電力系統(tǒng)保護

1、PLCETLPLCETL電力線載波繼電繼電保護保護音頻或數(shù)字信號音頻或數(shù)字信號導引線等等Port 1Port 2Port 3Port 4Port 6Port 5Port 1Port 2Port 3Port 4Port 6Port 5光纖保護保護接口接口設備設備保護保護接口接口設備設備繼繼電電保保護護傳輸通道傳輸通道音頻或數(shù)字信號音頻或數(shù)字信號微波電力系統(tǒng)通信的主要方式電力系統(tǒng)通信的主要方式:n光纖通信光纖通信q超大容量、設備運行可靠，但通道較易受損，無中繼距超大容量、設備運行可靠，但通道較易受損，無中繼距離有限離有限。n微波通信微波通信q大容量，設備運行可靠，但基建及維護成本極高，易受大容量，

2、設備運行可靠，但基建及維護成本極高，易受地形及信號衰落影響。地形及信號衰落影響。n無線高頻通信無線高頻通信q大容量、靈活方便，但易受地形及干擾影響。大容量、靈活方便，但易受地形及干擾影響。n電力線載波通信電力線載波通信(PLC)n電力線載波通信的特點電力線載波通信的特點n優(yōu)點優(yōu)點q用電力線作傳輸介質(zhì)，堅固可靠。用電力線作傳輸介質(zhì)，堅固可靠。q所需投資較少，長距離電路上有明顯的優(yōu)勢。所需投資較少，長距離電路上有明顯的優(yōu)勢。q信道的走向與遠方保護的通道完全一致。信道的走向與遠方保護的通道完全一致。q在電力系統(tǒng)中傳輸各種信息的技術已經(jīng)非常成熟，并被證實在電力系統(tǒng)中傳輸各種信息的技術已經(jīng)非常成熟，并被

3、證實是非常成功和有效的。是非常成功和有效的。n缺點缺點q是一種窄帶設備，傳輸容量很小。是一種窄帶設備，傳輸容量很小。q使用的頻譜受到限制。下限受耦合效率的限制，上限受無線使用的頻譜受到限制。下限受耦合效率的限制，上限受無線電廣播頻率的限制。電廣播頻率的限制。q對電力線上的各種噪聲干擾比較敏感。為提高傳輸信號的信對電力線上的各種噪聲干擾比較敏感。為提高傳輸信號的信噪比，必須提高發(fā)信機的發(fā)信功率。噪比，必須提高發(fā)信機的發(fā)信功率。線路阻波器線路阻波器線路阻波器線路阻波器PLC電路的組成電路的組成A站站高壓輸電線高壓輸電線電能的傳輸電能的傳輸B站站數(shù)據(jù)、話音和保護信號的傳輸數(shù)據(jù)、話音和保護信號的傳輸電

4、力線載波機電力線載波機電力線載波機電力線載波機耦合電容器耦合電容器/CVT耦合電容器耦合電容器/CVT結(jié)合濾波器結(jié)合濾波器結(jié)合濾波器結(jié)合濾波器結(jié)合濾波器 MCD80相地耦合和相相耦合方式電力線母線耦合電容器TxRx結(jié)合濾波器阻波器差接網(wǎng)絡電力線載波機高頻電纜q相相耦合要增加一個高頻差接網(wǎng)絡光纖通信光纖通信n光纖通信基本知識光纖通信基本知識n光纖保護光纖保護n光端機光端機光纖通信基本知識光纖通信基本知識光纖傳輸系統(tǒng)的基本組成光纖傳輸系統(tǒng)的基本組成n光纖通信：以光導纖維（光纖）為傳輸媒光纖通信：以光導纖維（光纖）為傳輸媒質(zhì)，以光波為載波，實現(xiàn)信息傳輸。質(zhì)，以光波為載波，實現(xiàn)信息傳輸。n光纖傳輸系統(tǒng)

