光纤在继电保护中的应用

【摘 要】本文对光纤保护的特点及应用提出相应的分析，对于保护的构成、施工工艺及光纤通道的管理提出自己的看法。希望对相关技术人员有所帮助。

【关键词】光纤；保护；应用

引言

近年来随着电力系统电网规模的不断扩大，用电负荷不断攀升。随着科技发展，随之而带来的一些新光纤作为继电保护的通道介质具有不怕超高压与雷电电磁干扰、对电场绝缘、频带宽和衰耗低等优点。光纤通道的广泛应用，保护装置可通过专用光纤或经通信设备复接，与对侧交换数据，形成为由微机实现的数字式输电线路成套快速保护装置大量普及，提高了系统稳定运行的能力。随着电力光纤网络的逐步完善，光纤保护也将在继电保护领域中得到更为广泛的应用。本文的研究重点是光纤保护的现状与实际应用中存在的问题，同时还对光纤的工作原理和电力光纤网络的现状进行普及性介绍。

一、光纤保护的基本方式及其特点

光纤保护目前已在国内部分地区得到较为广泛的使用，对已投入运行的光纤保护，按原理划分主要有光纤电流差动保护和光纤纵联保护两种。

（一）光纤电流差动保护

光纤电流差动保护是在电流差动保护的基础上演化而来的，基本保护原理也是基于克希霍夫基本电流定律，它能够理想地使保护实现单元化，原理简单，不受运行方式变化的影响，而且由于两侧的保护装置没有电联系，提高了运行的可靠性。目前电流差动保护在电力系统的主变压器、线路和母线上大量使用，其灵敏度高、动作简单可靠快速、能适应电力系统震荡、非全相运行等优点是其他保护形式所无法比拟的。光纤电流差动保护在继承了电流差动保护的这些优点的同时，以其可靠稳定的光纤传输通道保证了传送电流的幅值和相位正确可靠地传送到对侧。时间同步和误码校验问题是光纤电流差动保护面临的主要技术问题。在复用通道的光纤保护上，保护与复用装置时间同步的问题对于光纤电流差动保护的正确运行起到关键的作用。以同步方式交换两侧信息，参考端采样间隔固定，并在每一采样间隔中固定向对侧发送一帧信息。同步端随时调整采样间隔，如果满足同步条件，就向对侧传输三相电流采样值；否则，启动同步过程，直到满足同步条件为止。差动保护装置发送和接收数据采用各自的时钟，分别为发送时钟和接收时钟。因此目前厂家推出的光纤差动电流保护的光纤均采用64 Kbit和2 Mbit数字通道，电流差动保护通道中既要传送电流的幅值，又要传送时间同步信号，误码校验的精度。

（二）光纤闭锁式、允许式纵联保护

光纤闭锁式、允许式纵联保护是在目前高频闭锁式、允许式纵联保护的基础上演化而来，以稳定可靠的光纤通道代替高频通道从而提高保护动作的可靠性。光纤闭锁保护的鉴频信号能很好地对光纤保护通道起到监视作用，这比目前高频闭锁保护需要值班人员定时交换信号以鉴定通道正常可靠与否灵敏了许多，提高了闭锁式保护的动作可靠性。此外由于光纤闭锁式、允许式纵联保护在原理上与目前大量运行的高频保护类似，在完成光纤通道的敷设后只需更换光收发讯机即可接入目前使用的高频保护上，因此具有改造方便的特点。与光纤电流纵差保护比较，光纤闭锁式、允许式纵联保护不受负荷电流的影响，不受线路分布电容电流的影响，不受两端TA特性是否一致的影响。

二、线路光纤保护的应用情况

20世纪90年代中期，光纤保护就在线路保护中开始投入使用，从早期单纯的短距离光纤纵差保护演变到近两年开始逐渐占主导地位的光纤允许式保护，从运行情况看令人满意，动作可靠性高，缺陷次数少。在满足条件的中、长距离线路上，光纤允许式、闭锁式纵联保护在高压电网将得到更为广泛的应用。

