光纖在繼電保護中的應用
2004-01-01








  摘 要：介紹了光纖的基本結構、基本工作原站見理和特點，以及電力光纖網絡的現狀，分析了電力光算微纖網絡和電力光纜的發(fā)展方向(xiàng)。重點剖析了目前在草訊電力光纖網絡中光纖保護的幾種(zhǒng)基本方式和主要特點爸子，讨論了光纖保護在實際應用中可能(néng)遇到的問題媽樂及其解決辦法。 

  關鍵詞：光纖；電力光纜；光纖保護 

  光纖作為繼電保護的通道(dào)介質具有不怕超高光會壓與雷電電磁幹擾、對(duì)電場絕緣、頻數科帶寬和衰耗低等優點，随著(zhe)電力光纖網絡的逐步完善，光纖保護也將(ji就她āng)在繼電保護領域中得到更日費為廣泛的應用。本文的研究重點是光纖保護的現狀與實際應用中一懂存在的問題，同時(shí)還(hái)對我討(duì)光纖的工作原理和電力光纖網絡的現狀進(jìn)行普及性介紹。服相 

  1光纖的基本工作原理 

  1.1光纖的結構與分類 

  光纖為光導纖維的簡稱，由直徑大約0.1 mm的細玻璃絲構成(謝生chéng)。繼電保護所用光纖為通信光纖，是由纖芯和包層兩(liǎng)部分組了窗成(chéng)的，如圖1所示。纖芯區域完成(chéng)光信号的傳輸；包層機水則是將(jiāng)光封閉在纖芯内，并保了放護纖芯，增加光纖的機械強度。 

  按光在光纖中的傳輸模式，光纖可分為單模光纖和就頻多模光纖。多模光纖(multi modefiber)的中心玻璃芯較粗(芯徑為還高50 μm或62.5 μm)，可傳多種(zhǒng)地開模式的光，但其模間色散較大，限制了傳輸數字信書數号的頻率，而且随著(zhe)距離的增加，其限制效果更加明顯。單模光纖(村男single mode fiber)的中心玻璃芯很細(芯徑一般為9 μm或1黑街0 μm)，隻能(néng)傳一種(zhǒn鄉大g)模式的光，因此，其模間色散很小，适用于遠程傳輸，但仍存在著(z微司he)材料色散和波導色散，這(zhè)樣(yàng呢得)單模光纖對(duì)光源的帶寬和穩定性有較高的要求，帶寬要窄，穩定性要費靜好(hǎo)。 

  1.2繼電保護用光纖的特點 

  繼電保護用光纖對(duì)衰耗值要求較高，不同裡在波長(cháng)的光信号衰耗值不聽要同，表1對(duì)單模光纖和多模光纖在3個波長(cháng)房輛區域的傳輸特性進(jìn)行了比近問較。


 




  由表1可以看出，單模光纖的傳輸衰耗最小，波長南船(cháng)1.31 μm處是光纖的一個低損耗窗口。醫多所以現在繼電保護用光纖均使用單模光纖，使用1.3 μm的波長師音(cháng)段。2電力光纖網絡和電力光纜 

  2.1電力光纖網絡現狀及展望 

  光纖網絡的傳輸性能(néng吧技)、穩定性及其自适應的保護恢複能(néng)力對(duì)光纖繼電保護工作生技的可靠性起(qǐ)到關鍵作用。目前，在電力網絡通信領域村的中廣泛使用的是以電時(shí)分複用為基本工作原理的SDH/S生訊ONET同步數字體系，它具有強大的保護恢複能(néng)雜小力和固定的時(shí)延性能(néng)見行。但由于采用電時(shí)分複用來提高傳輸容量的的件方法有一定的局限性，使其在電力網絡這(zhè)種(z厭畫hǒng)呈現高速擴容及複雜拓撲結構的網絡中漸漸難以滿足組網的要求，因此從兒他目前的電複用方式轉向(xiàng)光複用方式將(jiāng)是電力光纖相廠網絡的必然發(fā)展方向(xiàng)。光複用方式有光時坐務(shí)分複用、波分複用(WDM海裡)和頻分複用等方式，其中波分複用技術已逐漸進(j很的ìn)入大規模商用階段。由于采用電時(shí)分複秒通用系統的擴容潛力已盡，而光纖的200 mm可用帶寬資源讀輛僅僅利用了不到1%，如果同時(shí)在一根光來好纖上傳送多個發(fā)送波長(cháng)适當錯開煙農(kāi)的光源信号，則可以大大增加光纖的信息答鐘傳輸容量，這(zhè)就(jiù)是WDM的基本思路。采用WDM系統的主要好就多(hǎo)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坐媽，在大容量長(cháng)途運輸時(shí)可以間化節約大量光纖和再生器，大大降低傳輸成(chéng)本。WDM技術在電力光纖網章時絡上具有相當大的發(fā)展潛力，可以節省電力光纖網長(cháng)距離傳輸頻數的成(chéng)本，提高電力光纖網絡傳輸的可靠性。因此，随讀城著(zhe)WDM技術的逐漸成(chéng)吃時熟和演化，WDM技術將(jiāng)在電力保護光場他纖網絡上得到廣泛的使用。 

