淺談高壓電線路光纖保護通道的應用

朱海

（國網(wǎng)江西省電力公司撫州供電分公司）

1 前言

高頻縱聯(lián)閉鎖距離和方向保護伴隨著微機保護的快速發(fā)展，成為了主要的保護措施，這兩者組成的雙重化保護成為了配置高壓電線路保護的主要方式，并對電力系統(tǒng)中安全穩(wěn)定運行的維護起到了重要作用，其中保護通道一般屬于高頻載波通道。在電力系統(tǒng)中光纖技術的使用領域越來越廣泛，也受到了越來越多的關注，促進了傳輸繼電保護信息通道的轉變，即由高頻載波通道轉變成了光纖通道。

目前，社會的發(fā)展越來越受到了電力資源的制約，用戶對用電質量和需求的增加促進了電網(wǎng)的發(fā)展，從而電力系統(tǒng)的覆蓋范圍越來越廣且復雜度越變越大，由此電力系統(tǒng)需要越來越高的安全穩(wěn)定運行要求。高壓電線路電流差動保護與高頻閉鎖保護相比具有很多優(yōu)點，比如較廣的適應范圍、較高的可靠性和簡單的原理等，使得高壓電線路電流差動保護成為主流的線路保護發(fā)展方向，其中高頻閉鎖保護是以高頻通道為基礎的。光纖通道在電力系統(tǒng)的高壓電線路保護中的使用越來越多，但是光纖通道在工程應用中出現(xiàn)了一些亟需解決的問題，這些問題影響了電力系統(tǒng)中設備的安全穩(wěn)定運行。

2 光纖分類及光纖通道的特點

在電力系統(tǒng)中，光纖通道與常用的高頻通道相比，是以光纖來作為傳輸介質，它具有不受電網(wǎng)運行方式、抗干擾能力強、傳輸容量大、具有絕緣性和傳輸損耗低等優(yōu)點。在繼電保護應用中，光纖通道為推廣電流差動保護在技術方面提供了強大的支持；在工程應用中，光纖通道的故障率較低，為繼電保護和設備的日常運行及維護提供了較高的可靠性，在此與高頻通道相比具有很大的優(yōu)勢。由此可知，在高壓電線路的保護通道中光纖通道的應用已成為主流。

光導纖維通常縮寫為光纖，它是直徑為0.1mm的玻璃細絲。光纖由包層和纖芯共同組成，在電力系統(tǒng)的繼電保護中得到了廣泛的應用。光信號在纖芯中進行傳輸，包層是為了保護纖芯，主要起到了電纜外層的功能，增強了光纜的機械強度。

根據(jù)不同的原材料，可以將光纖分為復合材料光纖、石英光纖、全塑料光纖和多成分玻璃光纖等；根據(jù)不同的傳輸模式，可以將光纖分為多模光纖和單模光纖；根據(jù)不同的工作波長，可以將光纖分為波長1.31μm和1.55μm的長波長光纖、波長0.85μm的短波長光纖和超長光纖。如表1所示，對多模光纖和單模光纖進行了對比。

表1 多模光纖與單模光纖對比

3 光纖通道中的問題和原因

高壓電線路保護中常用的三種通道方式為：高頻通道、光纖復用通道和光纖專用通道。當全網(wǎng)電壓為220kV或高于220kV時，將光纖通道使用在電網(wǎng)的輸電線路保護中，并對此進行分析如下：

（1）在高壓電線路保護中全部采用的都是光纖通道方式，其中采用了十四條無迂回路由的輸電線路。在Ⅲ級通信網(wǎng)中，將單臺光傳輸設備配置給骨干光纖通信網(wǎng)的各個站點，且將子網(wǎng)保護環(huán)方式和復用段保護環(huán)用于網(wǎng)絡中。

①如圖1中所示，架設在單根地線光纜上的是4條220kV的輸電線路，專用光纖保護通道中斷發(fā)生在光纜中斷的時候，兩纖自愈環(huán)保護方式在通信傳輸環(huán)網(wǎng)運行中使用，可以對路由自動生成進行保護，光纜中斷時需要對保護復用通道進行倒換，此時的時延影響了對通道的安全保護，所以采用雙套保護來預防光纜中斷帶來的影響。

圖1 兩纖自愈環(huán)保護方式

②如圖2中所示，架設在單根地線光纜上的是7條220kV的輸電線路，通信接入到主干網(wǎng)上采用的是支線鏈路，復用通道和專用通道被采用給所有的高壓輸電線路，由于光纜是同一根，所以即使使用的是不同的纖芯，當光纜在發(fā)生終端的情況下，同一條高壓輸電線路上所具有的全部保護通道也都會被中斷，從而使得輸電線路終止運行。