5、的基本組成。光纖傳輸系統(tǒng)的基本組成。光纖線路光源光源光調(diào)制器光調(diào)制器光檢測器光檢測器基帶處理基帶處理基帶處理基帶處理基帶電信號基帶電信號基帶電信號基帶電信號調(diào)制電信號調(diào)制電信號解調(diào)電信號解調(diào)電信號已調(diào)已調(diào)光信號光信號光發(fā)射機光發(fā)射機光接收機接收機光纖通信基本知識光纖通信基本知識光纖的傳光原理光纖的傳光原理 構(gòu)成光纖的材料是石英纖維（構(gòu)成光纖的材料是石英纖維（SiO2）;光纖由內(nèi)芯和包層組成，光纖由內(nèi)芯和包層組成，芯的折射率略大于包層，利用光在內(nèi)芯的折射或在芯與包層界芯的折射率略大于包層，利用光在內(nèi)芯的折射或在芯與包層界面上的全反射實現(xiàn)光的傳播。面上的全反射實現(xiàn)光的傳播。n1n2n1SIFGIF

6、光纖通信基本知識光纖通信基本知識光纖基本類型光纖基本類型n突變折射率型多模光纖（突變折射率型多模光纖（SIF）：纖芯直徑）：纖芯直徑5060m，光線以折射形狀沿纖芯軸線方向傳播，存在，光線以折射形狀沿纖芯軸線方向傳播，存在多條路徑，并有較大的時延差，因而信號畸變大。多條路徑，并有較大的時延差，因而信號畸變大。n漸變折射率型多模光纖（漸變折射率型多模光纖（GIF）：纖芯直徑）：纖芯直徑50m，光線以曲線形狀沿纖芯軸線方向傳播，各條路徑時光線以曲線形狀沿纖芯軸線方向傳播，各條路徑時延差較小，因而信號畸變較小。延差較小，因而信號畸變較小。n單模光纖（單模光纖（SMF）：）：纖芯很細，直徑約纖芯很細，

7、直徑約10 m，光，光線以直線形狀沿纖芯軸線方向傳播，只有一種傳播線以直線形狀沿纖芯軸線方向傳播，只有一種傳播模式，信號畸變很小。模式，信號畸變很小。 圖圖 2.2三種基本類型的光纖三種基本類型的光纖(a) 突變型多模光纖；突變型多模光纖； (b) 漸變型多模光纖；漸變型多模光纖； （c） 單模光纖單模光纖 橫橫截截面面 2a 2b rn折折射射率率分分布布 纖纖芯芯包包層層Ait Aot(a)輸輸入入脈脈沖沖光光線線傳傳播播路路徑徑輸輸出出脈脈沖沖 50 m 125m rn Ait Aot(b) 10 m 125m rn Ait Aot(c)光纖通信基本知識光纖通信基本知識光纖傳輸特性光纖傳

8、輸特性n傳輸損耗，由材料吸收和雜質(zhì)散射等因素引起。有傳輸損耗，由材料吸收和雜質(zhì)散射等因素引起。有三個低損耗窗口三個低損耗窗口：（：（1）0.85m附近，損耗附近，損耗24dB/km;（2）1.31 m附近，損耗約附近，損耗約0.5dB/km;（3）1.55 m附近，損耗約附近，損耗約0.2dB/km。n色散（色散（Dispersion）：一般包括材料色散、模式色）：一般包括材料色散、模式色散、波導色散等，引起接收的信號脈沖展寬，從而散、波導色散等，引起接收的信號脈沖展寬，從而限制了信息傳輸速率。限制了信息傳輸速率。n中繼器間距受損耗限制和色散限制。中繼器間距受損耗限制和色散限制。n色散限制用距

9、離帶寬積（色散限制用距離帶寬積（Mbpskm）表示。三類光）表示。三類光纖中纖中SMF最高，最高，GIF次之，次之，SIF最低。最低。0.7 0.8 0.9 1.0 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5衰減（衰減（dB/km）第一窗口第一窗口第二窗口第二窗口波長波長（m）普通單模光纖的衰減隨波長變化示意圖普通單模光纖的衰減隨波長變化示意圖6 5 4 3 2 10。40。2第三窗口第三窗口 C 波段波段15251565nm 1.57 1.62 L波段波段普通石英光纖在近紅外波段，除雜質(zhì)吸收普通石英光纖在近紅外波段，除雜質(zhì)吸收峰外，其損耗隨波長的增加而減小，在峰外，其損耗隨波長的增加而減小，在0