（一）光纤保护实际应用中存在的问题

1.施工工艺问题

光纤保护是超高压线路的主保护，通道的安全可靠对电力系统的安全、稳定运行起到重要的作用。由于光缆传输需要经过转接端子箱、光缆机、电缆层和高压线路等连接环节，并且光纤的施工工艺复杂、施工质量要求高，因此如果在保护装置投入运行前的施工、测试中存在误差，则会导致保护装置的误动作，进而影响全网的安全稳定运行。综合各地由于施工工艺不良造成光纤保护退出运行的案例，需注意杜绝以下两类问题的出现：

a） 断点的熔接质量不高，往往使断点附近的光纤纤芯受到应力的作用，导致光纤的衰耗指标不稳定，影响光纤保护的正常运行。

b） 光纤活接头积灰造成通道衰耗增加，进而引起保护装置通道告警，造成光纤保护退出运行。

2.通道双重化问题

光纤保护用于220 kV及以上电网时，按照220 kV及以上线路主保护双重化原则的要求，纵联保护的信号通道也要求双重化，高频保护由于是在不同的相别上耦合，因此能满足双通道的要求，如果使用2套光纤保护作为线路的主保护，通道双重化的问题则一直限制着光纤保护的大规模推广应用。

同一光缆的不同纤芯能否构成通道的双重化需要根据光缆的型式来确定。对于普通光缆和ADSS光缆，由于其可靠性较差，同一光缆内的光芯不同不能视为通道双重化，只能通过光缆的双重化达到通道双重化的要求。对于OPGW光缆，由于其具有较高的可靠性，在目前光纤网络未能形成环网的现状下，同一光缆纤芯不同可视为通道双重化；当形成了光纤网络环网后，OPGW光缆也应实现两条路由的双重化，能在一条光缆损坏后通过另一个路由正常运行。随着波分复用技术的逐步应用和光纤容量的大幅增加，光纤保护将来还要实现在同一根光缆里的多重化、在传输波长上的多重化，以及在传输路由上的多重化，从而最大限度地提高光纤保护运行的可靠性。

3.光纤保护管理界面的划分问题

随着保护与通信衔接的日益紧密，继电保护专业与通信专业管理界面日益难以区分，如不从制度上解决这一问题将直接影响到光纤保护的可靠运行。对于独立纤芯的保护，通信专业与继电保护专业管理的分界点在通信机房的光纤配线架上。配线架以上包括保护装置的那段尾纤，属于继电保护专业维护，这就要求继电保护专业人员具备一定的光纤校验维护技能；配线架以下，一直到对侧变电站通信机房的配线架，均属通信专业管理维护，通信专业在配线架上工作要开第二种工作票，如果影响到保护用纤芯的可靠性，要通知继保管理人员，由继保管理人员决定是否将光纤保护退出运行。对于使用复用通道的保护，通信专业与保护专业管理的分界点在通信机房脉冲编码调制（PCM）的数字电接口上。接口以上包括数字接口装置、机房到保护装置的光纤均属继电保护专业管理维护；PCM设备属通信专业管理维护，在PCM设备上进行工作需要开第二种工作票，如果影响到保护用接口的可靠性，要通知继保人员决定是否将光纤保护退出运行。

4.光纤保护在旁路代路上的问题

线路光纤保护在旁路代路时不方便操作，由于光纤活接头不能随便拔插，每次拔插都需要重新作衰耗测试，而且经常性拔插也容易造成活接头的损坏，因此不宜使用拔插活接头的办法实现光纤通道的切换。在我国部分省、市的电网中并没有单独的旁路保护，旁路代路时是切换交流回路，因此不存在通道切换问题，但在有独立的旁路保护，对于光纤闭锁式、允许式纵联保护暂时可以采用切换二次回路的方式，但对于光纤差动电流保护则无法代路，目前都是采取旁路保护单独增设一套光纤差动保护的方法解决。已有部分厂家在谋求解决光纤保护切换问题的办法，如使用光开关来实现光纤通道切换。

三、结束语

尽管目前光纤保护在长距离和超高压输电线路上的应用还有一定的局限性，在施工和管理应用上仍存在不足，但是从长远看，随着光纤网络的逐步完善、施工工艺和保护产品技术的不断提高，光纤保护将占据线路保护的主导地位。