光纖通信在電力系統(tǒng)繼電保護(hù)中的應(yīng)用

摘要：本文介紹了光纖通信在電力系統(tǒng)繼電保護(hù)中的應(yīng)用，以及應(yīng)用的優(yōu)缺點(diǎn)。重點(diǎn)闡述了光纖通道的傳輸方式和存在的風(fēng)險(xiǎn)。

關(guān)鍵詞：繼電保護(hù);光纖通信;光纖電流差動(dòng)保護(hù)

1 ?引言

隨著電力系統(tǒng)的迅速發(fā)展，電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定問題也面臨著考驗(yàn)。電力系統(tǒng)中110 k V及以上的輸電線路，由于電壓等級(jí)高，傳輸容量大，一旦出現(xiàn)故障將造成重大影響，會(huì)危及到整個(gè)系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行，給人民的生命財(cái)產(chǎn)造成巨大損失。繼電保護(hù)裝置是電力系統(tǒng)密不可分的一部分，是保障電力設(shè)備安全和防止、限制電力系統(tǒng)大面積停電的最基本、最重要、最有效的技術(shù)手段。繼電保護(hù)裝置的保護(hù)信號(hào)的物理傳輸通道可以有多種選擇，包括電力線載波、微波、光纖等。其中光纖通道由于具有不怕超高壓與雷電電磁干擾的影響、可靠性高、傳輸容量大和衰耗低等優(yōu)點(diǎn)，是當(dāng)今繼電保護(hù)信號(hào)傳輸?shù)氖走x方式。

2 ?光纖通信系統(tǒng)

2.1 ?光纖通信系統(tǒng)的基本組成

所謂光纖通信，就是利用光纖來傳輸攜帶信息的光波，以達(dá)到通信的目的。如下圖2-1所示：

光纖通信系統(tǒng)中點(diǎn)端機(jī)的作用是對(duì)來自信息源的信號(hào)進(jìn)行處理，也就是AD/DA轉(zhuǎn)換;發(fā)送端光端機(jī)的作用是將光源通過特殊的調(diào)制方式調(diào)制成合適的光信號(hào)，輸入光纖傳輸?shù)浇邮芊?接收端光端機(jī)通過內(nèi)部的光檢測(cè)器將接受到的光信號(hào)還原成電信號(hào)，再經(jīng)過電子電路放大、整形等過程還原成原始的電信號(hào)，傳輸?shù)浇邮斩薣1]。

2.2 ?光纖通信的特點(diǎn)

較以往繼電保護(hù)中應(yīng)用的電纜及其他電通信方式相比，光纖通信的優(yōu)點(diǎn)是非常明顯的，特別是對(duì)于在我國(guó)目前普遍使用的光纖差動(dòng)保護(hù)，由于光纖通信有極強(qiáng)的抗電磁干擾的能力、有較高的頻帶帶寬、傳說過程中損耗較小和傳輸量大等特點(diǎn)，正是這些優(yōu)點(diǎn)決定了光纖廣泛的應(yīng)用前景。光纖不僅擁有以上所述優(yōu)點(diǎn)以外，由于光纖是石英玻璃拉制成形，原材料豐富，并可以節(jié)約大量的有色金屬。光纖一般由涂敷層、纖芯、套塑和包層這四個(gè)結(jié)構(gòu)組成，光纖連接在電力系統(tǒng)的繼電保護(hù)中一般選擇熔纖的辦法進(jìn)行連接，或使用活動(dòng)的連接器進(jìn)行活動(dòng)連接，使用方便。因此光纖通信在繼電保護(hù)中得到了廣泛應(yīng)用[2]。

