電力光纖在繼電保護(hù)中的應(yīng)用

電力光纖在繼電保護(hù)中的應(yīng)用

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、對電場盡緣、傳輸容量大、頻帶寬、衰耗低和資源豐富等優(yōu)點(diǎn)，隨著電力光纖網(wǎng)絡(luò)的逐步完善，光纖保護(hù)必將在繼電保護(hù)'>繼電保護(hù)領(lǐng)域得到更為廣泛的應(yīng)用�！　�

1光纖的工作原理��
1.1光纖的結(jié)構(gòu)與分類光纖為光導(dǎo)纖維的簡稱，由直徑大約0.1mm的細(xì)玻璃絲構(gòu)成。繼電保護(hù)所用光纖為通訊光纖，是由纖芯和包層兩部分組成的：纖芯區(qū)域完成光信號的傳輸，包層則是將光封閉在纖芯內(nèi)，并保護(hù)纖芯，增加光纖的機(jī)械強(qiáng)度，如圖1所示。按光在光纖中的傳輸模式，光纖可分為單模光纖和多模光纖。多模光纖的中心玻璃芯較粗，可傳多種模式的光，但其模間色散較大，限制了傳輸數(shù)字信號的頻率，而且隨著間隔的增加，其限制效果更加明顯。硬度計| 探傷儀| 電子稱| 熱像儀| 頻閃儀| 測高儀| 測距儀| 金屬探測器| 試驗(yàn)機(jī)| 扭力計| 流速儀| 粗糙度儀| 流量計
單模光纖的中心玻璃芯很細(xì)，只能傳一種模式的光，因此，其模間色散很小，適用于遠(yuǎn)程傳輸，但仍存在著材料色散和波導(dǎo)色散，這樣單模光纖對光源的帶寬和穩(wěn)定性有較高的要求，帶寬要窄，穩(wěn)定性要好。1.2繼電保護(hù)用光纖的特點(diǎn)繼電保護(hù)用光纖對衰耗值要求較高，不同波長的光信號衰耗值不同，單模光纖的傳輸衰耗值最小，波長1.31μm處是光纖的一個低損耗窗口，所以繼電保護(hù)用光纖均使用單模光纖，使用1.3μm的波長段。

2電力光纖網(wǎng)絡(luò)和電力光纜

2.1電力光纖網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)狀光纖網(wǎng)絡(luò)的傳輸性能、穩(wěn)定性及其自適應(yīng)的保護(hù)恢復(fù)能力，對光纖繼電保護(hù)工作的可靠性起到要害作用。目前，在電力網(wǎng)絡(luò)通訊領(lǐng)域中，廣泛使用的是以電時分復(fù)用為基本工作原理的SDH/SONET同步數(shù)字體系，它具有強(qiáng)大的保護(hù)恢復(fù)能力和固定的時延性能。但由于采用電時分復(fù)用來進(jìn)步傳輸容量的方法有一定的局限性，使其在電力網(wǎng)絡(luò)這種呈現(xiàn)高速擴(kuò)容及復(fù)雜拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)中漸漸難以滿足組網(wǎng)的要求，因此從目前的電復(fù)用方式轉(zhuǎn)向光復(fù)用方式，將是電力光纖網(wǎng)絡(luò)的必然發(fā)展方向。光復(fù)用方式有光時分復(fù)用、波分復(fù)用和頻分復(fù)用等方式，其中波分復(fù)用技術(shù)已逐漸進(jìn)進(jìn)大規(guī)模商用階段。由于采用電時分復(fù)用系統(tǒng)的擴(kuò)容潛力已盡，而光纖的200mm可用帶寬資源。僅僅利用了不到1，假如同時在一根光纖上傳送多個發(fā)送波長適當(dāng)錯開的光源信號，則可以大大增加光纖的信息傳輸容量，這就是波分復(fù)用的基本思路。采用波分復(fù)用系統(tǒng)的主要好處是，充分利用光纖的巨大帶寬資源，使傳輸容量可以迅速擴(kuò)大幾倍甚至上百倍，在大容量長途傳輸時可以節(jié)約大量光纖和再生器，大大降低傳輸本錢。波分復(fù)用技術(shù)在電力光纖網(wǎng)絡(luò)上具有相當(dāng)大的發(fā)展?jié)摿�，可以�?jié)省電力光纖網(wǎng)長間隔傳輸?shù)谋惧X，進(jìn)步電力光纖網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)目煽啃�。因此，隨著波分復(fù)用技術(shù)的逐漸成熟和演化，波分復(fù)用技術(shù)將在電力保護(hù)光纖網(wǎng)絡(luò)上得到廣泛的使用。

2.2電力網(wǎng)絡(luò)用光纜目前電力光纖網(wǎng)絡(luò)使用的光纜主要有三種：普通非金屬光纜、自承式光纜和排擠地線復(fù)合光纜。可以發(fā)現(xiàn)，排擠地線復(fù)合光纜固然造價較高，但在高電壓等級及同桿雙回和多回線路使用時，占線路綜合造價比例較低，并可以兼作繼電保護(hù)通道。以1條220kV線路為例，采用光纖保護(hù)與采用高頻保護(hù)的價格相當(dāng)，但高頻保護(hù)在線路兩側(cè)還需要增設(shè)阻波器、耦合電容器和結(jié)合濾波器等設(shè)備，排擠地線復(fù)合光纜則顯得更為經(jīng)濟(jì)，而且還具有可靠性高、維護(hù)用度低的優(yōu)點(diǎn)。隨著光纜綜合價格的下降，排擠地線復(fù)合光纜在電力光纖網(wǎng)絡(luò)中將得到廣泛的應(yīng)用�！　�

