浅谈高压电线路光纤保护通道的应用

2015-03-11朱海

建材与装饰 2015年51期

朱海

（国网江西省电力公司抚州供电分公司）

1 前言

高频纵联闭锁距离和方向保护伴随着微机保护的快速发展，成为了主要的保护措施，这两者组成的双重化保护成为了配置高压电线路保护的主要方式，并对电力系统中安全稳定运行的维护起到了重要作用，其中保护通道一般属于高频载波通道。在电力系统中光纤技术的使用领域越来越广泛，也受到了越来越多的关注，促进了传输继电保护信息通道的转变，即由高频载波通道转变成了光纤通道。

目前，社会的发展越来越受到了电力资源的制约，用户对用电质量和需求的增加促进了电网的发展，从而电力系统的覆盖范围越来越广且复杂度越变越大，由此电力系统需要越来越高的安全稳定运行要求。高压电线路电流差动保护与高频闭锁保护相比具有很多优点，比如较广的适应范围、较高的可靠性和简单的原理等，使得高压电线路电流差动保护成为主流的线路保护发展方向，其中高频闭锁保护是以高频通道为基础的。光纤通道在电力系统的高压电线路保护中的使用越来越多，但是光纤通道在工程应用中出现了一些亟需解决的问题，这些问题影响了电力系统中设备的安全稳定运行。

2 光纤分类及光纤通道的特点

在电力系统中，光纤通道与常用的高频通道相比，是以光纤来作为传输介质，它具有不受电网运行方式、抗干扰能力强、传输容量大、具有绝缘性和传输损耗低等优点。在继电保护应用中，光纤通道为推广电流差动保护在技术方面提供了强大的支持；在工程应用中，光纤通道的故障率较低，为继电保护和设备的日常运行及维护提供了较高的可靠性，在此与高频通道相比具有很大的优势。由此可知，在高压电线路的保护通道中光纤通道的应用已成为主流。

光导纤维通常缩写为光纤，它是直径为0.1mm的玻璃细丝。光纤由包层和纤芯共同组成，在电力系统的继电保护中得到了广泛的应用。光信号在纤芯中进行传输，包层是为了保护纤芯，主要起到了电缆外层的功能，增强了光缆的机械强度。

根据不同的原材料，可以将光纤分为复合材料光纤、石英光纤、全塑料光纤和多成分玻璃光纤等；根据不同的传输模式，可以将光纤分为多模光纤和单模光纤；根据不同的工作波长，可以将光纤分为波长1.31μm和1.55μm的长波长光纤、波长0.85μm的短波长光纤和超长光纤。如表1所示，对多模光纤和单模光纤进行了对比。

表1 多模光纤与单模光纤对比

3 光纤通道中的问题和原因

高压电线路保护中常用的三种通道方式为：高频通道、光纤复用通道和光纤专用通道。当全网电压为220kV或高于220kV时，将光纤通道使用在电网的输电线路保护中，并对此进行分析如下：

（1）在高压电线路保护中全部采用的都是光纤通道方式，其中采用了十四条无迂回路由的输电线路。在Ⅲ级通信网中，将单台光传输设备配置给骨干光纤通信网的各个站点，且将子网保护环方式和复用段保护环用于网络中。

①如图1中所示，架设在单根地线光缆上的是4条220kV的输电线路，专用光纤保护通道中断发生在光缆中断的时候，两纤自愈环保护方式在通信传输环网运行中使用，可以对路由自动生成进行保护，光缆中断时需要对保护复用通道进行倒换，此时的时延影响了对通道的安全保护，所以采用双套保护来预防光缆中断带来的影响。

图1 两纤自愈环保护方式

②如图2中所示，架设在单根地线光缆上的是7条220kV的输电线路，通信接入到主干网上采用的是支线链路，复用通道和专用通道被采用给所有的高压输电线路，由于光缆是同一根，所以即使使用的是不同的纤芯，当光缆在发生终端的情况下，同一条高压输电线路上所具有的全部保护通道也都会被中断，从而使得输电线路终止运行。

图2 支线链路保护方式

（2）如图3中所示，在高压输电线路保护中，采用的全部都是光纤复用通道方式，将套光传输设备使用在通信传输网络的大部分站点上，采用的运行方式是子网环保护方式。环网内线路相同的保护通道的运行方式采用的是双向分流方式，这样在线路光缆中断时可以避免相同线路保护通道的中断情况，由于各个站点上的通信传输设备只有一套，所以当传输设备发生故障的时候会中断与其相关的所有光纤复用保护通道，即造成线路停止运行。

图3 双向分流保护方式

（3）单个变电站之间的出线间隔较多，这样会导致有六个站点上的单套光通信传输设备承载了数量为6条以上的保护光纤复用通道，其中部分高压电线路保护中没有其他可用的方式通道，这样加剧了设备运行的压力。

如图4中所示，当单套设备发生故障的时候，会使得与本站点相关的线路和复用通道一起停止运行且中断；当发生故障的设备需要较长时间来进行恢复的时候，会使得本站点上的多条高压电线路保护通道在同种方式下运行。

图4 超承载站点保护方式

4 建议及措施

（1）对骨干通信网进行更新和改进，对早期电力系统网络中的一些单一功能设备进行更换，有效预防传输环路在倒换时对保护通道形成的影响。

（2）核查并合理分配整个电力系统网络中高压电线路的光纤保护电路，对相应的资源库进行建立，相同线路中的不同光纤保护通道运行时不能在相同的光缆中，可以对其进行分配，使得其中一个通道采用直达光缆路由，而另一个通道采用光传输迂回路由，这样可以使得电路路由安全合理运行。

（3）通过建立独立的双环网来避免单点设备和单条光缆在发生故障时对电网运行的影响。

（4）将无直达光缆线路或单条光缆线路设置在双回及多回线路上，增加架设新的光缆类型，按照站点规划来合理选择建设光缆类型，以此满足不同业务需求和不同级别电路需求。

（5）路保护通道使用光纤通道时必须采用独立的双路由，否则在线路保护通道中必须采用高频通道，这样是为了避免单光缆和通信单点设备发生故障造成的一次线路停止运行。

（6）对核心站点合理增加双套光传输设备，用来在光纤保护通道中对承载进行合理的分配，这样是为了当单套节点设备在发生故障时，避免对多套线路保护业务造成影响。

5 光纤通道的应用

光纤技术的主要应用是将电信号变为光信号在通道中对信号进行传递。光纤传输的优点有：频率高、衰减小、信息传递多和抗干扰的能力强等等，所以光信号具有明显的防电磁干扰的优势。在高压电网的地线上设置光缆可以构成光纤通信网，这样则具备了通信和地线两种和功能。

光纤直接在线路保护中传递信息的通道是专用通道，其中两端保护装置采用的是一对一的发送，这种线路具有很高的可靠性，但是限制了距离和利用率。将保护装置连接到光电转换器上而实现光信号到电信号的转变，然后电信号通过电缆传输给复用设备，这样的通道是复用通道，这种通道可以在资源紧张的情况下有效提高光纤的利用率，这是由于在信号传递过程中的传输距离增加了，但是造成管理困难和大量的维护工作。