電力系統(tǒng)保護中的光纖技術運用

周曄　馬溢坤　劉洋　樸航　云鵬飛

【摘要】本文介紹了光纖通道的結(jié)構和特點，闡述了光纖在繼電保護高壓測量中的應用，提出了光纖通道在繼電保護系統(tǒng)中可以實現(xiàn)復用的廣闊前景。

【關鍵詞】繼電保護? 光纖? 高壓測量? 復用

一、光纖通道

（一）光纖通道的結(jié)構

光纖通道現(xiàn)在已在繼電保護中應用。由光纖通道構成的保護稱為光纖繼電保護。它由光發(fā)送器，光纖和光接收器等部分構成。

光發(fā)送器：光發(fā)送器的作用是將電信號轉(zhuǎn)變?yōu)楣庑盘栞敵?，一般由砷化鎵或砷鎵鋁發(fā)光二極管或鋁石釹榴石激光器構成。發(fā)光二極管的壽命可達百萬小時，它是一種簡單而又很可靠的電光轉(zhuǎn)換元件。

光接收器：光接收器的作用是將接收的光信號轉(zhuǎn)換為電信號輸出，通常采用光電二極管構成。

光纖：光纖用來傳遞光信號，光在光纖中傳播。它是一種很細的空心石英絲或玻璃絲，直徑僅為100-200um。光在光纖中傳播。 纖通道容量大，可以節(jié)約大量有色金屬材料，敷設方便，抗腐蝕不受潮，不怕雷擊，不受外界電磁干擾，可以構成無電磁感應和很可靠的通道。但不足的是，通信距離不夠長，用于長距離時，需要用中繼器及其附加設備。

隨著電力系統(tǒng)保護、控制、遠動技術的發(fā)展，需要愈來愈大的通信容量。微波通道的通信容量一般只有960路，而用光纜構成的光纖通道當用0.85um短波長時通信容量可達1920路，當用1.55um長波長時通信容量可達7680路。

（二）光纖的特點

載波通道受雷電和電力系統(tǒng)操作產(chǎn)生的電磁干擾很大，信號衰耗受天氣變化的影響很大，有時甚至不能工作。微波通道受電磁干擾較小，但在惡劣天氣條件下信號衰落很大。光纖通道不受電磁干擾，基本上不受天氣變化的影響，因此工作可靠性遠高于載波和微波通道。這對于電力系統(tǒng)特別重要。

光纖保護包括光纖電流差動保護、光纖距離保護、光纖方向保護、光纖命令傳輸?shù)妊b置，它們對傳輸通道的要求是不同的。光纖距離保護、光纖方向保護和光纖命令傳輸裝置由于傳輸?shù)氖沁壿嬅钚盘?，對傳輸通道的對稱性沒有要求?？梢怨ぷ髟谌魏蝹鬏斖ǖ溃餐耆梢怨ぷ髟谌魏涡问降墓饫w自愈環(huán)網(wǎng)中。

光纖電流差動保護傳輸?shù)氖请娏鞯乃矔r值以及電流相量的實部和虛部，在求動作電流和制動電流時應該是同一時間的兩端電流的相量和和相量差，因此要求兩端同步采樣。

總之，當光纖電流差動保護裝置經(jīng)自愈環(huán)或其他通道切換裝置傳輸時，必須保證保護裝置的收、發(fā)路由在切換前、后都要保持一致;且切換時收、發(fā)路由必需同時切換，切換時間應<50ms，切換時保護裝置可能會發(fā)通道告警信號。

二、光纖應用于繼電保護的高壓測量

任何一套繼電保護裝置都要用TA、TV測量輸電線路上的電流、電壓。應用光纖測量的一種簡單方法是用光纖將TA、TV與保護裝置聯(lián)接起來，這種測試方法能夠避免強電磁干擾對測量信號的影響，提高測量精度和設備的安全性。另一種方法時應用光纖變流器取代電磁式的TA、TV。這種測量無飽和現(xiàn)象，可以準確地反映故障情況下的電流、電壓量。應用于計算機保護更為有利，可以把經(jīng)光纖變流器測量后的數(shù)字量直接輸入計算機保護，而不用進行A/D和D/A變換，將會大大提高動作時間和計算精度。

三、光纖作為繼電保護的信號通道

利用光纖作為傳輸媒質(zhì)，實現(xiàn)光的遠距離傳送。在長距離的光纖通信系統(tǒng)中，每隔一段距離需增設一個中繼器。這就是傳統(tǒng)的光-電-光中繼器。

光纖作為繼電保護的信號通道，目前在以下幾個方面已得到應用：

（1）電流縱差保護中的導引線

（2）繼電保護裝置的聯(lián)絡線。例如高頻保護中，繼電保護載波機與控制室：微波保護中，保護裝置與發(fā)射塔之間幾十至幾百米距離的聯(lián)絡線。

（3）變電站或控制室內(nèi)的繼電保護信號傳輸線。例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。

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。特別是應用于短線電流縱差保護，對由于感應電壓或故障電流大而引起的過電壓造成對通道和設備的危害是一個最有效的解決方法。因此，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。另外，在短線上應用光纖縱差保護避免了距離保護由于距離短存在的超范圍誤動和弧光電阻造成的拒動問題。

四、光纖通信系統(tǒng)的復用在繼電保護中的應用

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、分相眺閘，使繼電保護性能得到提高。

隨著光纖在電力通信中的推廣運用，使繼電保護應用光纖以數(shù)字或模擬形式傳輸多路電流、電壓信號，并在較長輸電線路上采用分相電流縱差保護成為可能，而電流差動保護原理的優(yōu)越性能更非其他原理所能比擬。

五、總結(jié)

光纖通信有兩大優(yōu)點：一是抗干擾性能強：二是傳輸容量大。將第一個優(yōu)點應用于繼電保護，可以提高裝置的安全、可靠性;發(fā)揮它的第二個優(yōu)點，對發(fā)展新的保護方式，新的保護原理將起到促進作用。

參考文獻：

[1]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）.

[2]李強，代志勇，劉永智.光纖放大器在無線光通信的應用[J].現(xiàn)代電子技術，2009（15）.

[3]張國雄.繼電保護技術分析[J].中小企業(yè)管理與科技（上旬刊），2009（10）.

[4]劉強.光纖通道在電力系統(tǒng)繼電保護中的應用[J].廣東水利電力職業(yè)技術學院學報，2003（1）.