繼電保護中電力光纖技術(shù)應(yīng)用及工作原理解析

摘 要：基于繼電保護中電力光纖技術(shù)的應(yīng)用問題，文章通過對電力光纖技術(shù)應(yīng)用要求、光纜的電網(wǎng)保護以及解決傳輸通道雙重化的問題進行了闡述。并結(jié)合實際情況，分析了有光時分復(fù)用電力光線技術(shù)的工作原理。

關(guān)鍵詞：繼電保護；電力光線技術(shù)；電網(wǎng)通信；有光時分復(fù)用

電力系統(tǒng)運行安全是保障社會經(jīng)濟建設(shè)穩(wěn)定的重要工作內(nèi)容，隨著電網(wǎng)建設(shè)規(guī)模的不斷擴大，采用原有的數(shù)據(jù)信息傳遞方式很難滿足信息高效傳遞以及高信息容量的需求。針對這一問題，相關(guān)研究人員應(yīng)從明確電力光纖技術(shù)應(yīng)用要求、光纜的電網(wǎng)繼電保護以及解決傳輸通道雙重化問題入手進行分析研究，其目的是為相關(guān)建設(shè)者提供一些理論依據(jù)。

1 繼電保護中電力光纖技術(shù)概述

電力光纖技術(shù)是指，應(yīng)用于電網(wǎng)通信和調(diào)度過程的技術(shù)，它能夠為信息通道提供相應(yīng)的保護。而繼電保護中應(yīng)用的電力光纖技術(shù)是通信光纖，它是由包層和纖芯兩部分內(nèi)容組成。包層是將光控制在纖芯內(nèi)，并通過保護纖芯來增加光纖的機械強度；纖芯則是用來傳輸光信號的介質(zhì)。電力光纖在繼電保護過程中能夠起到通道傳輸介質(zhì)的作用，它的應(yīng)用使得電力系統(tǒng)的運行具有耐高壓和抗雷電電磁干擾的特點。對于繼電保護電場的絕緣效果來說，電力光纖技術(shù)的應(yīng)用帶來了頻帶比較寬、傳輸容量比相對較大以及衰耗比較低的特點?；谏鲜鰞?yōu)點，電力光線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的建設(shè)力度不斷加大，光纖技術(shù)也會在繼電保護中完善其保護措施。

2 繼電保護中電力光纖技術(shù)的應(yīng)用

2.1 電力光纖技術(shù)應(yīng)用要求

電網(wǎng)繼電保護的安全運行是依靠繼電保護的應(yīng)用動作和應(yīng)用時間來保證的。因而，必須要對電網(wǎng)通信通道的延時傳輸進行嚴格。相關(guān)研究結(jié)果表明，基于SDH光纖通信系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)在480km的距離范圍內(nèi)滿足電網(wǎng)繼電保護的傳輸延時需求[1]。當電網(wǎng)實際的傳輸需求大于480km時，電力光纖技術(shù)通過增大中繼的距離或者提高輸出光功率的方法來滿足光信息傳輸?shù)难訒r要求。目前，隨著電力光纖技術(shù)的快速發(fā)展，光信號的接收機、光源以及光纖的使用性能都得到了不同程度的提升。具體來說，光信號接收機的接收機的靈敏度更高、光源的輸出功率更大以及光纖的無中繼傳輸距離更長，部分光纖的無中繼傳輸距離甚至可以達到上百公里。這一要求的滿足是電力光纖技術(shù)改善了光信號的放大器以及色散補償器的原因。在具體計算時，各個數(shù)據(jù)參數(shù)是以傳輸最差狀態(tài)來進行計算的，這就意味著結(jié)果是存在一定余量的。如果再去掉一些傳輸過程中不必要延時環(huán)節(jié)，那么電力光纖技術(shù)允許延時的時間距離還可以延長。由此可以看出，SDH的光纖通信系統(tǒng)完全可以滿足電力系統(tǒng)傳輸繼電保護信號的延時要求和避免傳輸損傷問題的發(fā)生。在這種情況下，電網(wǎng)的繼電保護實現(xiàn)了信號的有效傳輸。電力光纖技術(shù)還能夠提高電網(wǎng)信息設(shè)計、運行以及系統(tǒng)維護的工作效率，保證了電力通信系統(tǒng)傳送的安全性。

2.2 光纜的電網(wǎng)保護

現(xiàn)階段，繼電保護中電力光纖網(wǎng)絡(luò)的使用光纜有三種：分別是架空地線復(fù)合（OPGW）光纜、自承式（ADSS）光纜以及普通非金屬光纜。其中雖然架空地線復(fù)合光纜OPGW的使用成本較高，但它在同桿雙回和多回線路以及高電壓等級的使用過程育線路的綜合造價相比成本較低。與此同時，架空地線復(fù)合光纜還可以兼作繼電保護的通道。例如，220kV的電網(wǎng)通信線路，其采用的高頻保護和光纖保護的成本價格相當。但當高頻保護在線路兩側(cè)的運行過程中，還需要增設(shè)結(jié)合濾波器、阻波器以及耦合電容器等設(shè)備，這就意味著OPGW光纜的使用將更為經(jīng)濟實用。此外，架空地線復(fù)合光纜的應(yīng)用還具有較高的運行可靠性，且設(shè)備維修費用低廉的特點。