3 ?光纖在繼電保護(hù)中的應(yīng)用

3.1 ?光纖通道作為縱差動(dòng)保護(hù)通道

目前，縱差動(dòng)保護(hù)采用光纖通道的方式，得到了越來越廣泛的應(yīng)用?？v差動(dòng)保護(hù)是按比較被保護(hù)線路首端和末端電流的大小和相位的原理來構(gòu)成的?？v差動(dòng)保護(hù)要求能瞬時(shí)切除被保護(hù)線路全線范圍內(nèi)的故障，因此在書店線路上具體應(yīng)用時(shí)，首先必須敷設(shè)與被保護(hù)線路等長(zhǎng)的二次輔助導(dǎo)線，且為了監(jiān)視輔助導(dǎo)線是否完好，還必須裝設(shè)專用的監(jiān)視裝置。同時(shí)，由于縱差動(dòng)保護(hù)不反應(yīng)外部故障，故不能作為下一線路的遠(yuǎn)后備保護(hù)，還需要裝設(shè)專用的后備保護(hù)。因此，縱差動(dòng)保護(hù)在輸電線路上的應(yīng)用受到了限制，只有在短距離而且重要的線路上，才考慮采用縱差保護(hù)。研究光纖通信在繼電保護(hù)中的應(yīng)用，國(guó)內(nèi)外的研究方向首先是針對(duì)短線縱差保護(hù)[3]。

3.2 ?站內(nèi)繼電保護(hù)信號(hào)通道

變電站或控制室內(nèi)的繼電保護(hù)信號(hào)傳輸一般都采用的電力電纜，由于一個(gè)站內(nèi)的保護(hù)裝置和需要采集的數(shù)據(jù)量相當(dāng)?shù)拇?，如此就需要很多根電力電纜。如計(jì)算機(jī)多機(jī)綜合保護(hù)中，微機(jī)之間，以及微機(jī)與測(cè)量、自動(dòng)、遠(yuǎn)動(dòng)、終端設(shè)備之間的數(shù)據(jù)傳輸線。如此復(fù)雜的工程，電纜布線和走線也成了一個(gè)難題，并且要布放如此多根電纜，電纜溝的設(shè)計(jì)也是一項(xiàng)不小的開支。將光纖應(yīng)用于這些繼電保護(hù)通道中，不僅有效地提高通道的抗干擾能力，并能夠使信號(hào)傳輸更加準(zhǔn)確[4]。

4 ?光纖通道的傳輸方式

4.1 ?復(fù)用光纖通道

目前普遍采用的是復(fù)用電力通信系統(tǒng)中的SDH光端機(jī)來保證保護(hù)信號(hào)的通信距離。對(duì)于短線電流縱差保護(hù)中的光纖通道，應(yīng)該研究和應(yīng)用信號(hào)各路傳輸?shù)膹?fù)用技術(shù)，傳輸各相電流及其他保護(hù)信號(hào)，做到分相傳輸、分相比較、分相跳閘，使繼電保護(hù)性能得到提高。在光纖復(fù)用縱聯(lián)電流差動(dòng)保護(hù)傳輸通道的選擇上，不同廠家的繼電保護(hù)裝置對(duì)傳輸通道提供的通信接口也有不同的形式，大致可以分為46 k b /s、E l和光纖接口3種。

4.2 ?專用光纖通道

光纖與縱聯(lián)保護(hù)（如：WXB-11C、LFP-901A）配合構(gòu)成專用光纖縱聯(lián)保護(hù)。專用光纖通道又稱為點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通道，通道提供給繼電保護(hù)的使用的是專用纖芯本質(zhì)上相當(dāng)于兩變電站之間的保護(hù)設(shè)備由兩根專用的光纖連接在一起，一根發(fā)送，一根接收，數(shù)據(jù)流全是繼電保護(hù)報(bào)文。由于保護(hù)設(shè)備普遍采用半導(dǎo)體光源，其發(fā)光功率一般只有-5dbm，通信不能實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)距離，若要長(zhǎng)距離通信，需加裝光放大器或轉(zhuǎn)接到通信大功率光端機(jī)。點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通道的實(shí)際連接是從保護(hù)的光板出來的兩個(gè)尾纖通過尾纖接線盒與鎧裝光纜連接，鎧裝光纜穿越保護(hù)室到開關(guān)場(chǎng)，通過接線盒再與OPGW連接[5]。

