继电保护光纤通道的分析探讨

王伟1孙睿2刘朋蓓3

摘要：高频保护以输电线路作为传输媒介，由于其完全依赖于输电线路，在线路发生故障时通道可能遭到破坏，且抗干扰能力较弱，运行可靠性降低，不利于高电压、大电网的安全稳定。基于光纤通信具有通信容量大、抗干扰、运行稳定等优点，把继电保护通道光纤化改造作为加快电网发展的首要工作。本文对继电保护光纤通道进行分析，探讨保护研究的相差因素。

关键词：继电保护；光纤通道；分析探讨

1导言

光纤通信与其他介质为基础的通信相比具有十分明显的优点：第一，对来自外部环境的各种干扰几乎可以无视；第二，具有很大的容量。以上两个优势使得光纤在继电保护中的应用具有更高的可靠性和安全性，从而对保证整个电力系统的安全稳定的运行具有十分重要的意义。

2光纤通道在继电保护中的优势

2.1继电保护是研究电力系统故障和危机安全运行的异常工况，以探究其对策的反事故自动化措施。在继电保护的过程中曾主要由触点的继电器来保护电力系统及其元件，使之免遭损害。当电力系统发生故障或异常工况时，在可能实现的最短时间内和最小区域内，自动将故障设备从系统中切除，或发出危险信号，由工作人员消除异常状况，以减轻或避免设备的损坏和相邻地区供电的影响。2.2继电保护必须要在技术上满足选择性、速动性、灵敏性和可靠性。通常光纤纵联保护是采用专用的传输通道。采用专用的传输通道避免了与其它通信系统的干扰，也减少了信号的传输量，恰恰满足了继电保护在技术上的可靠性。除了专用通道的光纤纵联保护，还有复用光纤纵联保护。复用光纤纵联保护与客户两端的接线是非常简单而且快捷的，通常有利于运行维修与保护，也可以方便的进行电信号的转换，利于发挥光纤通道在继电保护上的优势，也大大提高了光芯的利用效率，为节省开支，提高经济效益而做出贡献。复用光纤纵联保护与专用光纤纵联保护都是允许式保护。

图1复用光纤通道

2.3光纤通道的容量是巨大的，不受天气和外界的干扰，可以构建很可靠的通道。在巨大的容量面前，信息的传输量也是非常庞大的。因此，光纤通道的工作可靠性远远高于其它通道。在电力系统中，各个环节和不同层次具有相应的信息与控制系统，对电能的生产过程进行测量、调节、控制、保护、通信和调度，以保证用户获得安全、经济、优质的电能。而光纤通道可以不受磁干扰以及天气的干扰，对于电力系统来说是非常重要的。

2.4光纤通道具备着解调和识别功能，能够和本机光源的低频输出调制功能配合使用，实现对纤和波长的识别功能。光纤的解调灵敏度也是不可忽视的，优于-50dBm；可识别的已调低频方波频率。在光纤电流差动保护中，是具有重大的保护意义的。

3光纤通道与接口

3.1光发送器

所谓光发送器，就是将继电保护中所涉及的各种信号和数据转变为光的形式，进行传输的仪器。目前市面上常见的光发送器主要是由铝石钕榴石激光器以及砷镓铝发光二极管构成的，因为二极管具有使用寿命长和体积小等特点，所以广泛的应用于光传输器的研发中。

3.2光接收器

所谓光接收器，就是同光发送器相对应的信号接收工具，其主要的元件也是主光电二极管。

3.3光纤

所谓光纤，就是利用光的传播特点，来实现对信号的传送和接收。一般来说，光纤的材料为石英丝，因为空心的石英丝具有高容量的特点，所以是光纤的首选材料。而其他金属材料虽然具有较强的导电性，但是其容量却远远不及石英丝，且在实践中我们发现，金属材料还有一个非常大的缺点就是容易被腐蚀，这在很大程度上降低了其使用中的可靠性。如果必须采用金属导线的话，则需要配备中继器等辅助设备来帮助其功能更好的实现。随着我国人们生活水平的提高，居民用电量的显著增加，对我国电网运行的提出了更高的要求，我们必须不断的研发和改进现有的电网系统技术，光纤通道的这种高容量的特性正符合现代电网通讯的要求。