2.3 傳輸通道的雙重化問題

在繼電保護中，當電力光纖技術(shù)應(yīng)用于220kV電網(wǎng)以及220kV以上的電網(wǎng)信號傳輸時，要按照規(guī)定進行雙重化的主保護。除此之外，縱聯(lián)保護也要實現(xiàn)線路的雙重化保護。對于220kV電網(wǎng)以及220kV以上電網(wǎng)信號傳輸?shù)母哳l保護會在不同的相別上進行耦合，所以就能夠滿足傳輸通道的雙重化要求。在實際傳輸過程中，如果采用兩套光纖保護進行電網(wǎng)信號線路的主保護，那么傳輸通道的雙重化問題就會對光纖保護的普及造成影響。因而，要在同一光纜的不同纖芯上實現(xiàn)通道雙重化要根據(jù)光纜的使用型號來進行確定。對于光纜型號的選擇，相關(guān)研究表明，按照使用可靠性原則ADSS光纜而后普通不能實現(xiàn)不同纖芯的雙重化[2]。基于此，只能通過光纜的雙重化傳輸標準來達到通道雙重化的目的。

2.4 應(yīng)用施工工藝

電力光纖技術(shù)在繼電保護中的對象是，超高壓線路的傳輸通道運行安全，這是保證電力系統(tǒng)穩(wěn)定運行的關(guān)鍵。電力光線技術(shù)的光纜在傳輸數(shù)據(jù)信息式，需要經(jīng)過光纜機、轉(zhuǎn)接端子箱、高壓線路以及電纜層等環(huán)節(jié)，這就給光纖的施工質(zhì)量和施工工藝操作提出了新的要求。基于此，施工人員應(yīng)在繼電保護裝置在投入使用前減小其測試誤差。否則，就會導(dǎo)致電力系統(tǒng)繼電保護裝置的錯誤動作，從而對電力網(wǎng)絡(luò)的安全運行產(chǎn)生影響。

3 繼電保護中電力光纖技術(shù)的工作原理

3.1 電力光纖技術(shù)的應(yīng)用原理

在電力光纖技術(shù)應(yīng)用于繼電保護的過程中，光線網(wǎng)絡(luò)起到了穩(wěn)定傳輸性能、提高保護恢復(fù)能力的作用。現(xiàn)階段，電網(wǎng)通信系統(tǒng)中廣泛采用的是SDH/SONET同步數(shù)字體系。同步數(shù)字體系的工作原理是以電時分復(fù)用的方式來進行繼電保護的，它的應(yīng)用使得電網(wǎng)通信系統(tǒng)具有固定的時延性能和強大的保護恢復(fù)能力。但在具體的應(yīng)用過程中存在一定的局限性，這就很難滿足電力網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)進行組網(wǎng)的需求。基于此，應(yīng)把當前系統(tǒng)廣泛采用的電復(fù)用方式逐漸向光復(fù)用方式進行轉(zhuǎn)化，這是因為光復(fù)用保護方式能夠?qū)崿F(xiàn)增大光纖傳輸信息容量的目的。光復(fù)用方式也可以稱為有光時分復(fù)用，其中主要有兩種保護方式，分別是頻分復(fù)用技術(shù)和波分復(fù)用技術(shù)。

3.2 波分復(fù)用技術(shù)

對于波分復(fù)用技術(shù)（WDM）在繼電保護中的應(yīng)用，已經(jīng)進入到商用的大規(guī)模使用階段。其具體的工作原理與電時分復(fù)用技術(shù)的擴容潛力低下情況不同，WDM技術(shù)是通過一根光纖來傳送多個波長的方式來進行數(shù)據(jù)信息傳輸[3]。此過程中，WDM技術(shù)使發(fā)送的多個波長有效繞過了光源信號，這就起到了增加電力光纖的傳輸容量，從而解決了當前商用信息爆炸的波長傳輸需求。此外，WDM技術(shù)還將電力光纖的帶寬資源利用了起來，這就使光信號的傳輸容量實現(xiàn)了幾百倍的提升。而光信號以大容量的方式進行長途運輸，在一定程度上節(jié)約了光纖設(shè)備和再生器的使用，有效地降低了電網(wǎng)繼電保護的運行成本。

4 結(jié)束語

綜上所述，電力系統(tǒng)的繼電保護是為電力系統(tǒng)提供安全、可靠以及高效的運行方式的技術(shù)，將電力光纖應(yīng)用于其中，能夠?qū)崿F(xiàn)其經(jīng)濟運行的同時，還保證了電網(wǎng)通信的運行可靠性。具體來說，在繼電保護中電力光線技術(shù)的應(yīng)用將電復(fù)用技術(shù)逐漸轉(zhuǎn)化為了光復(fù)用技術(shù)。該技術(shù)完成了電力設(shè)備的運行過程監(jiān)測、數(shù)據(jù)信息采集以及傳輸方式控制等任務(wù)，同時還實現(xiàn)了電網(wǎng)傳輸通道中接收數(shù)據(jù)信息的快速完整傳遞。在此應(yīng)用過程中，如果出現(xiàn)了故障，繼電保護就可以快速做出反應(yīng)動作，從而避免電力系統(tǒng)癱瘓事故的出現(xiàn)。

參考文獻

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[3]李忠任，馬超，李景良.淺談光纖在電力系統(tǒng)繼電保護工作中的應(yīng)用前景[J].電子制作，2013，23：242.