继电保护光纤复用技术应用探究

艾永俊，卢坤，韦照艳

（广东水电云南投资有限公司，云南 红河 661100）

0 前言

1 继电保护光纤复用技术

继电保护是电力系统中非常重要的一部分，其作用是在电力系统发生故障时，通过对故障信号进行检测、判断和处理，保护电力设备的安全运行。继电保护的主要任务是在故障发生时迅速切除故障部分，保护电力设备不受进一步损坏，同时确保电力系统的可靠运行。

在传统的继电保护系统中，通信方式主要采用硬线传输，即通过电缆或导线进行信号传输。然而，随着电力系统的不断发展和扩大，传统的继电保护系统已经无法满足日益增长的通信需求。光纤复用技术作为一种新兴的通信技术，逐渐应用于继电保护系统中，以满足系统的高可靠性和高效性需求[3]。

光纤复用技术是指通过将多个信号在不同频率上进行复用，通过光纤传输进行传输的技术。它可以将不同的继电保护信号进行合并传输，提高信号传输的效率和可靠性。光纤复用技术可以实现多信号同时传输，避免了传统继电保护系统中需要大量的传输线路的问题，同时还可以提供更高的带宽和更低的传输损耗[4]。

继电保护光纤复用技术的应用不仅可以提高信号传输的效率和可靠性，还可以减少传输线路的数量和占用的空间。此外，光纤复用技术还具有抗电磁干扰、抗干扰能力强的特点，能够更好地适应复杂的电力系统环境。

2 光纤复用技术继电保护系统

光纤复用技术的核心是光纤复用器，其主要功能是将多个继电保护通道的信号进行复用，并通过一根光纤进行传输。光纤复用器具有多个输入通道和一个输出通道，每个输入通道对应一个继电保护通道。在复用器内部，通过光纤复用技术将多个输入通道的信号进行复用，然后通过一根光纤将复用后的信号传输到远端的解复用器[5]，如图1 所示。

图1 继电保护装置和SDH光传输系统示意图

2.1 继电保护的基本原理

在电力系统中，继电保护主要分为两类，一类是主保护，一类是后备保护。主保护是指在电力系统发生故障时，第一时间启动的保护设备，其作用是迅速切除故障部分，保证电力系统的正常运行。后备保护是指在主保护失效或无法满足保护要求时启动的保护设备，其作用是提供备用的保护措施，保证电力系统的安全运行。继电保护的工作原理主要基于电力系统的电流和电压的测量，通过比较测量值和设定值的差异来判断是否存在故障，然后根据故障的类型和位置来采取相应的保护措施。

2）督导评价。教学督导人员通常由校内专业技术水平高、教学经验丰富的高年资教师担任，监督“教”“学”并引导教师提高教学水平和指导学生提升学习效率。高校成立专门的教学督导队伍，督导人员通过随机听课、跟踪听课、观摩教学、教学检查等形式参与实践教学，对教学质量进行评价，并及时将评价意见反馈给师生，指出存在问题，提出改进建议，帮助教师和学生增强“教”“学”效果。

在继电保护中，光纤复用技术主要用于传输保护信号和故障信息。传统的继电保护系统需要使用多条独立通道来传输不同的保护信号，造成光纤资源的浪费。而光纤复用技术可以将多个保护信号通过一条光纤传输，节省了光纤资源，提高了系统的可靠性和经济性[6]。此外，光纤复用技术还可以实现对保护信号的监测和调度，提高了继电保护系统的运行效率。

2.2 SDH光传输设备的基本原理

继电保护光纤复用技术是一种将继电保护信号通过光纤传输的技术，它可以有效解决传统继电保护系统中存在的信号干扰、传输距离受限等问题。而SDH 光传输设备作为继电保护光纤复用技术的关键组成部分，具有重要的作用。

SDH（Synchronous Digital Hierarchy） 光传输设备是一种同步数字层次传输技术，它基于光纤传输介质，通过光电转换和数字调制等技术，将继电保护信号转换为数字信号，并通过光纤进行传输。SDH 光传输设备采用同步传输的方式，能够实现高速、可靠的信号传输，具有很高的抗干扰能力和传输距离受限小的特点。在继电保护光纤复用技术中，SDH 光传输设备起到了连接继电保护设备和光纤传输网络的桥梁作用，能够将继电保护信号传输到远距离的终端设备，实现远程监控和控制[7]。