  2.2電力網絡用光纜 

  目前電力光纖網絡使用的光纜主要有三種(zhǒn紙拿g)：普通非金屬光纜、自承式(ADSS)雨鄉光纜和架空地線複合(OPGW)光纜。銀喝 




  通過(guò)表2的對(duì)比可以發(照讀fā)現，OPGW光纜雖然造價較高，但在高電壓等級及同杆雙麗公回和多回線路使用時(shí)占線路綜合請雪造價比例較低，并可以兼作繼電保護通道(dào)。以個算1條220 kV線路為例，采用光纖保護與采用高頻保護的著北價格相當，但高頻保護在線路兩(liǎng)側還(hái)需要增嗎技設阻波器、耦合電容器和結合濾波器等設備，OPGW光纜則顯房票得更為經(jīng)濟，而且還(hái)具有分為可靠性高、維護費用低的優點。随著(zhe)光纜綜合價格的下降，請都OPGW光纜在電力光纖網絡中將(jiāng花微)得到廣泛的應用。 

  3光纖保護的基本方式及其特點 

  光纖保護目前已在國(guó)内部分地區得到較為廣泛的使用，對(duì)已低門投入運行的光纖保護，按原理劃分主要有光纖電流差動保護和光纖閉鎖式、允許少慢式縱聯保護兩(liǎng)種(zhǒng)。 

  3.1光纖電流差動保護 

  光纖電流差動保護是在電流差動保護的基礎上演化而來的，基本黑白保護原理也是基于克希霍夫基本電流定律，銀媽它能(néng)夠理想地使保護實現單元化，原理簡單，不受運行頻習方式變化的影響，而且由于兩(liǎng)側的保護裝置沒(m通子éi)有電聯系，提高了運行的可靠性。目前電冷刀流差動保護在電力系統的主變壓器、線路窗船和母線上大量使用，其靈敏度高、動作簡單可靠快速、能(néng)适刀線應電力系統震蕩、非全相運行等優點是其他保護形式所無法比拟的。光纖電流差動保店討護在繼承了電流差動保護的這(zhè又也)些優點的同時(shí)，以其可靠穩定的光纖傳輸通道(dào)保體吧證了傳送電流的幅值和相位正确可靠地傳送到對(duì)側。時(shí)間同算文步和誤碼校驗問題是光纖電流差動保護面(miàn)臨的主要技術問舊吃題。在複用通道(dào)的光纖保護上，保護與複用裝置間也時(shí)間同步的問題對(duì)于就關光纖電流差動保護的正确運行起(qǐ)到關鍵的作用，因此目前光纖的城差動電流保護都(dōu)采用主從方式，以保證時(shí)鐘的同步；由于目前光看城纖均采用64 Kbit數字通道(dào)，電流差動保護通道(dào)中既要傳我空送電流的幅值，又要傳送時(sh去訊í)間同步信号，通道(dào)資源緊張，要求數據的誤碼校驗位不能(néng)湖弟過(guò)長(cháng)，這(zhè)樣(yàng)就(ji在子ù)影響了誤碼校驗的精度。目前部分廠家推出的2 錯業Mbit數字接口的光纖電流差動保護能(n黃兵éng)很好(hǎo)地解決誤碼校驗精度的問題。 