3光纖保護(hù)的基本方式及其特點(diǎn)光纖保護(hù)目前已在國內(nèi)部分地區(qū)得到較為廣泛的使用，對已投進(jìn)運(yùn)行的光纖保護(hù)，按原理劃分主要有光纖電流差動保護(hù)和光纖閉鎖式、答應(yīng)式縱聯(lián)保護(hù)兩種。

3.1光纖電流差動保護(hù)光纖電流差動保護(hù)是在電流差動保護(hù)的基礎(chǔ)上演化而來的，基本保護(hù)原理也是基于克希霍夫基本電流定律，它能夠理想地使保護(hù)實(shí)現(xiàn)單元化，原理簡單，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，進(jìn)步了運(yùn)行的可靠性。目前電流差動保護(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、動作簡單可靠快速、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)形式所無法相比的。光纖電流差動保護(hù)在繼續(xù)了電流差動保護(hù)這些優(yōu)點(diǎn)的同時，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側(cè)。差動保護(hù)的優(yōu)點(diǎn)：原理簡單，基于基爾霍夫定律；具有自然的選相功能，同桿雙回線跨線故障；弱電源，保護(hù)自動投進(jìn)，自適應(yīng)系統(tǒng)運(yùn)行方式；不受振蕩影響，任何故障快速動作；不受TV斷線影響，優(yōu)于方向保護(hù)；耐受過渡電阻能力強(qiáng)；不受功率倒向影響；適應(yīng)于串補(bǔ)線路；適用于短線路。差動保護(hù)的缺點(diǎn)：對光纖通道的依靠性強(qiáng)，要求通道不中斷、誤碼率要低；不同光纖差動保護(hù)需要不同的通道；只能和同型號的光纖差動構(gòu)成整套主保護(hù)，用旁路斷路器帶線路斷路器時不易配合；一個半接線方式，TV飽和，有原理上的缺陷，解決辦法：引進(jìn)兩組TV的電流。時間同步和誤碼校驗(yàn)題目是光纖電流差動保護(hù)面臨的主要技術(shù)題目。同步方式有數(shù)值同步、硬件采樣同步、模型同步、GPS同步。在復(fù)用通道的光纖保護(hù)上，保護(hù)與復(fù)用裝置時間同步的題目，對于光纖電流差動保護(hù)的正確運(yùn)行起到要害的作用，因此目前光纖差動電流保護(hù)都采用主從方式，以保證時鐘的同步，現(xiàn)以差動保護(hù)為例先容基于主從方式的時鐘同步，如圖2所示。

3.2光纖閉鎖式、答應(yīng)式縱聯(lián)保護(hù)光纖閉鎖式、答應(yīng)式縱聯(lián)保護(hù)是在目前高頻閉鎖式、答應(yīng)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，從而進(jìn)步保護(hù)動作的可靠性。光纖閉鎖保護(hù)的鑒頻信號能很好地對光纖保護(hù)通道起到監(jiān)視作用，這比目前高頻閉鎖保護(hù)需要值班職員定時交換信號，以鑒定通道正�？煽颗c否靈敏了很多，進(jìn)步了閉鎖式保護(hù)的動作可靠性。此外由于光纖閉鎖式、答應(yīng)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)即可接進(jìn)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、答應(yīng)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。　　

4光纖保護(hù)實(shí)際應(yīng)用中存在的題目　　

4.1施工工藝題目光纖保護(hù)是超高壓線路的主保護(hù)，通道的安全可靠對電力系統(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，因此假如在保護(hù)裝置投進(jìn)運(yùn)行前的施工、測試中存在誤差，則會導(dǎo)致保護(hù)裝置的誤動作，進(jìn)而影響全網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

4.2通道雙重化題目光纖保護(hù)用于220kV及以上電網(wǎng)時，按照220kV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，假如使用2套光纖保護(hù)作為線路的主保護(hù)，通道雙重化的題目則一直限制著光纖保護(hù)的大規(guī)模推廣應(yīng)用。

4.3光纖保護(hù)治理界面的劃分題目隨著保護(hù)與通訊銜接的日益緊密，繼電保護(hù)專業(yè)與通訊專業(yè)治理界面日益難以區(qū)分，如不從制度上解決這一題目，將直接影響到光纖保護(hù)的可靠運(yùn)行。對于獨(dú)立纖芯的保護(hù)，通訊專業(yè)與繼電保護(hù)專業(yè)治理的分界點(diǎn)在通訊機(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)職員具備一定的光纖校驗(yàn)維護(hù)技能。盡管目前光纖保護(hù)在長間隔和超高壓輸電線路上的應(yīng)用還存在一定的局限性，但是從長遠(yuǎn)看，隨著光纖網(wǎng)絡(luò)的逐步完善、光纖保護(hù)必將占據(jù)線路保護(hù)的主導(dǎo)地位。