10、.85 m、1.31 m和和1.55 m有三個損耗很小的波長有三個損耗很小的波長“窗口窗口”，見圖。，見圖。光纖通信基本知識光纖通信基本知識實用光纖標準實用光纖標準nG.651：GIF型光纖，適用于中小容量和中短距離；型光纖，適用于中小容量和中短距離；nG.652：常規(guī)單模光纖，第一代：常規(guī)單模光纖，第一代SMF，在波長，在波長1.31 m處色散為零，傳輸距離只受損耗限制，適用于大處色散為零，傳輸距離只受損耗限制，適用于大容量傳輸；容量傳輸；nG.653：色散移位光纖，：色散移位光纖，第二代第二代SMF，在波長，在波長1.55 m色散為零，損耗小，適用于大容量長距離傳輸色散為零，損耗小，適用于

11、大容量長距離傳輸nG.654： 1.55 m損耗最小的損耗最小的SMF， 1.31 m處色散處色散為零；為零；nG.655：非零色散光纖，是新一代的：非零色散光纖，是新一代的SMF，適用于波，適用于波分復用系統(tǒng)，提供更大的傳輸容量。分復用系統(tǒng)，提供更大的傳輸容量。光纖通信基本知識光纖通信基本知識光發(fā)射機光發(fā)射機n光源：光源：發(fā)光二極管（發(fā)光二極管（LEDLED）：自發(fā)輻射，輸出光功率）：自發(fā)輻射，輸出光功率小，譜寬，穩(wěn)定，長壽命（小，譜寬，穩(wěn)定，長壽命（10107 7），價低，適用），價低，適用于小容量、短距離傳輸系統(tǒng)。于小容量、短距離傳輸系統(tǒng)。激光二極管（激光二極管（LDLD）：受激輻射，輸

12、出光功率）：受激輻射，輸出光功率大，譜窄，波長穩(wěn)定，長壽命（大，譜窄，波長穩(wěn)定，長壽命（10105 5至至10106 6），），價高，適用于大容量、長距離傳輸系統(tǒng)。價高，適用于大容量、長距離傳輸系統(tǒng)。n光調(diào)制器：光調(diào)制器：目前采用強度調(diào)制（由于光源頻譜不純，尚未實目前采用強度調(diào)制（由于光源頻譜不純，尚未實現(xiàn)相干光通信）；分內(nèi)調(diào)制和外調(diào)制，對于數(shù)字現(xiàn)相干光通信）；分內(nèi)調(diào)制和外調(diào)制，對于數(shù)字調(diào)制，用光脈沖的有無代表數(shù)字信息（調(diào)制，用光脈沖的有無代表數(shù)字信息（0 0和和1 1）。）。光纖通信基本知識光纖通信基本知識光接收機光接收機n光檢測器的功能：光信號的解調(diào)（光檢測器的功能：光信號的解調(diào)（O/E）

13、n光檢測器的類型：光檢測器的類型：PIN光電二極管、雪崩光電二極光電二極管、雪崩光電二極管（管（APD）n光接收機的靈敏度取決于噪聲特性（包括光檢測光接收機的靈敏度取決于噪聲特性（包括光檢測器的噪聲和電放大器的噪聲）和誤碼率指標器的噪聲和電放大器的噪聲）和誤碼率指標nAPD是有增益的光電二極管適用于靈敏度要求較是有增益的光電二極管適用于靈敏度要求較高的場合，但需采用復雜的溫度補償電路，故成高的場合，但需采用復雜的溫度補償電路，故成本高；在靈敏度要求不高的場合，宜采用本高；在靈敏度要求不高的場合，宜采用PIN管。管。n光接收機中還有電的放大器、自動增益控制電路、光接收機中還有電的放大器、自動增益