3.4工作可靠

我们都知道，电力系统在运行的过程中会产生很大的电磁干扰，而这些干扰因素也是导致继电保护出现运行故障的最重要的原因之一，所以，如果能够克服或者减少电磁干扰，将会很大程度上提高继电保护装置运行的可靠性。除此之外，继电保护装置的运行过程中信号的传输还易受到各种极端天气的影响，严重的会导致信号衰弱至无法识别。而光纤通道技术的应用完全克服了上述缺点，首先，光纤通道受电磁波的影响很小，具有很强的运行的稳定性，其次，光纤通道的运行不易受到各种恶劣天气的影响，这两个特点使其具备了传统信号传输设备所无法比拟的工作可靠性。所谓光纤保护，就是指基于光纤运行原理的各种系统保护装置，主要有光纤电流差动保护、光纤距离保护、光纤方向保护以及光纤命令传输等。在光纤技术引入到继电保护中后，以往的通道模式也随之发生变化。对于逻辑命令信号来说，其不对称性对于光纤信号传输的影响不大，即无论是光纤距离还是方向保护都不会受到信息不对称的干扰，可以正常的运行。而电流相量的相关信息的传递和接收则必须要通过光纤电流差动保护来实现，所以，对于电流相量进行控制时，要实现双向传输，否则就会导致制动误差。值得注意的是，在使用辅助设备对光纤通道进行切换模式的转换时，应首先检查收发路由的接口是否吻合，其次在切换的过程中要始终保持二者的同步进行，以免发生通道警报。

4光纤应用于继电保护的模拟量测量

任何一套继电保护装置都要用TA、TV测量输电线路上的电流、电压。应用光纤测量的一种简单方法是用光纤将TA、TV与保护装置联接起来，这种测没方法能够避免强电磁干扰对测量信号的影响，提高测量精度和设备的安全性。另一种方法时应用光纤变流器取代电磁式的TA、TV。这种测量无饱和现象，可以准确地反映故障情况下的电流、电压量。应用于计算机保护更为有利，可以把经光纤变流器测量后的数字量直接输入计算机保护，而不用进行A/D和D/A变换，将会大大提高动作时间和计算精度。

5光纤作为继电保护的信号通道

在信号的远距离传输中，如果利用光纤作为信号传递的介质，那么在整条传输线路中每到一定的间隔必须设置一个中继器，也就是常说的光-电-光中继器。继电保护中光纤作为信号传送的通道，在很多方面都被广泛的采用，主要表现在以下几个方面：1）电流纵差保护中的导引线；2）继电保护装置的联络线高频保护中对控制室以及载波机的保护往往用到光纤作为联络线。除此之外，光纤还作为微波保护中发射塔和保护装置之间的联络线；3）变电站或控制室内的继电保护信号传输线光纤在对计算机多机进行保护的时候，连接微机之间以及各种测量或者其他终端设备，从而保证这些数据之间的数据传输。在继电保护通道中以光纤作为传输介质具有十分明显的优势，可以最大限度的避免外部环境对于通道的干扰，从而保证信号传输的通畅、精确。特别是应用于短线电流纵差保护，对由于感应电压或故障电流大而引起的过电压造成对通道和设备的危害是一个最有效的解决方法。因此，研究光纤通信在继电保护中的应用，国内外的研究方向首先是针对短线纵差保护。另外，在短线上应用光纤纵差保护避免了距离保护由于距离短存在的超范围误动和弧光电阻造成的拒动问题。

6光纤通信系统的复用在继电保护中的应用

对于短线电流纵差保护中的光纤通道，应该研究和应用信号各路传输的复用技术，传输各相电流及其他保护信号，做到分相传输、分相比较、分相眺闸，使继电保护性能得到提高。随着光纤在电力通信中的推广运用，使继电保护应用光纤以数字或模拟形式传输多路电流、电压信号，并在较长输电线路上采用分相电流纵差保护成为可能，而电流差动保护原理的优越性能更非其他原理所能比拟。

7结语

基于光纤通信具有通信容量大、抗干扰、运行稳定等优点，故应把继电保护通道光纤化改造作为加快电网发展的首要工作。在制订保护光纤化改造方案的时候，要考虑到检修、调度及运行单位密切配合的问题。电网线路保护通道的全光纤化改造工作可以彻底解决线路保护高频每天进行通道检测的问题，应大力推进，有利于进一步降低了电网的运行维护成本。

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