電力光纖在繼電保護中的應用

時間:2011-05-25 08:39 來源:未知

光纖作為繼電保護的通道介質，具有不怕超高壓與雷電電磁幹擾、對電場絕緣、傳輸容量大、頻帶寬、衰耗低和資源豐富等優點，隨著電力光纖網絡的逐步完善，光纖保護必將在繼電保護領域得到更為廣泛的應用。

　　1 光纖的工作原理?

　　1.1 光纖的結構與分類

　　光纖為光導纖維的簡稱，由直徑大約0.1 mm的細玻璃絲構成。繼電保護所用光纖為通信光纖，是由纖芯和包層兩部分組成的：纖芯區域完成光信號的傳輸，包層則是將光封閉在纖芯內，並保護纖芯，增加光纖的機械強度。

　　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，限製了傳輸數字信號的頻率，而且隨著距離的增加，其限製效果更加明顯。單模光纖的中心玻璃芯很細，隻能傳一種模式的光，因此，其模間色散很小，適用於遠程傳輸，但仍存在著材料色散和波導色散，這樣單模光纖對光源的帶寬和穩定性有較高的要求，帶寬要窄，穩定性要好。

　　1.2 繼電保護用光纖的特點

　　繼電保護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1.31 μm處是光纖的一個低損耗窗口，所以繼電保護用光纖均使用單模光纖，使用1.3 μm的波長段。

　　2 電力光纖網絡和電力光纜

　　2.1 電力光纖網絡現狀

　　光纖網絡的傳輸性能、穩定性及其自適應的保護恢複能力，對光纖繼電保護工作的可靠性起到關鍵作用。目前，在電力網絡通信領域中，廣泛使用的是以電時分複用為基本工作原理的SDH/SONET同步數字體係，它具有強大的保護恢複能力和固定的時延性能。但由於采用電時分複用來提高傳輸容量的方法有一定的局限性，使其在電力網絡這種呈現高速擴容及複雜拓撲結構的網絡中漸漸難以滿足組網的要求，因此從目前的電複用方式轉向光複用方式，將是電力光纖網絡的必然發展方向。光複用方式有光時分複用、波分複用和頻分複用等方式，其中波分複用技術已逐漸進入大規模商用階段。由於采用電時分複用係統的擴容潛力已盡，而光纖的200 mm可用帶寬資源。僅僅利用了不到1%，如果同時在一根光纖上傳送多個發送波長適當錯開的光源信號，則可以大大增加光纖的信息傳輸容量，這就是波分複用的基本思路。采用波分複用係統的主要好處是，充分利用光纖的巨大帶寬資源，使傳輸容量可以迅速擴大幾倍甚至上百倍，在大容量長途傳輸時可以節約大量光纖和再生器，大大降低傳輸成本。波分複用技術在電力光纖網絡上具有相當大的發展潛力，可以節省電力光纖網長距離傳輸的成本，提高電力光纖網絡傳輸的可靠性。因此，隨著波分複用技術的逐漸成熟和演化，波分複用技術將在電力保護光纖網絡上得到廣泛的使用。

　　2.2 電力網絡用光纜

　　目前電力光纖網絡使用的光纜主要有三種：普通非金屬光纜、自承式光纜和架空地線複合光纜。可以發現，架空地線複合光纜雖然造價較高，但在高電壓等級及同杆雙回和多回線路使用時，占線路綜合造價比例較低，並可以兼作繼電保護通道。以1條220 kV線路為例，采用光纖保護與采用高頻保護的價格相當，但高頻保護在線路兩側還需要增設阻波器、耦合電容器和結合濾波器等設備，架空地線複合光纜則顯得更為經濟，而且還具有可靠性高、維護費用低的優點。隨著光纜綜合價格的下降，架空地線複合光纜在電力光纖網絡中將得到廣泛的應用。

3 光纖保護的基本方式及其特點

　　光纖保護目前已在國內部分地區得到較為廣泛的使用， 對已投入運行的光纖保護，按原理劃分主要有光纖電流差動保護和光纖閉鎖式、允許式縱聯保護兩種。

　　3.1 光纖電流差動保護

　　光纖電流差動保護是在電流差動保護的基礎上演化而來的，基本保護原理也是基於克希霍夫基本電流定律，它能夠理想地使保護實現單元化，原理簡單，不受運行方式變化的影響，而且由於兩側的保護裝置沒有電聯係，提高了運行的可靠性。

　　目前電流差動保護在電力係統的主變壓器、線路和母線上大量使用，其靈敏度高、動作簡單可靠快速、能適應電力係統震蕩、非全相運行等優點是其他保護形式所無法比擬的。光纖電流差動保護在繼承了電流差動保護這些優點的同時，以其可靠穩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。

　　差動保護的優點：

　　原理簡單，基於基爾霍夫定律；具有天然的選相功能，同杆雙回線跨線故障；弱電源，保護自動投入，自適應係統運行方式；不受振蕩影響，任何故障快速動作；不受TV斷線影響，優於方向保護；耐受過渡電阻能力強；不受功率倒向影響；適應於串補線路；適用於短線路。

　　差動保護的缺點：

　　對光纖通道的依賴性強，要求通道不中斷、誤碼率要低；不同光纖差動保護需要不同的通道；隻能和同型號的光纖差動構成整套主保護，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：引入兩組TV的電流。

　　時間同步和誤碼校驗問題是光纖電流差動保護麵臨的主要技術問題。同步方式有數值同步、硬件采樣同步、模型同步、GPS同步。在複用通道的光纖保護上，保護與複用裝置時間同步的問題，對於光纖電流差動保護的正確運行起到關鍵的作用，因此目前光纖差動電流保護都采用主從方式，以保證時鍾的同步，現以差動保護為例介紹基於主從方式的時鍾同步。

　　3.2 光纖閉鎖式、允許式縱聯保護

　　光纖閉鎖式、允許式縱聯保護是在目前高頻閉鎖式、允許式縱聯保護的基礎上演化而來，以穩定可靠的光纖通道代替高頻通道，從而提高保護動作的可靠性。光纖閉鎖保護的鑒頻信號能很好地對光纖保護通道起到監視作用，這比目前高頻閉鎖保護需要值班人員定時交換信號，以鑒定通道正常可靠與否靈敏了許多，提高了閉鎖式保護的動作可靠性。此外由於光纖閉鎖式、允許式縱聯保護在原理上與目前大量運行的高頻保護類似，在完成光纖通道的敷設後，隻需更換光收發訊機即可接入目前使用的高頻保護上，因此具有改造方便的特點。與光纖電流縱差保護比較，光纖閉鎖式、允許式縱聯保護不受負荷電流的影響，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 光纖保護實際應用中存在的問題

　　4.1 施工工藝問題

　　光纖保護是超高壓線路的主保護，通道的安全可靠對電力係統的安全、穩定運行起到重要的作用。由於光纜傳輸需要經過轉接端子箱、光纜機、電纜層和高壓線路等連接環節，並且光纖的施工工藝複雜、施工質量要求高，因此如果在保護裝置投入運行前的施工、測試中存在誤差，則會導致保護裝置的誤動作，進而影響全網的安全穩定運行。

上一篇： 大電網穩定控製係統中幾個問題的探討
下一篇： 變電運行事故的處理與防範