SDH 光传输设备的应用广泛，不仅可以用于继电保护系统中，还可以用于电力、通信、铁路等领域的数据传输。在继电保护光纤复用技术中，SDH 光传输设备可以与继电保护设备相配合，实现对电力系统的快速故障检测和定位，提高电力系统的可靠性和稳定性[5]。同时，SDH 光传输设备还可以用于通信领域，实现电话、宽带等数据的高速传输。在铁路领域，SDH 光传输设备可以用于信号控制系统，实现对列车运行状态的监控和控制[8]。

2.3 光纤复用技术的基本原理

光纤复用技术是一种在光纤通信系统中利用一根光纤传输多个信号的技术。它通过在不同波长或时间上将多个信号合并在一根光纤中传输，实现了光纤资源的高效利用。光纤复用技术主要分为波分复用（Wavelength Division Multiplexing，WDM） 和时分复用（Time Division Multiplexing，TDM）两种[9]。

波分复用是指利用不同波长的光信号传输多个独立的信道。在波分复用系统中，光信号经过调制器调制成不同波长的光，在光纤中传输，最后经过解调器解调还原成原始信号。波分复用技术具有传输容量大、灵活性高、扩展性强的优点，广泛应用于长距离光纤通信系统中[9]。

时分复用是指通过将多个信号按照时间片的方式分时传输，实现多个信号在同一根光纤中传输。在时分复用系统中，每个信号在不同的时间段内传输，通过光开关控制信号的接收和发送时间。时分复用技术具有传输效率高、系统简单可靠的优点，适用于短距离光纤通信系统[10]。

光纤复用技术的应用可以提高光纤通信系统的传输能力和资源利用率，满足日益增长的通信需求。在继电保护系统中，光纤复用技术可以实现多个保护通道在同一根光纤中传输，提高通信带宽和可靠性。同时，光纤复用技术还可以减少光纤敷设的成本和维护费用，提高继电保护系统的经济性和可持续发展能力。

3 应用案例分析

3.1 应用场景

某电厂电力通信网传输A 网2011 年投运，业务涵盖了水情业务、自动化业务、继电保护与安全自动装置控制信息、电力调度数据网络、调度会议系统等,承担着某电厂安全生产、办公等重要业务的基础通信服务。2022 年云南电网规划建设研究中心文件要求，需对地区220 kV线路进行加强工程规划建设。目前某电厂的调度传输A 网已使用了10 年之久，由于相关厂家停止了设备的更新，缺乏有效的技术支持和维护。因此，引入新技术应用成为最终解决方案，以确保数据高效传输和设备的安全、可靠运行。

3.2 技术应用

根据地区电网规划意见及电厂现状得知，项目规划建设后，220 kV 某电厂的电力线路情况由220 kV 开关站改接至500 kV 开关站，线路全长发生改变。目前220 kV 某电厂所使用的A 网SDH 光传输设备最小的光接口速率为STM-1（155 Mbit/s）的2 Mbit/s 电信号（E1，HDB3 码），并不支持2 Mbit/s 光接口。由于继电保护装置（如PSL-603UA2-N-Z 保护装置）只能传输（2Mbit/s）光，因此它们不能和SDH光传输设备进行有效的联系，必须使用光电转换设备（如MUX2M）来有效地连接其光传输设备。通过MUX2M，我们可以将光信号转换成2 Mbit/s 的电信号，并通过同轴电缆传输到SDH 光传输设备的E1 接口。然后，SDH 光传输装置将这些电信号重新映射成VC-4 信号，通过电光转换实现高阶光信号的传输。如果信号传输过来，我们可以通过反向运算来实现信号的传输，从而使得信号能够被传送给指定的继电保护设备[11]，如图2 所示。

图2 继电保护装置和SDH光传输系统连接图

根据图2 分析，继电保护装置通过SDH 光传输网络与对侧保护装置连接的情况，这种连接方式有8 个隐患点。一旦保护通道出现故障，就很难检查哪个环节出了问题。必须派人到开关站两端及发电厂侧进行联合调整，并通过分段自环定位故障。此外，应急维修不仅涉及通信和保护部门的工作人员，而且线路两侧属于不同的供电公司，将导致需要两个单位和四个部门或更多的人力来长时间的联系、调试和消除故障。且继电保护装置不能直接与SDH 光传输设备连接，接口标准不统一，协议编码转换过多，这些是影响继电保护通道可靠性的主要因素[12]。