14、控制電路、均衡再生電路等。均衡再生電路等。光纖通信基本知識光纖通信基本知識光纖通信發(fā)展階段光纖通信發(fā)展階段n1966年高琨指出了用光纖進行信息傳輸?shù)目赡苄院图夹g途年高琨指出了用光纖進行信息傳輸?shù)目赡苄院图夹g途徑；徑；n第一階段（第一階段（19661976年），從基礎研究到商業(yè)應用的開年），從基礎研究到商業(yè)應用的開發(fā)時期，實現(xiàn)了短波長（發(fā)時期，實現(xiàn)了短波長（0.85 m ）低速率（）低速率（45或或34Mb/s）多模光纖通信系統(tǒng)，無中繼距離約多模光纖通信系統(tǒng)，無中繼距離約10km；n第二階段（第二階段（19761986年），大發(fā)展時期，光纖從多模發(fā)年），大發(fā)展時期，光纖從多模發(fā)展到單模，工作波長

15、從短波長發(fā)展到長波長（展到單模，工作波長從短波長發(fā)展到長波長（1.31和和1.55 m ）,實現(xiàn)了實現(xiàn)了1.31m、傳輸速率、傳輸速率140565Mb/s的單模光的單模光纖傳輸系統(tǒng)纖傳輸系統(tǒng)（PDH） ，其無中繼距離為其無中繼距離為50100km；n第三階段（第三階段（1986年），全面深入開展新技術研究，實現(xiàn)年），全面深入開展新技術研究，實現(xiàn)了了1.55 m單模光纖通信系統(tǒng)（單模光纖通信系統(tǒng)（SDH） ，速率達，速率達2.510Gb/s,無中繼距離為無中繼距離為100150km；1996年后，研發(fā)年后，研發(fā)波分復用光纖通信系統(tǒng)，每波長傳輸速率波分復用光纖通信系統(tǒng)，每波長傳輸速率10或或40G

16、及光波及光波網(wǎng)絡。網(wǎng)絡。光纖通信基本知識光纖通信基本知識光纖通信特點與應用光纖通信特點與應用n傳輸容量很大：傳輸容量很大：2.5G10G/波長；每光纖采用波分波長；每光纖采用波分復用技術，可容納幾十至上百個波長；每根光纜可含復用技術，可容納幾十至上百個波長；每根光纜可含幾十至上百根光纖。幾十至上百根光纖。n傳輸質(zhì)量很高，誤碼率很低（小于傳輸質(zhì)量很高，誤碼率很低（小于109）。）。n中繼距離很長（中繼距離很長（50150km）。）。n抗電磁干擾性能好?？闺姶鸥蓴_性能好。n泄漏小，保密性能好。泄漏小，保密性能好。n應用廣泛：大容量骨干網(wǎng)、計算機局域網(wǎng)與廣域網(wǎng)、應用廣泛：大容量骨干網(wǎng)、計算機局域網(wǎng)與

17、廣域網(wǎng)、光纖接入網(wǎng)、有線電視網(wǎng)等。光纖接入網(wǎng)、有線電視網(wǎng)等。 光纜種類光纜種類 目前電力光纖網(wǎng)絡使用的光纜主要有三種：普通非金屬光纜、自承式(ADSS)光纜和架空地線復合(OPGW)光纜?？梢园l(fā)現(xiàn)，OPGW（Optical Fiber Composite Overhead Ground Wire）兼具地線與通信光纜雙重功能，被安裝在電力架空線桿塔頂部）光纜雖然造價較高，但在高電壓等級及同桿雙回和多回線路使用時占線路綜合造價比例較低，并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(cè)還需要增設阻波器、耦合電容器和結(jié)合濾波器等設備，OPG

18、W光纜則顯得更為經(jīng)濟，而且還具有可靠性高、維護費用低的優(yōu)點。隨著光纜綜合價格的下降，OPGW光纜在電力光纖網(wǎng)絡中將得到廣泛的應用分復用原理。光纜可以接起來，利用光纜熔接機，可以將2根光纜接成1根光纜。一般光纜廠出廠的長度是2公里，對于10公里的線路，就要用5根光纜，熔接4個接頭。光纜可以用桿架設，也可以直接埋在土 里，還可以穿在管道里。 目前目前500kV系統(tǒng)中線路保護利用光纖通信傳輸有以下兩種系統(tǒng)中線路保護利用光纖通信傳輸有以下兩種方式：保護專用方式：保護專用PCM復用通信用光端機和保護專用光纖芯。復用通信用光端機和保護專用光纖芯。 1、保護專用、保護專用PCM復用通信用光端機連接方式：保護