  3.2光纖閉鎖式、允許式縱聯保護 

  光纖閉鎖式、允許式縱聯保護是在目前高頻閉鎖式、允許式縱聯保護文個的基礎上演化而來，以穩定可靠的光纖通道(dào)代替高頻玩票通道(dào)從而提高保護動作的可靠性。光吧市纖閉鎖保護的鑒頻信号能(néng)很好腦相(hǎo)地對(duì)光纖保護通道(dào)起(qǐ)到監視作用，知身這(zhè)比目前高頻閉鎖保護需要值班人員定時(shí)交換信号以鑒定通道雨道(dào)正常可靠與否靈敏了許多，提高了閉鎖式保護的動作可靠性。錯長此外由于光纖閉鎖式、允許式縱聯保護在原理上與目前大量運行的高頻保護類藍議似，在完成(chéng)光纖通道(dào)的敷設後(hòu)隻需更換花開光收發(fā)訊機即可接入目前使用的高頻保護上，因信北此具有改造方便的特點。與光纖電流縱差保制暗護比較，光纖閉鎖式、允許式縱聯保護不受負荷電流的影響，不受線路分布電容電流的輛視影響，不受兩(liǎng)端TA特性是否一地道緻的影響。 

  廣州地區電網超高壓線路具有負荷較重、部分線路較長(cháng)等特點，睡答使差動保護靈敏度不足、分布電容電流大，限制了光纖分相電流笑銀差動保護的使用，因此光纖閉鎖式、允店懂許式縱聯保護在廣州地區電網逐漸得見動到了較廣泛的應用。如光纖網絡能刀窗(néng)有效解決雙重化的問題，光纖閉鎖式、允許式縱聯保護就街國(jiù)將(jiāng)逐步代替高頻保護，在超高壓電網飛多中得到廣泛應用。 

  3.3廣州電網光纖保護的應用情況 

  20世紀90年代中期，光纖保護就(j對那iù)在廣州電網開(kāi)始快作投入使用，目前已投入運行的光纖保護有近1我票5套，從早期單純的短距離光纖縱差保護演票計變到近兩(liǎng)年開(kāi)始逐漸占主導地位的光纖樂老允許式保護，從運行情況看令人滿意，動作可靠性高，缺陷次數林說少。在滿足條件的中、長(cháng)距離線路上，光纖允許式、閉鎖式縱聯保護木些在廣州電網將(jiāng)得到更為廣泛的應用。 

  4光纖保護實際應用中存在的問題 

  4.1施工工藝問題 

  光纖保護是超高壓線路的主保護，通道(dào間舊)的安全可靠對(duì)電力系統城村的安全、穩定運行起(qǐ)到重要的報聽作用。由于光纜傳輸需要經(jīng)過(guò)轉接端子箱對問、光纜機、電纜層和高壓線路等連接年快環節(見圖2所示)，并且光纖的施工工藝複雜、施工質量要求高湖南，因此如果在保護裝置投入運行前的施工、測試中存在誤差，則會(huì)導緻保護裝長行置的誤動作，進(jìn)而影響全網的安全穩定運行。綜合各地由于施工工藝不良造聽通成(chéng)光纖保護退出運行的案例，需注意杜絕以下南那兩(liǎng)類問題的出現： 

  a) 斷點的熔接質量不高，往往使斷點附近的光纖纖芯受到應力的作用店水，導緻光纖的衰耗指标不穩定，影得店響光纖保護的正常運行。 

  b) 光纖活接頭積灰造成(ch木關éng)通道(dào)衰耗增加，進(jìn)而引起(q空算ǐ)保護裝置通道(dào)告警，造成(chéng)光纖保護退出運行。 




  4.2通道(dào)雙重化問對制題 

  光纖保護用于220 kV及以上電網時(sh也紅í)，按照220 kV及以上線路主保護雙重化原則的要求，唱少縱聯保護的信号通道(dào)也要求雙重化，高頻保市離護由于是在不同的相别上耦合，因此能(néng)滿足雙請對通道(dào)的要求，如果使用2套光纖保護作為線路的主保護，通道(明河dào)雙重化的問題則一直限制著(zhe)光纖保護的大務信規模推廣應用。 