所以，解决220 kV 某电厂安全可靠运行的关键是：减少中间光电转换设备、优化继电保装置业务和SDH 光传输设备连接方式[13]，如图3 所示。

图3 继电保护装置和SDH光传输设备通过2M光接口直连

3.3 应用效果

1）继电保护光纤复用技术的应用，实现了地区电网对电力系统中各个继电保护设备的监控和管理。在传统的电力系统中，对继电保护设备的监控和管理往往需要人工进行，效率低下且容易出现人为错误。而继电保护光纤复用技术的应用可以实现对继电保护设备的远程监控和管理。通过光纤的传输和复用，可以将各个继电保护设备的状态信息实时传输到监控中心，监控人员可以通过监控中心对继电保护设备进行远程监控和管理，大大提高了监控的效率和准确性。

2）通过对继电保护光纤复用技术的应用，与传统电接口方式相比，其通信接口屏、DDF数字配线架以及光传输网2M 端子板等节点设备设施减少，不仅有效节省了机房屏位空间，简化了电网业务信号的编解码环节，减少了设备连接线缆的数量，而且还解决了保护业务的光电转换设备不能远程网管监控的问题，不会因中间线缆或光电转换装置发生故障而影响系统业务。

3）使各厂家之间保护装置实现有效互通，打破原有技术壁垒，提高通道可靠性，推进设备国产化，节约投资，专业运维界面更加清晰，增加电力系统间业务通道保障的灵活性，优化电力通信网络环境。

3.4 经济效益

由于新技术的应用，减少了人力资源的投入，降低了通信设施成本和维护成本，提高了资金利用效率。同时，地区电网通过对发电厂的实时监控和数据分析，能够及时获取发电厂的运行状态，提高发电效率和能源利用率，进一步减少了成本，获得了良好的经济效益。

2022-2023 年，继电保护光纤复用技术在某电厂获得应用，并顺利投运，完成了南方电网云南红河地区电网的应用先例。

4 结束语

本文研究了继电保护光纤复用技术的应用，并对研究结果进行了总结和归纳。通过对相关文献的综述和实证研究，我们得出以下结论：

首先，光纤复用技术可以大大提高继电保护的传输能力。传统的继电保护系统通常使用铜缆进行信号传输，但铜缆的传输能力有限，无法满足现代电力系统中庞大信号量的要求。而光纤复用技术可以将多个信号同时传输，大大提高了信号的传输能力。例如，通过使用波分复用技术，可以将多个信号同时传输在一个光纤上，从而节省了大量的传输资源。这使得继电保护系统能够同时处理多个故障信号，提高了系统的响应速度和处理能力。

其次，光纤复用技术还可以提高继电保护的可靠性。在传统的继电保护系统中，信号传输过程中容易受到外界干扰和电磁干扰的影响，从而导致信号的传输质量下降。而光纤复用技术采用的是光信号传输，不受外界电磁干扰的影响，可以保证信号的传输质量和稳定性。此外，光纤复用技术还具有较低的传输损耗和较长的传输距离，可以在继电保护系统中实现远距离传输，提高了系统的可靠性和稳定性。

最后，光纤复用技术还可以提高继电保护系统的可扩展性。随着电力系统的不断发展和扩大，继电保护系统的规模也会逐渐增大。而传统的继电保护系统往往需要大量的传输资源和设备来满足系统的扩展需求，增加了系统的成本和复杂性。而光纤复用技术可以通过在现有光纤网络中增加光纤复用设备，实现对继电保护系统的扩展，节省了传输资源和设备的使用，降低了系统的成本和复杂性。

综上所述，继电保护光纤复用技术的应用具有重要的现实意义和理论价值。一方面，光纤复用技术的应用可以提高继电保护的传输效率和抗干扰能力，保证电力设备的安全运行。另一方面，研究继电保护光纤复用技术的应用探究，有助于深入理解光纤复用技术在继电保护领域中的作用机制和应用特点，为继电保护技术的进一步创新和发展提供理论指导和实践依据。