電力光纖在繼電保護中的應用

繼電保護的通道介質(zhì)，具有不怕超高壓與雷電電磁干擾、對電場(chǎng)盡緣、傳輸容量大、頻帶寬、衰耗低和資源豐富等優(yōu)點(diǎn)，隨著(zhù)電力光纖網(wǎng)絡(luò )的逐步完善，光纖保護必將在繼電保護'>繼電保護領(lǐng)域得到更為廣泛的應用�！　�

1光纖的工作原理��
1.1光纖的結構與分類(lèi)光纖為光導纖維的簡(jiǎn)稱(chēng)，由直徑大約0.1mm的細玻璃絲構成。繼電保護所用光纖為通訊光纖，是由纖芯和包層兩部分組成的：纖芯區域完成光信號的傳輸，包層則是將光封閉在纖芯內，并保護纖芯，增加光纖的機械強度，如圖1所示。按光在光纖中的傳輸模式，光纖可分為單模光纖和多模光纖。多模光纖的中心玻璃芯較粗，可傳多種模式的光，但其模間色散較大，限制了傳輸數字信號的頻率，而且隨著(zhù)間隔的增加，其限制效果更加明顯。硬度計| 探傷儀| 電子稱(chēng)| 熱像儀| 頻閃儀| 測高儀| 測距儀| 金屬探測器| 試驗機| 扭力計| 流速儀| 粗糙度儀| 流量計
單模光纖的中心玻璃芯很細，只能傳一種模式的光，因此，其模間色散很小，適用于遠程傳輸，但仍存在著(zhù)材料色散和波導色散，這樣單模光纖對光源的帶寬和穩定性有較高的要求，帶寬要窄，穩定性要好。1.2繼電保護用光纖的特點(diǎn)繼電保護用光纖對衰耗值要求較高，不同波長(cháng)的光信號衰耗值不同，單模光纖的傳輸衰耗值最小，波長(cháng)1.31μm處是光纖的一個(gè)低損耗窗口，所以繼電保護用光纖均使用單模光纖，使用1.3μm的波長(cháng)段。

2電力光纖網(wǎng)絡(luò )和電力光纜

2.1電力光纖網(wǎng)絡(luò )現狀光纖網(wǎng)絡(luò )的傳輸性能、穩定性及其自適應的保護恢復能力，對光纖繼電保護工作的可靠性起到要害作用。目前，在電力網(wǎng)絡(luò )通訊領(lǐng)域中，廣泛使用的是以電時(shí)分復用為基本工作原理的SDH/SONET同步數字體系，它具有強大的保護恢復能力和固定的時(shí)延性能。但由于采用電時(shí)分復用來(lái)進(jìn)步傳輸容量的方法有一定的局限性，使其在電力網(wǎng)絡(luò )這種呈現高速擴容及復雜拓撲結構的網(wǎng)絡(luò )中漸漸難以滿(mǎn)足組網(wǎng)的要求，因此從目前的電復用方式轉向光復用方式，將是電力光纖網(wǎng)絡(luò )的必然發(fā)展方向。光復用方式有光時(shí)分復用、波分復用和頻分復用等方式，其中波分復用技術(shù)已逐漸進(jìn)進(jìn)大規模商用階段。由于采用電時(shí)分復用系統的擴容潛力已盡，而光纖的200mm可用帶寬資源。僅僅利用了不到1，假如同時(shí)在一根光纖上傳送多個(gè)發(fā)送波長(cháng)適當錯開(kāi)的光源信號，則可以大大增加光纖的信息傳輸容量，這就是波分復用的基本思路。采用波分復用系統的主要好處是，充分利用光纖的巨大帶寬資源，使傳輸容量可以迅速擴大幾倍甚至上百倍，在大容量長(cháng)途傳輸時(shí)可以節約大量光纖和再生器，大大降低傳輸本錢(qián)。波分復用技術(shù)在電力光纖網(wǎng)絡(luò )上具有相當大的發(fā)展潛力，可以節省電力光纖網(wǎng)長(cháng)間隔傳輸的本錢(qián)，進(jìn)步電力光纖網(wǎng)絡(luò )傳輸的可靠性。因此，隨著(zhù)波分復用技術(shù)的逐漸成熟和演化，波分復用技術(shù)將在電力保護光纖網(wǎng)絡(luò )上得到廣泛的使用。

2.2電力網(wǎng)絡(luò )用光纜目前電力光纖網(wǎng)絡(luò )使用的光纜主要有三種：普通非金屬光纜、自承式光纜和排擠地線(xiàn)復合光纜�？梢园l(fā)現，排擠地線(xiàn)復合光纜固然造價(jià)較高，但在高電壓等級及同桿雙回和多回線(xiàn)路使用時(shí)，占線(xiàn)路綜合造價(jià)比例較低，并可以兼作繼電保護通道。以1條220kV線(xiàn)路為例，采用光纖保護與采用高頻保護的價(jià)格相當，但高頻保護在線(xiàn)路兩側還需要增設阻波器、耦合電容器和結合濾波器等設備，排擠地線(xiàn)復合光纜則顯得更為經(jīng)濟，而且還具有可靠性高、維護用度低的優(yōu)點(diǎn)。隨著(zhù)光纜綜合價(jià)格的下降，排擠地線(xiàn)復合光纜在電力光纖網(wǎng)絡(luò )中將得到廣泛的應用�！　�

3光纖保護的基本方式及其特點(diǎn)光纖保護目前已在國內部分地區得到較為廣泛的使用，對已投進(jìn)運行的光纖保護，按原理劃分主要有光纖電流差動(dòng)保護和光纖閉鎖式、答應式縱聯(lián)保護兩種。

