光纖在繼電保護(hù)中的應(yīng)用

郭占鈞 鄒迎祥/包頭第一熱電廠

光纖在繼電保護(hù)中的應(yīng)用

郭占鈞 鄒迎祥/包頭第一熱電廠

本文對(duì)光纖保護(hù)的特點(diǎn)及應(yīng)用提出相應(yīng)的分析，對(duì)于保護(hù)的構(gòu)成、施工工藝及光纖通道的管理提出自己的看法。希望對(duì)相關(guān)技術(shù)人員有所幫助。

光纖；保護(hù)；應(yīng)用

引言

近年來隨著電力系統(tǒng)電網(wǎng)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，用電負(fù)荷不斷攀升。隨著科技發(fā)展，隨之而帶來的一些新光纖作為繼電保護(hù)的通道介質(zhì)具有不怕超高壓與雷電電磁干擾、對(duì)電場(chǎng)絕緣、頻帶寬和衰耗低等優(yōu)點(diǎn)。光纖通道的廣泛應(yīng)用，保護(hù)裝置可通過專用光纖或經(jīng)通信設(shè)備復(fù)接，與對(duì)側(cè)交換數(shù)據(jù)，形成為由微機(jī)實(shí)現(xiàn)的數(shù)字式輸電線路成套快速保護(hù)裝置大量普及，提高了系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的能力。隨著電力光纖網(wǎng)絡(luò)的逐步完善，光纖保護(hù)也將在繼電保護(hù)領(lǐng)域中得到更為廣泛的應(yīng)用。本文的研究重點(diǎn)是光纖保護(hù)的現(xiàn)狀與實(shí)際應(yīng)用中存在的問題，同時(shí)還對(duì)光纖的工作原理和電力光纖網(wǎng)絡(luò)的現(xiàn)狀進(jìn)行普及性介紹。

一、光纖保護(hù)的基本方式及其特點(diǎn)

光纖保護(hù)目前已在國(guó)內(nèi)部分地區(qū)得到較為廣泛的使用，對(duì)已投入運(yùn)行的光纖保護(hù)，按原理劃分主要有光纖電流差動(dòng)保護(hù)和光纖縱聯(lián)保護(hù)兩種。

（一）光纖電流差動(dòng)保護(hù)

光纖電流差動(dòng)保護(hù)是在電流差動(dòng)保護(hù)的基礎(chǔ)上演化而來的，基本保護(hù)原理也是基于克?；舴蚧倦娏鞫?，它能夠理想地使保護(hù)實(shí)現(xiàn)單元化，原理簡(jiǎn)單，不受運(yùn)行方式變化的影響，而且由于兩側(cè)的保護(hù)裝置沒有電聯(lián)系，提高了運(yùn)行的可靠性。目前電流差動(dòng)保護(hù)在電力系統(tǒng)的主變壓器、線路和母線上大量使用，其靈敏度高、動(dòng)作簡(jiǎn)單可靠快速、能適應(yīng)電力系統(tǒng)震蕩、非全相運(yùn)行等優(yōu)點(diǎn)是其他保護(hù)形式所無法比擬的。光纖電流差動(dòng)保護(hù)在繼承了電流差動(dòng)保護(hù)的這些優(yōu)點(diǎn)的同時(shí)，以其可靠穩(wěn)定的光纖傳輸通道保證了傳送電流的幅值和相位正確可靠地傳送到對(duì)側(cè)。時(shí)間同步和誤碼校驗(yàn)問題是光纖電流差動(dòng)保護(hù)面臨的主要技術(shù)問題。在復(fù)用通道的光纖保護(hù)上，保護(hù)與復(fù)用裝置時(shí)間同步的問題對(duì)于光纖電流差動(dòng)保護(hù)的正確運(yùn)行起到關(guān)鍵的作用。以同步方式交換兩側(cè)信息，參考端采樣間隔固定，并在每一采樣間隔中固定向?qū)?cè)發(fā)送一幀信息。同步端隨時(shí)調(diào)整采樣間隔，如果滿足同步條件，就向?qū)?cè)傳輸三相電流采樣值；否則，啟動(dòng)同步過程，直到滿足同步條件為止。差動(dòng)保護(hù)裝置發(fā)送和接收數(shù)據(jù)采用各自的時(shí)鐘，分別為發(fā)送時(shí)鐘和接收時(shí)鐘。因此目前廠家推出的光纖差動(dòng)電流保護(hù)的光纖均采用64Kbit和2Mbit數(shù)字通道，電流差動(dòng)保護(hù)通道中既要傳送電流的幅值，又要傳送時(shí)間同步信號(hào)，誤碼校驗(yàn)的精度。