19、設備復用通信用光端機連接方式：保護設備通過光纖與通信機房的光電轉(zhuǎn)換器或保護光接口設備相連，通過光纖與通信機房的光電轉(zhuǎn)換器或保護光接口設備相連，光電轉(zhuǎn)換器或保護光接口設備以光電轉(zhuǎn)換器或保護光接口設備以64k數(shù)據(jù)信號與保護專用數(shù)據(jù)信號與保護專用PCM相連，保護專用相連，保護專用PCM通過通過2M電信號接入通信用光端機。電信號接入通信用光端機。這種方式一般適用于傳輸中長距離的線路保護信號。這種方式一般適用于傳輸中長距離的線路保護信號。 光纖傳輸方式光纖傳輸方式2、保護專用光纖芯是保護設備直接與光纖相連，通保護專用光纖芯是保護設備直接與光纖相連，通過過OPGW光纖進行傳輸。由于保護設備光傳輸距離的光纖

20、進行傳輸。由于保護設備光傳輸距離的限制，這種方式一般僅適用于傳輸短線路的線路保護限制，這種方式一般僅適用于傳輸短線路的線路保護信號。信號。通道雙重化問題通道雙重化問題n通道雙重化問題通道雙重化問題光纖保護用于光纖保護用于220 kV及以上電網(wǎng)時，按照及以上電網(wǎng)時，按照220 kV及以上線及以上線路主保護雙重化原則的要求，縱聯(lián)保護的信號通道也要求雙重化，路主保護雙重化原則的要求，縱聯(lián)保護的信號通道也要求雙重化，高頻保護由于是在不同的相別上耦合，因此能滿足雙通道的要求，高頻保護由于是在不同的相別上耦合，因此能滿足雙通道的要求，如果使用如果使用2套光纖保護作為線路的主保護，通道雙重化的問題則套光纖保

21、護作為線路的主保護，通道雙重化的問題則一直限制著光纖保護的大規(guī)模推廣應用。一直限制著光纖保護的大規(guī)模推廣應用。同一光纜的不同纖芯能否構(gòu)成通道的雙重化需要根據(jù)光纜的同一光纜的不同纖芯能否構(gòu)成通道的雙重化需要根據(jù)光纜的型式來確定。對于普通光纜和型式來確定。對于普通光纜和ADSS光纜，由于其可靠性較差，光纜，由于其可靠性較差，同一光纜內(nèi)的光芯不同不能視為通道雙重化，只能通過光纜的雙同一光纜內(nèi)的光芯不同不能視為通道雙重化，只能通過光纜的雙重化達到通道雙重化的要求。對于重化達到通道雙重化的要求。對于OPGW光纜，由于其具有較高光纜，由于其具有較高的可靠性，在目前光纖網(wǎng)絡未能形成環(huán)網(wǎng)的現(xiàn)狀下，同一光纜纖的

22、可靠性，在目前光纖網(wǎng)絡未能形成環(huán)網(wǎng)的現(xiàn)狀下，同一光纜纖芯不同可視為通道雙重化；當形成了光纖網(wǎng)絡環(huán)網(wǎng)后，芯不同可視為通道雙重化；當形成了光纖網(wǎng)絡環(huán)網(wǎng)后，OPGW光光纜也應實現(xiàn)兩條路由的雙重化，能在一條光纜損壞后通過另一個纜也應實現(xiàn)兩條路由的雙重化，能在一條光纜損壞后通過另一個路由正常運行。隨著波分復用技術的逐步應用和光纖容量的大幅路由正常運行。隨著波分復用技術的逐步應用和光纖容量的大幅增加，光纖保護將來還要實現(xiàn)在同一根光纜里的多重化、在傳輸增加，光纖保護將來還要實現(xiàn)在同一根光纜里的多重化、在傳輸波長上的多重化，以及在傳輸路由上的多重化，從而最大限度地波長上的多重化，以及在傳輸路由上的多重化，從而

