继电保护光纤通信应用技术综述

姜赫原，初铭昭

(中国石油大学(华东)，山东 青岛 266580)

0 引 言

220 kV及以上的输电线路是我国的主要电力传输通道，具有传输容量大、电压等级高等特点，一旦发生安全事故，将极大地影响电力系统的安全运行。因此，通常利用继电保护装置切除故障。目前，用电需求逐年上升，对线路安全提出了更高要求。光纤通信技术应用于继电保护，有效了提高稳定性，已引起人们的广泛关注。因此，探讨继电保护光纤通信应用技术具有重要的现实意义。

1 继电保护光纤通信技术的应用优势

1.1 抗干扰能力强

普通的载波通道受人为因素、环境因素影响会出现电磁干扰。人为因素主要是由于操作不当引起的；环境主要与天气情况有关，如果遇到异常恶劣的天气，电气设备甚至无法正常工作[1]。光纤的材质是绝缘性能较好的石英或玻璃丝，可有效避免外界电磁的干扰，保证电力系统的正常运行。

1.2 信息传输量大

为了满足人们日益增长的用电需求，需要利用光纤通道代替传统的微波通道。传统微波通道容量一般只有960路，而光纤通道可以将通道容量扩大到1 920路，特定波长段时甚至可以扩大至7 680路。此外，电力系统中，光纤通信技术使用的载波频率大约为普通载波频率的100倍。因此，应用于继电保护的光纤通信技术具有信息传输量大的特点[2]。

1.3 传输质量高

传输质量高是光纤通信技术最主要的应用优势之一。传输质量高主要体现在光纤具有较强的自愈力。当光纤通信网络出现问题时，在没有人工干预的条件下，可短时间内自动修复局部故障，进而保障用户的用电需求。目前，SDH同步数字体系应用于电力网络的通信领域，有效融合了协议和技术，进而紧密结合复接、线路传输以及交换功能，并且利用统一的网关系统向网络中传送信息数据。这种强大的自我保护与恢复功能有效提高传输质量[3]。

2 光纤通信技术在继电保护中的具体应用

2.1 光纤电流差动保护

光纤电流差动保护以克希霍夫的基本电流定律为原理，以基本电流定律原理为基础，确保光纤差动保护运行的可靠性。目前，与光纤电流差动保护有关的线路、母线、变压器等，广泛应用于电力系统。光纤电流差动保护具有灵敏性高、可靠性强、耐受过度电阻等优点。此外，光纤电流差动保护在窜补线路与短线路中具有较强优势，但也具有一定的缺点，主要体现在对光纤通道具有较强依赖性。光纤通道必须保持连续性，不可以中途停止，并且不同的光纤需要利用不同的通道给予保障[4]。在光纤电流差动保护中引入两组TV电流，可以有效解决这些弊端。采用主-主和2 Mb的数字接口，可以解决时间同步、误码校验等问题。

2.2 光纤闭锁式、允许式的联动保护

光纤闭锁式、允许式的联动保护以高频闭锁式、允许式纵联保护为基础，具有改造方便、灵敏性强、稳定性高等优点。光纤闭锁式、允许式的联动保护与光纤电流纵差保护大不相同。它不会受到两端TA特性、负荷电流、线路分布电容电流的影响。光纤通道的敷设结束后，调换光收发讯机，进而将光纤闭锁式、允许式的联动保护接入高频保护中[5]。

3 光纤通信技术在继电保护中的应用问题

3.1 施工工艺问题

高压线路中应用光纤通信技术，其通道的安全性能将影响电力系统的整体安全性和稳定性。光纤通信的连接工作具有许多复杂环节，因此要求施工工艺技术高。施工中经常出现保护装置调试不当、选型设计不合理等问题，影响继电保护的应用效果，进而影响电力系统的稳定性与安全性。

