電力光纖在繼電保護中的應(yīng)用

電力光纖在繼電保護中的應(yīng)用

（新版）

Securitytechnologyisanindustrythatusessecuritytechnologytoprovidesecurityservices

tosociety.Systematicdesign,serviceandmanagement.

（安全管理）

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編號：AQ-SN-0770

電力安全技術(shù)IPowerSafetyTechnology

電氣安全

電力光纖在繼電保護中的應(yīng)用（新版）

說明：安全技術(shù)防范就是利用安全防范技術(shù)為社會公眾提供一種安全服務(wù)的產(chǎn)

業(yè)。既然是一種產(chǎn)業(yè)，就要有產(chǎn)品的研制與開發(fā)，就要有系統(tǒng)的設(shè)計、工程的

施工、服務(wù)和管理?？梢韵螺d修改后或直接打印使用。

光纖作為繼電保護的通道介質(zhì)，具有不怕超高壓與雷電電磁干

擾、對電場絕緣、傳輸容量大、頻帶寬、衰耗低和資源豐富等優(yōu)點,

隨著電力光纖網(wǎng)絡(luò)的逐步完善，光纖保護必將在繼電保護領(lǐng)域得到

更為廣泛的應(yīng)用。

1光纖的工作原理

1.1光纖的結(jié)構(gòu)與分類

光纖為光導(dǎo)纖維的簡稱，由直徑大約0.1mm的細玻璃絲構(gòu)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(qū)域完成光信號的傳輸，包層則是將光封閉在纖芯內(nèi)，并保護纖

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

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大，限制了傳輸數(shù)字信號的頻率，而且隨著距離的增加，其限制效

果更加明顯。單模光纖的中心玻璃芯很細，只能傳一種模式的光，

因此，其模間色散很小，適用于遠程傳輸，但仍存在著材料色散和

波導(dǎo)色散，這樣單模光纖對光源的帶寬和穩(wěn)定性有較高的要求，帶

寬要窄，穩(wěn)定性要好。

L2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1.31um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L3un）的

波長段。

2電力光纖網(wǎng)絡(luò)和電力光纜

2.1電力光纖網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)狀

光纖網(wǎng)絡(luò)的傳輸性能、穩(wěn)定性及其自適應(yīng)的保護恢復(fù)能力，對

光纖繼電保護工作的可靠性起到關(guān)鍵作用。目前，在電力網(wǎng)絡(luò)通信

領(lǐng)域中，廣泛使用的是以電時分復(fù)用為基本工作原理的SDH/S0NET

同步數(shù)字體系，它具有強大的保護恢復(fù)能力和固定的時延性能。但

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目前電力光纖網(wǎng)絡(luò)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復(fù)合光纜?？梢园l(fā)現(xiàn)，架空地線復(fù)合光纜雖

然造價較高，但在高電壓等級及同桿雙向和多問線路使用時，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220kV線

路為例，采用光纖保護與采用高頻保護的價格相當(dāng)，但高頻保護在

線路兩側(cè)還需要增設(shè)阻波器、耦合電容器和結(jié)合濾波器等設(shè)備，架

空地線復(fù)合光纜則顯得更為經(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，架空地線復(fù)合光纜在電力光

纖網(wǎng)絡(luò)中將得到廣泛的應(yīng)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(nèi)部分地區(qū)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(lián)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(chǔ)上演化而來的，基

本保護原理也是基于克?；舴蚧倦娏鞫?，它能夠理想地使保護

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實現(xiàn)單元化，原理簡單，不受運行方式變化的影響，而且由于兩側(cè)

的保護裝置沒有電聯(lián)系，提高了運行的可靠性。

目前電流差動保護在電力系統(tǒng)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(yīng)電力系統(tǒng)震蕩、非

全相運行等優(yōu)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(yōu)點的同時，以其可靠穩(wěn)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(cè)。

差動保護的優(yōu)點：

原理簡單，基于基爾霍夫定律；具有天然的選相功能，同桿雙

回線跨線故障；弱電源，保護自動投入，自適應(yīng)系統(tǒng)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(yōu)于方向保護;

耐受過渡電阻能力強；不受功率倒向影響；適應(yīng)于串補線路；適用

于短線路。

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；只能和同型號的光纖差動構(gòu)成整套

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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面臨的主要技術(shù)

問題。同步方式有數(shù)值同步、硬件采樣同步、模型同步、GPS同步。

在復(fù)用通道的光纖保護上，保護與復(fù)用裝置時間同步的問題，對于

光纖電流差動保護的正確運行起到關(guān)鍵的作用，因此目前光纖差動

電流保護都采用主從方式，以保證時鐘的同步，現(xiàn)以差動保護為例

介紹基于主從方式的時鐘同步。

3.2光纖閉鎖式、允許式縱聯(lián)保護

光纖閉鎖式、允許式縱聯(lián)保護是在目前高頻閉鎖式、允許式縱

聯(lián)保護的基礎(chǔ)上演化而來，以穩(wěn)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(jiān)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?？煽颗c否靈敏了許多，提高了閉鎖

式保護的動作可靠性。此外由于光纖閉鎖式、允許式縱聯(lián)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(shè)后，

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只需更換光收發(fā)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(lián)保護不受負(fù)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(yīng)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系統(tǒng)

的安全、穩(wěn)定運行起到重要的作用。由于光纜傳輸需要經(jīng)過轉(zhuǎn)接端

子箱、光纜機、電纜層和高壓線路等連接環(huán)節(jié)，并且光纖的施工工

藝復(fù)雜、施工質(zhì)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(dǎo)致保護裝置的誤動作，進而影響全網(wǎng)的安

全穩(wěn)定運行。

4.2通道雙重化問題

光纖保護用于220kV及以上電網(wǎng)時，按照220kV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，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

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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一直限

制著光纖保護的大規(guī)模推廣應(yīng)用。

4.3光纖保護管理界面的劃分問題

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。配線架以上包