠性強、耐受過度電阻等優點。此外，光纖電流差動保護在竄補線路與短線路中具有較強優勢，但也具有一定的缺點，主要體現在對光纖通道具有較強依賴性。光纖通道必須保持連續性，不可以中途停止，并且不同的光纖需要利用不同的通道給予保障[4]。在光纖電流差動保護中引入兩組TV電流，可以有效解決這些弊端。采用主-主和2 Mb的數字接口，可以解決時間同步、誤碼校驗等問題。

2.2 光纖閉鎖式、允許式的聯動保護

光纖閉鎖式、允許式的聯動保護以高頻閉鎖式、允許式縱聯保護為基礎，具有改造方便、靈敏性強、穩定性高等優點。光纖閉鎖式、允許式的聯動保護與光纖電流縱差保護大不相同。它不會受到兩端TA特性、負荷電流、線路分布電容電流的影響。光纖通道的敷設結束后，調換光收發訊機，進而將光纖閉鎖式、允許式的聯動保護接入高頻保護中[5]。

3 光纖通信技術在繼電保護中的應用問題

3.1 施工工藝問題

高壓線路中應用光纖通信技術，其通道的安全性能將影響電力系統的整體安全性和穩定性。光纖通信的連接工作具有許多復雜環節，因此要求施工工藝技術高。施工中經常出現保護裝置調試不當、選型設計不合理等問題，影響繼電保護的應用效果，進而影響電力系統的穩定性與安全性。

3.2 光纖保護管理界面劃分問題

目前，我國光纖通信技術與繼電保護之間的聯系日益緊密，難以明確劃分光纖通信的專業管理界面與繼電保護的專業管理界面，增加了繼電保護施工人員的工作壓力。繼電保護施工人員不能只從制度角度劃分光纖保護界面管理，需要具有較高的專業素養，綜合分析多種因素[6]。通常，我國可以在光纖配線架上設置繼電保護專業與通信專業的界面分界線。繼電保護的運維人員需要定期維修配線架上的尾纖，同時相關部門應注意提高繼電保護處理人員的光纖校驗技術和有機光纖維護技能。企業可以通過定期培訓的方式提高相關人員的專業技能。

3.3 其他方面的問題

互聯網時代背景下，光纖通道的自愈路徑與可變路徑逐漸增多。雖然提高了光纖通信技術的可靠性，但是在應用方面，繼電保護光纖通道安全自動裝置逐漸出現一系列問題。比如，單纖通道一旦發生中斷，通道雙向路由就會不一致，進而造成通道收到的信息與發出的信息不一致，降低繼電保護裝置的靈敏性，區外故障引發誤動等問題。

4 光纖通道與繼電保護的配合方式

4.1 專用光纖通道

專用光纖通道由光纖與縱聯保護組成，保護通道由兩根纖芯構成，專用光纖通道要注意傳輸繼電保護信息。專用光纖通道構成方式的保護裝置中間沒有任何設備的復接，直接與光纖進行連接。專用光纖通道的配合方式中間沒有繁瑣的傳輸環節與系統構成，但是無法充分利用纖芯。生活中常用的單獨專用光芯為FOX-40，降低了與其他環節的聯系，提高了傳輸使用的可靠性，但維護時的環節較為繁瑣，經常出現接頭破損問題。與復用光纖通道方式相比，纖芯的利用效率較低[7]。采用專用光纖通道配合方式，在光纖衰耗與光發收功率的影響下，應盡量縮短連接站點的距離。如果光纖出現中斷現象，就會中斷全部保護信號，沒有其他傳輸路由代替。因此，專用通道光纖都會應用于不大于100 km的線路。

4.2 復用光纖通道

同步數字體系光纖通信網絡保護傳輸過程中的信號，是復用光纖通道的主要通信方式，有效彌補了專用光纖通道的弊端，進一步提高了纖芯的利用率。復用通道方式可以實現遠距離傳輸，且內部具有較多迂回路由。復用光纖通道的繼電保護提倡使用同向64 kb/s速率編碼數據鏈連接技術。這種技術創建的通道方式有兩種，即2 Mb通道方式和利用PCM終端完成轉接。復用光纖具有接口簡單、后期維護工作量小等優點，但涉及的環節較多，日常巡查工作需要嚴格執行。復用方式保護甬道最復雜的部分是SDH光纖通信網。SDH光纖通信中的基本結構為網環，具有同步傳輸、自愈功能。通道一旦出現故障，SDH的通信系統會在迂回甬道與主通道之間自動切換。復用光纖通道中，切換準備通道主要利用操作壓板方式和繼電保護裝置完成[8]。

5 光纖通道故障點分析及初步定位

繼電保護光纖通信應用技術中采用專用光纖通道不易出現問題。專用光纖通道內部所含裝置較少，只有保護裝置與線路光纖。工程進行設計時，提倡采用線路光纖分開熔接方式，從變電站中門型構架與通信用光纖分開熔接。用光纖可以不通過通信室直接進入到繼保小室，有效避免發生通道故障。復用光纖通道傳輸過程中具有許多復雜環節，增加了問題出現的概率。其中，保護裝置和保護裝置的接口問題是通道報警故障發生的主要原因。

繼電保護光纖通信技術的保護裝置建立在自愈能力較強的SDH光通信網絡、準備雙通道的基礎上。目前，我國繼電保護光纖通信技術中通常具有通道誤碼與終端的功能，可有效防止裝置出現誤動。研究發現，繼電保護中應用光纖通信技術，可以及時發現光纖通道設備出現的問題，且檢修光纖通道設備只會造成通道的中斷，不會引起繼電保護裝置的誤動。

6 結 論

綜上所述，繼電保護光纖通信應用技術決定了電力系統是否能夠正常運行。此外，光纖通信應用技術具有抗干擾能力強、信息傳輸量大、傳輸質量高等優勢應引起相關部門的重視。具體實施中，首先分析光纖通信應用中存在的施工工藝、光纖保護管理界面劃分等問題。其次，探討專用光纖通道、復用光纖通道的配合方式。最后，研究光纖通道故障點及初步定位，進而為我國電力系統的安全運行提供借鑒。