5 ?光纖保護(hù)通道的風(fēng)險(xiǎn)性

5.1 ?光纖傳輸時(shí)延

就單個(gè)的專用光纖通道來說，相對(duì)于電力電纜中的電信號(hào)其傳輸速度不存在延時(shí)的問題，但是目前所用的通道大多是采用復(fù)用的方式，光纖保護(hù)通道都是通過復(fù)用方式，將繼電保護(hù)信號(hào)復(fù)用到整個(gè)光纖通道上，所以在采用光纖通道作為繼電保護(hù)通道時(shí)，必須考慮時(shí)延問題。如果電路傳輸時(shí)延超過一定限度，將造成保護(hù)裝置誤動(dòng)，嚴(yán)重影響電路安全。保護(hù)專業(yè)對(duì)保護(hù)信號(hào)的傳輸時(shí)延有嚴(yán)格的要求。光信號(hào)是電磁波，傳輸速度主要取決于媒質(zhì)的折射率。

如光信號(hào)經(jīng)過光纖傳輸?shù)臅r(shí)延為T=L·N/C，式中 C為空中的光速（3×10 km/s）;L為傳輸距離（km）;N為光芯區(qū)折射率（典型值為1. 48）。由此可計(jì)算出光信號(hào)在光纖中每km的傳輸時(shí)延大致為4. 9μs，再考慮整個(gè)系統(tǒng)中再生器和復(fù)用器引入的少量時(shí)延，整個(gè)光纜系統(tǒng)所產(chǎn)生的時(shí)延可以按5μs/km考慮。

5.2 ?光纖傳輸損耗

光纜傳輸損耗值的大小直接影響到光傳輸系統(tǒng)的整體傳輸質(zhì)量和保護(hù)裝置的正確動(dòng)作。影響光纖損耗特性的主要原因有以下幾個(gè)方面：溫度變化對(duì)損耗的影響;成纜過程中以及光纜敷設(shè)時(shí)，側(cè)壓力對(duì)損耗的影響;光纜敷設(shè)后光纜接續(xù)、光纖余長(zhǎng)盤放彎曲對(duì)損耗的影響。傳輸損耗是影響光纖保護(hù)裝置能否正常工作的主要指標(biāo)之一。損耗是正常的，如果信號(hào)衰減太多，則會(huì)影響到通信質(zhì)量。

6 ?總結(jié)

本文介紹了光纖通信在繼電保護(hù)工程應(yīng)用中的可行性以及光纖通信應(yīng)用于繼電保護(hù)中所面臨的一些問題。目前，光纖在電網(wǎng)的繼電保護(hù)中的應(yīng)用雖然還比較少，優(yōu)勢(shì)體現(xiàn)不夠明顯，但是繼電保護(hù)應(yīng)用光纖是一項(xiàng)非常有優(yōu)勢(shì)的研究成果。從長(zhǎng)遠(yuǎn)來看，隨著光纖網(wǎng)絡(luò)的逐步完善、施工工藝和保護(hù)產(chǎn)品技術(shù)的不斷提高，光纖通信將占有繼電保護(hù)通道的主導(dǎo)地位，從而更好地促進(jìn)繼電保護(hù)向計(jì)算機(jī)化，網(wǎng)絡(luò)化，保護(hù)、控制、測(cè)量、數(shù)據(jù)通信一體化和人工智能化的方向發(fā)展。

參 ?考 ?文 ?獻(xiàn)

[1] DL/T5062-1996微波電路傳輸繼電保護(hù)信息設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)定[S].

[2]關(guān)敬歡.電力系統(tǒng)繼電保護(hù)現(xiàn)狀與發(fā)展探討[J].現(xiàn)代商貿(mào)工業(yè)，2009（18）.

[3] 周濱，繼電保護(hù)光纖通道的構(gòu)成與維護(hù)[J].科技信息，2010（31）：362.

[4] 房芳，光纖通信在繼電保護(hù)中的應(yīng)用[J].寧夏電力，2006（1）：32.

[5]范志頌，繼電保護(hù)光纖通道的分析與保護(hù)探討[J].廣東電網(wǎng)公司清遠(yuǎn)供電局，2010：243.

作者簡(jiǎn)介：

姜興國(guó)（1985年6月10日），男，甘肅張掖，碩士研究生，信號(hào)與信息處理