（二）光纖閉鎖式、允許式縱聯(lián)保護(hù)

光纖閉鎖式、允許式縱聯(lián)保護(hù)是在目前高頻閉鎖式、允許式縱聯(lián)保護(hù)的基礎(chǔ)上演化而來，以穩(wěn)定可靠的光纖通道代替高頻通道從而提高保護(hù)動(dòng)作的可靠性。光纖閉鎖保護(hù)的鑒頻信號(hào)能很好地對(duì)光纖保護(hù)通道起到監(jiān)視作用，這比目前高頻閉鎖保護(hù)需要值班人員定時(shí)交換信號(hào)以鑒定通道正?？煽颗c否靈敏了許多，提高了閉鎖式保護(hù)的動(dòng)作可靠性。此外由于光纖閉鎖式、允許式縱聯(lián)保護(hù)在原理上與目前大量運(yùn)行的高頻保護(hù)類似，在完成光纖通道的敷設(shè)后只需更換光收發(fā)訊機(jī)即可接入目前使用的高頻保護(hù)上，因此具有改造方便的特點(diǎn)。與光纖電流縱差保護(hù)比較，光纖閉鎖式、允許式縱聯(lián)保護(hù)不受負(fù)荷電流的影響，不受線路分布電容電流的影響，不受兩端TA特性是否一致的影響。

二、線路光纖保護(hù)的應(yīng)用情況

20世紀(jì)90年代中期，光纖保護(hù)就在線路保護(hù)中開始投入使用，從早期單純的短距離光纖縱差保護(hù)演變到近兩年開始逐漸占主導(dǎo)地位的光纖允許式保護(hù)，從運(yùn)行情況看令人滿意，動(dòng)作可靠性高，缺陷次數(shù)少。在滿足條件的中、長(zhǎng)距離線路上，光纖允許式、閉鎖式縱聯(lián)保護(hù)在高壓電網(wǎng)將得到更為廣泛的應(yīng)用。

（一）光纖保護(hù)實(shí)際應(yīng)用中存在的問題

1.施工工藝問題

光纖保護(hù)是超高壓線路的主保護(hù)，通道的安全可靠對(duì)電力系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定運(yùn)行起到重要的作用。由于光纜傳輸需要經(jīng)過轉(zhuǎn)接端子箱、光纜機(jī)、電纜層和高壓線路等連接環(huán)節(jié)，并且光纖的施工工藝復(fù)雜、施工質(zhì)量要求高，因此如果在保護(hù)裝置投入運(yùn)行前的施工、測(cè)試中存在誤差，則會(huì)導(dǎo)致保護(hù)裝置的誤動(dòng)作，進(jìn)而影響全網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。綜合各地由于施工工藝不良造成光纖保護(hù)退出運(yùn)行的案例，需注意杜絕以下兩類問題的出現(xiàn)：

a)斷點(diǎn)的熔接質(zhì)量不高，往往使斷點(diǎn)附近的光纖纖芯受到應(yīng)力的作用，導(dǎo)致光纖的衰耗指標(biāo)不穩(wěn)定，影響光纖保護(hù)的正常運(yùn)行。

b)光纖活接頭積灰造成通道衰耗增加，進(jìn)而引起保護(hù)裝置通道告警，造成光纖保護(hù)退出運(yùn)行。

2.通道雙重化問題

光纖保護(hù)用于220kV及以上電網(wǎng)時(shí)，按照220kV及以上線路主保護(hù)雙重化原則的要求，縱聯(lián)保護(hù)的信號(hào)通道也要求雙重化，高頻保護(hù)由于是在不同的相別上耦合，因此能滿足雙通道的要求，如果使用2套光纖保護(hù)作為線路的主保護(hù)，通道雙重化的問題則一直限制著光纖保護(hù)的大規(guī)模推廣應(yīng)用。