23、最大限度地提高光纖保護運行的可靠性。提高光纖保護運行的可靠性。光纖保護管理界面的劃分問題光纖保護管理界面的劃分問題 n 隨著保護與通信銜接的日益緊密，繼電保護專業(yè)與通信專隨著保護與通信銜接的日益緊密，繼電保護專業(yè)與通信專業(yè)管理界面日益難以區(qū)分，如不從制度上解決這一問題將直接影業(yè)管理界面日益難以區(qū)分，如不從制度上解決這一問題將直接影響到光纖保護的可靠運行。對于獨立纖芯的保護，通信專業(yè)與繼響到光纖保護的可靠運行。對于獨立纖芯的保護，通信專業(yè)與繼電保護專業(yè)管理的分界點在通信機房的光纖配線架上。配線架以電保護專業(yè)管理的分界點在通信機房的光纖配線架上。配線架以上包括保護裝置的那段尾纖，屬于繼電保護專業(yè)維

24、護，這就要求上包括保護裝置的那段尾纖，屬于繼電保護專業(yè)維護，這就要求運行人員進行巡視；配線架以下，一直到對側(cè)變電站通信機房的運行人員進行巡視；配線架以下，一直到對側(cè)變電站通信機房的配線架，均屬通信專業(yè)管理維護，通信專業(yè)在配線架上工作要開配線架，均屬通信專業(yè)管理維護，通信專業(yè)在配線架上工作要開第二種工作票，如果影響到保護用纖芯的可靠性，要通知繼保管第二種工作票，如果影響到保護用纖芯的可靠性，要通知繼保管理人員，由繼保管理人員決定是否將光纖保護退出運行。對于使理人員，由繼保管理人員決定是否將光纖保護退出運行。對于使用復用通道的保護，通信專業(yè)與保護專業(yè)管理的分界點在通信機用復用通道的保護，通信專業(yè)與

25、保護專業(yè)管理的分界點在通信機房脈沖編碼調(diào)制房脈沖編碼調(diào)制(PCM)的數(shù)字電接口上。接口以上包括數(shù)字接口的數(shù)字電接口上。接口以上包括數(shù)字接口裝置、機房到保護裝置的光纖均屬繼電保護專業(yè)管理維護；裝置、機房到保護裝置的光纖均屬繼電保護專業(yè)管理維護；PCM設備屬通信專業(yè)管理維護，在設備屬通信專業(yè)管理維護，在PCM設備上進行工作需要開設備上進行工作需要開第二種工作票，如果影響到保護用接口的可靠性，要通知繼保人第二種工作票，如果影響到保護用接口的可靠性，要通知繼保人員決定是否將光纖保護退出運行員決定是否將光纖保護退出運行 光纖保護在旁路代路上的問題光纖保護在旁路代路上的問題 線路光纖保護在旁路代路時不方便

26、操作，由于線路光纖保護在旁路代路時不方便操作，由于光纖活接頭不能隨便拔插，每次拔插都需要重新作衰光纖活接頭不能隨便拔插，每次拔插都需要重新作衰耗測試，而且經(jīng)常性拔插也容易造成活接頭的損壞，耗測試，而且經(jīng)常性拔插也容易造成活接頭的損壞，因此不宜使用拔插活接頭的辦法實現(xiàn)光纖通道的切換。因此不宜使用拔插活接頭的辦法實現(xiàn)光纖通道的切換。對于光纖閉鎖式、允許式縱聯(lián)保護可以采用切換二次對于光纖閉鎖式、允許式縱聯(lián)保護可以采用切換二次回路的方式，就是對于線路保護的收信、發(fā)信接點切回路的方式，就是對于線路保護的收信、發(fā)信接點切換到旁路保護屏上，但對于光纖差動電流保護則無法換到旁路保護屏上，但對于光纖差動電流保護則無法代路，原因主要是當旁路開關與線路開關并列運行時，代路，原因主要是當旁路開關與線路開關并列運行時，光纖通道傳送的電流仍是線