  同一光纜的不同纖芯能(néng)否構成(chéng)通道(dào空吧)的雙重化需要根據光纜的型式來确定。對(理麗duì)于普通光纜和ADSS光纜，由于其可靠性較差，同一光纜内是亮的光芯不同不能(néng)視為通道(dào)雙重化姐女，隻能(néng)通過(guò)光纜的雙重化達到通道(dào)電票雙重化的要求。對(duì)于OPGW光纜，由于其具有較高的可靠性快那，在目前光纖網絡未能(néng)形成(chéng)環網的現狀下，同一光纜纖芯呢新不同可視為通道(dào)雙重化；當形成(chéng)慢知了光纖網絡環網後(hòu)，OPGW光纜也應實匠低現兩(liǎng)條路由的雙重化，能(néng)在一條光纜損壞後(hò小線u)通過(guò)另一個路由正常運行。随著(zhe)波分複用技術的逐步街頻應用和光纖容量的大幅增加，光纖保護將(jiāng)來還(來很hái)要實現在同一根光纜裡(lǐ)門廠的多重化、在傳輸波長(cháng)上的多重化，以和志及在傳輸路由上的多重化，從而最大限度地提高光纖保護運行的可靠性。 

  4.3光纖保護管理界面(miàn)的劃分問題 

  随著(zhe)保護與通信銜接的日益電照緊密，繼電保護專業與通信專業管但和理界面(miàn)日益難以區分，如不從制銀動度上解決這(zhè)一問題將(jiāng)直接在城影響到光纖保護的可靠運行。對(duì)于獨立纖芯的保護，通信專業與繼電保大火護專業管理的分界點在通信機房的光纖配線架上。配線架以上包括保護裝置的那要是段尾纖，屬于繼電保護專業維護，這(zhè)就(jiù)要求暗子繼電保護專業人員具備一定的光纖校驗維微化護技能(néng)；配線架以下，一直到對(duì)側變電站月媽通信機房的配線架，均屬通信專業管理維護，通信專業在配線架和一上工作要開(kāi)第二種(zhǒng)工作票，如果影響到保護身我用纖芯的可靠性，要通知繼保管理人員，由繼保管理人拿坐員決定是否將(jiāng)光纖保護退出運行。對(duì)于使用複用謝他通道(dào)的保護，通信專業與保區司護專業管理的分界點在通信機房脈沖編碼調制(PCM)的數字電接口上玩姐。接口以上包括數字接口裝置、機房到保護裝街紙置的光纖均屬繼電保護專業管理維護；PCM設備屬通信專業管理維護，刀道在PCM設備上進(jìn)行工作需要開(kāi)第二亮費種(zhǒng)工作票，如果影響到保護用接口的可靠性，要通知繼保人員決定是否志來將(jiāng)光纖保護退出運行。 

  4.4光纖保護在旁路代路上的問題 

  線路光纖保護在旁路代路時(shí)不方便操作，由于光纖活接身化頭不能(néng)随便拔插，每次拔插都(dōu)需要重新作衰耗測會火試，而且經(jīng)常性拔插也容易造成(chéng)人計活接頭的損壞，因此不宜使用拔插活接兵志頭的辦法實現光纖通道(dào)的切換。在我國(guó)理黃部分省、市的電網中并沒(méi)有單獨的旁路保護，暗這旁路代路時(shí)是切換交流回路，因此不存在請拿通道(dào)切換問題，但在廣州地區有獨立的旁路保護，對(duì)于光纖讀我閉鎖式、允許式縱聯保護暫時(shí)可飛器以采用切換二次回路的方式，但對(duì)于光纖差動農日電流保護則無法代路，目前都(dōu)是采取旁路保很男護單獨增設一套光纖差動保護的方法解決。已有部分廠家在謀求解決光纖保護切換問喝城題的辦法，如使用光開(kāi)關來實現光纖通道(dào)切換。 

  5結束語 

  盡管目前光纖保護在長(cháng)舊作距離和超高壓輸電線路上的應用還(hái)有一定的局限性，在施工和管理應窗人用上仍存在不足，但是從長(chá舞文ng)遠看，随著(zhe)光纖網絡的逐步完善、施工工藝和保護快體産品技術的不斷提高，光纖保護將(j商會iāng)占據線路保護的主導地位。
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