同一光纜的不同纖芯能否構(gòu)成通道的雙重化需要根據(jù)光纜的型式來確定。對(duì)于普通光纜和ADSS光纜，由于其可靠性較差，同一光纜內(nèi)的光芯不同不能視為通道雙重化，只能通過光纜的雙重化達(dá)到通道雙重化的要求。對(duì)于OPGW光纜，由于其具有較高的可靠性，在目前光纖網(wǎng)絡(luò)未能形成環(huán)網(wǎng)的現(xiàn)狀下，同一光纜纖芯不同可視為通道雙重化；當(dāng)形成了光纖網(wǎng)絡(luò)環(huán)網(wǎng)后，OPGW光纜也應(yīng)實(shí)現(xiàn)兩條路由的雙重化，能在一條光纜損壞后通過另一個(gè)路由正常運(yùn)行。隨著波分復(fù)用技術(shù)的逐步應(yīng)用和光纖容量的大幅增加，光纖保護(hù)將來還要實(shí)現(xiàn)在同一根光纜里的多重化、在傳輸波長(zhǎng)上的多重化，以及在傳輸路由上的多重化，從而最大限度地提高光纖保護(hù)運(yùn)行的可靠性。

3.光纖保護(hù)管理界面的劃分問題

隨著保護(hù)與通信銜接的日益緊密，繼電保護(hù)專業(yè)與通信專業(yè)管理界面日益難以區(qū)分，如不從制度上解決這一問題將直接影響到光纖保護(hù)的可靠運(yùn)行。對(duì)于獨(dú)立纖芯的保護(hù)，通信專業(yè)與繼電保護(hù)專業(yè)管理的分界點(diǎn)在通信機(jī)房的光纖配線架上。配線架以上包括保護(hù)裝置的那段尾纖，屬于繼電保護(hù)專業(yè)維護(hù)，這就要求繼電保護(hù)專業(yè)人員具備一定的光纖校驗(yàn)維護(hù)技能；配線架以下，一直到對(duì)側(cè)變電站通信機(jī)房的配線架，均屬通信專業(yè)管理維護(hù)，通信專業(yè)在配線架上工作要開第二種工作票，如果影響到保護(hù)用纖芯的可靠性，要通知繼保管理人員，由繼保管理人員決定是否將光纖保護(hù)退出運(yùn)行。對(duì)于使用復(fù)用通道的保護(hù)，通信專業(yè)與保護(hù)專業(yè)管理的分界點(diǎn)在通信機(jī)房脈沖編碼調(diào)制(PCM)的數(shù)字電接口上。接口以上包括數(shù)字接口裝置、機(jī)房到保護(hù)裝置的光纖均屬繼電保護(hù)專業(yè)管理維護(hù)；PCM設(shè)備屬通信專業(yè)管理維護(hù)，在PCM設(shè)備上進(jìn)行工作需要開第二種工作票，如果影響到保護(hù)用接口的可靠性，要通知繼保人員決定是否將光纖保護(hù)退出運(yùn)行。

4.光纖保護(hù)在旁路代路上的問題

線路光纖保護(hù)在旁路代路時(shí)不方便操作，由于光纖活接頭不能隨便拔插，每次拔插都需要重新作衰耗測(cè)試，而且經(jīng)常性拔插也容易造成活接頭的損壞，因此不宜使用拔插活接頭的辦法實(shí)現(xiàn)光纖通道的切換。在我國(guó)部分省、市的電網(wǎng)中并沒有單獨(dú)的旁路保護(hù)，旁路代路時(shí)是切換交流回路，因此不存在通道切換問題，但在有獨(dú)立的旁路保護(hù)，對(duì)于光纖閉鎖式、允許式縱聯(lián)保護(hù)暫時(shí)可以采用切換二次回路的方式，但對(duì)于光纖差動(dòng)電流保護(hù)則無法代路，目前都是采取旁路保護(hù)單獨(dú)增設(shè)一套光纖差動(dòng)保護(hù)的方法解決。已有部分廠家在謀求解決光纖保護(hù)切換問題的辦法，如使用光開關(guān)來實(shí)現(xiàn)光纖通道切換。

三、結(jié)束語

盡管目前光纖保護(hù)在長(zhǎng)距離和超高壓輸電線路上的應(yīng)用還有一定的局限性，在施工和管理應(yīng)用上仍存在不足，但是從長(zhǎng)遠(yuǎn)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，光纖保護(hù)將占據(jù)線路保護(hù)的主導(dǎo)地位。