3.1光纖電流差動(dòng)保護光纖電流差動(dòng)保護是在電流差動(dòng)保護的基礎上演化而來(lái)的，基本保護原理也是基于克�；舴蚧�本電流定律，它能夠理想地使保護實(shí)現單元化，原理簡(jiǎn)單，不受運行方式變化的影響，而且由于兩側的保護裝置沒(méi)有電聯(lián)系，進(jìn)步了運行的可靠性。目前電流差動(dòng)保護在電力系統的主變壓器、線(xiàn)路和母線(xiàn)上大量使用，其靈敏度高、動(dòng)作簡(jiǎn)單可靠快速、能適應電力系統震蕩、非全相運行等優(yōu)點(diǎn)是其他保護形式所無(wú)法相比的。光纖電流差動(dòng)保護在繼續了電流差動(dòng)保護這些優(yōu)點(diǎn)的同時(shí)，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。差動(dòng)保護的優(yōu)點(diǎn)：原理簡(jiǎn)單，基于基爾霍夫定律；具有自然的選相功能，同桿雙回線(xiàn)跨線(xiàn)故障；弱電源，保護自動(dòng)投進(jìn)，自適應系統運行方式；不受振蕩影響，任何故障快速動(dòng)作；不受TV斷線(xiàn)影響，優(yōu)于方向保護；耐受過(guò)渡電阻能力強；不受功率倒向影響；適應于串補線(xiàn)路；適用于短線(xiàn)路。差動(dòng)保護的缺點(diǎn)：對光纖通道的依靠性強，要求通道不中斷、誤碼率要低；不同光纖差動(dòng)保護需要不同的通道；只能和同型號的光纖差動(dòng)構成整套主保護，用旁路斷路器帶線(xiàn)路斷路器時(shí)不易配合；一個(gè)半接線(xiàn)方式，TV飽和，有原理上的缺陷，解決辦法：引進(jìn)兩組TV的電流。時(shí)間同步和誤碼校驗題目是光纖電流差動(dòng)保護面臨的主要技術(shù)題目。同步方式有數值同步、硬件采樣同步、模型同步、GPS同步。在復用通道的光纖保護上，保護與復用裝置時(shí)間同步的題目，對于光纖電流差動(dòng)保護的正確運行起到要害的作用，因此目前光纖差動(dòng)電流保護都采用主從方式，以保證時(shí)鐘的同步，現以差動(dòng)保護為例先容基于主從方式的時(shí)鐘同步，如圖2所示。

3.2光纖閉鎖式、答應式縱聯(lián)保護光纖閉鎖式、答應式縱聯(lián)保護是在目前高頻閉鎖式、答應式縱聯(lián)保護的基礎上演化而來(lái)，以穩定可靠的光纖通道代替高頻通道，從而進(jìn)步保護動(dòng)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職員定時(shí)交換信號，以鑒定通道正�？煽颗c否靈敏了很多，進(jìn)步了閉鎖式保護的動(dòng)作可靠性。此外由于光纖閉鎖式、答應式縱聯(lián)保護在原理上與目前大量運行的高頻保護類(lèi)似，在完成光纖通道的敷設后，只需更換光收發(fā)訊機即可接進(jìn)目前使用的高頻保護上，因此具有改造方便的特點(diǎn)。與光纖電流縱差保護比較，光纖閉鎖式、答應式縱聯(lián)保護不受負荷電流的影響，不受線(xiàn)路分布電容電流的影響，不受兩端TA特性是否一致的影響�！　�

4光纖保護實(shí)際應用中存在的題目　　

4.1施工工藝題目光纖保護是超高壓線(xiàn)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(jīng)過(guò)轉接端子箱、光纜機、電纜層和高壓線(xiàn)路等連接環(huán)節，并且光纖的施工工藝復雜、施工質(zhì)量要求高，因此假如在保護裝置投進(jìn)運行前的施工、測試中存在誤差，則會(huì )導致保護裝置的誤動(dòng)作，進(jìn)而影響全網(wǎng)的安全穩定運行。

4.2通道雙重化題目光纖保護用于220kV及以上電網(wǎng)時(shí)，按照220kV及以上線(xiàn)路主保護雙重化原則的要求，縱聯(lián)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(mǎn)足雙通道的要求，假如使用2套光纖保護作為線(xiàn)路的主保護，通道雙重化的題目則一直限制著(zhù)光纖保護的大規模推廣應用。

4.3光纖保護治理界面的劃分題目隨著(zhù)保護與通訊銜接的日益緊密，繼電保護專(zhuān)業(yè)與通訊專(zhuān)業(yè)治理界面日益難以區分，如不從制度上解決這一題目，將直接影響到光纖保護的可靠運行。對于獨立纖芯的保護，通訊專(zhuān)業(yè)與繼電保護專(zhuān)業(yè)治理的分界點(diǎn)在通訊機房的光纖配線(xiàn)架上。配線(xiàn)架以上包括保護裝置的那段尾纖，屬于繼電保護專(zhuān)業(yè)維護，這就要求繼電保護專(zhuān)業(yè)職員具備一定的光纖校驗維護技能。盡管目前光纖保護在長(cháng)間隔和超高壓輸電線(xiàn)路上的應用還存在一定的局限性，但是從長(cháng)遠看，隨著(zhù)光纖網(wǎng)絡(luò )的逐步完善、光纖保護必將占據線(xiàn)路保護的主導地位。