3.2 光纤保护管理界面划分问题

目前，我国光纤通信技术与继电保护之间的联系日益紧密，难以明确划分光纤通信的专业管理界面与继电保护的专业管理界面，增加了继电保护施工人员的工作压力。继电保护施工人员不能只从制度角度划分光纤保护界面管理，需要具有较高的专业素养，综合分析多种因素[6]。通常，我国可以在光纤配线架上设置继电保护专业与通信专业的界面分界线。继电保护的运维人员需要定期维修配线架上的尾纤，同时相关部门应注意提高继电保护处理人员的光纤校验技术和有机光纤维护技能。企业可以通过定期培训的方式提高相关人员的专业技能。

3.3 其他方面的问题

互联网时代背景下，光纤通道的自愈路径与可变路径逐渐增多。虽然提高了光纤通信技术的可靠性，但是在应用方面，继电保护光纤通道安全自动装置逐渐出现一系列问题。比如，单纤通道一旦发生中断，通道双向路由就会不一致，进而造成通道收到的信息与发出的信息不一致，降低继电保护装置的灵敏性，区外故障引发误动等问题。

4 光纤通道与继电保护的配合方式

4.1 专用光纤通道

专用光纤通道由光纤与纵联保护组成，保护通道由两根纤芯构成，专用光纤通道要注意传输继电保护信息。专用光纤通道构成方式的保护装置中间没有任何设备的复接，直接与光纤进行连接。专用光纤通道的配合方式中间没有繁琐的传输环节与系统构成，但是无法充分利用纤芯。生活中常用的单独专用光芯为FOX-40，降低了与其他环节的联系，提高了传输使用的可靠性，但维护时的环节较为繁琐，经常出现接头破损问题。与复用光纤通道方式相比，纤芯的利用效率较低[7]。采用专用光纤通道配合方式，在光纤衰耗与光发收功率的影响下，应尽量缩短连接站点的距离。如果光纤出现中断现象，就会中断全部保护信号，没有其他传输路由代替。因此，专用通道光纤都会应用于不大于100 km的线路。

4.2 复用光纤通道

同步数字体系光纤通信网络保护传输过程中的信号，是复用光纤通道的主要通信方式，有效弥补了专用光纤通道的弊端，进一步提高了纤芯的利用率。复用通道方式可以实现远距离传输，且内部具有较多迂回路由。复用光纤通道的继电保护提倡使用同向64 kb/s速率编码数据链连接技术。这种技术创建的通道方式有两种，即2 Mb通道方式和利用PCM终端完成转接。复用光纤具有接口简单、后期维护工作量小等优点，但涉及的环节较多，日常巡查工作需要严格执行。复用方式保护甬道最复杂的部分是SDH光纤通信网。SDH光纤通信中的基本结构为网环，具有同步传输、自愈功能。通道一旦出现故障，SDH的通信系统会在迂回甬道与主通道之间自动切换。复用光纤通道中，切换准备通道主要利用操作压板方式和继电保护装置完成[8]。

5 光纤通道故障点分析及初步定位

继电保护光纤通信应用技术中采用专用光纤通道不易出现问题。专用光纤通道内部所含装置较少，只有保护装置与线路光纤。工程进行设计时，提倡采用线路光纤分开熔接方式，从变电站中门型构架与通信用光纤分开熔接。用光纤可以不通过通信室直接进入到继保小室，有效避免发生通道故障。复用光纤通道传输过程中具有许多复杂环节，增加了问题出现的概率。其中，保护装置和保护装置的接口问题是通道报警故障发生的主要原因。

继电保护光纤通信技术的保护装置建立在自愈能力较强的SDH光通信网络、准备双通道的基础上。目前，我国继电保护光纤通信技术中通常具有通道误码与终端的功能，可有效防止装置出现误动。研究发现，继电保护中应用光纤通信技术，可以及时发现光纤通道设备出现的问题，且检修光纤通道设备只会造成通道的中断，不会引起继电保护装置的误动。

6 结 论

综上所述，继电保护光纤通信应用技术决定了电力系统是否能够正常运行。此外，光纤通信应用技术具有抗干扰能力强、信息传输量大、传输质量高等优势应引起相关部门的重视。具体实施中，首先分析光纤通信应用中存在的施工工艺、光纤保护管理界面划分等问题。其次，探讨专用光纤通道、复用光纤通道的配合方式。最后，研究光纤通道故障点及初步定位，进而为我国电力系统的安全运行提供借鉴。