圖2 支線鏈路保護方式

（2）如圖3中所示，在高壓輸電線路保護中，采用的全部都是光纖復用通道方式，將套光傳輸設備使用在通信傳輸網(wǎng)絡的大部分站點上，采用的運行方式是子網(wǎng)環(huán)保護方式。環(huán)網(wǎng)內(nèi)線路相同的保護通道的運行方式采用的是雙向分流方式，這樣在線路光纜中斷時可以避免相同線路保護通道的中斷情況，由于各個站點上的通信傳輸設備只有一套，所以當傳輸設備發(fā)生故障的時候會中斷與其相關的所有光纖復用保護通道，即造成線路停止運行。

圖3 雙向分流保護方式

（3）單個變電站之間的出線間隔較多，這樣會導致有六個站點上的單套光通信傳輸設備承載了數(shù)量為6條以上的保護光纖復用通道，其中部分高壓電線路保護中沒有其他可用的方式通道，這樣加劇了設備運行的壓力。

如圖4中所示，當單套設備發(fā)生故障的時候，會使得與本站點相關的線路和復用通道一起停止運行且中斷；當發(fā)生故障的設備需要較長時間來進行恢復的時候，會使得本站點上的多條高壓電線路保護通道在同種方式下運行。

圖4 超承載站點保護方式

4 建議及措施

（1）對骨干通信網(wǎng)進行更新和改進，對早期電力系統(tǒng)網(wǎng)絡中的一些單一功能設備進行更換，有效預防傳輸環(huán)路在倒換時對保護通道形成的影響。

（2）核查并合理分配整個電力系統(tǒng)網(wǎng)絡中高壓電線路的光纖保護電路，對相應的資源庫進行建立，相同線路中的不同光纖保護通道運行時不能在相同的光纜中，可以對其進行分配，使得其中一個通道采用直達光纜路由，而另一個通道采用光傳輸迂回路由，這樣可以使得電路路由安全合理運行。

（3）通過建立獨立的雙環(huán)網(wǎng)來避免單點設備和單條光纜在發(fā)生故障時對電網(wǎng)運行的影響。

（4）將無直達光纜線路或單條光纜線路設置在雙回及多回線路上，增加架設新的光纜類型，按照站點規(guī)劃來合理選擇建設光纜類型，以此滿足不同業(yè)務需求和不同級別電路需求。

（5）路保護通道使用光纖通道時必須采用獨立的雙路由，否則在線路保護通道中必須采用高頻通道，這樣是為了避免單光纜和通信單點設備發(fā)生故障造成的一次線路停止運行。

（6）對核心站點合理增加雙套光傳輸設備，用來在光纖保護通道中對承載進行合理的分配，這樣是為了當單套節(jié)點設備在發(fā)生故障時，避免對多套線路保護業(yè)務造成影響。

5 光纖通道的應用

光纖技術的主要應用是將電信號變?yōu)楣庑盘栐谕ǖ乐袑π盘栠M行傳遞。光纖傳輸?shù)膬?yōu)點有：頻率高、衰減小、信息傳遞多和抗干擾的能力強等等，所以光信號具有明顯的防電磁干擾的優(yōu)勢。在高壓電網(wǎng)的地線上設置光纜可以構成光纖通信網(wǎng)，這樣則具備了通信和地線兩種和功能。

光纖直接在線路保護中傳遞信息的通道是專用通道，其中兩端保護裝置采用的是一對一的發(fā)送，這種線路具有很高的可靠性，但是限制了距離和利用率。將保護裝置連接到光電轉換器上而實現(xiàn)光信號到電信號的轉變，然后電信號通過電纜傳輸給復用設備，這樣的通道是復用通道，這種通道可以在資源緊張的情況下有效提高光纖的利用率，這是由于在信號傳遞過程中的傳輸距離增加了，但是造成管理困難和大量的維護工作。

6 結束語

快速發(fā)展的光通信技術促進了電網(wǎng)系統(tǒng)的發(fā)展，不僅需要及時引進先進的站點設備來提高電網(wǎng)的傳輸容量，還應根據(jù)我們目前的實際情況，增強光纖保護通道的可靠性和安全性，并對發(fā)現(xiàn)的問題及時采取解決措施，為我國電網(wǎng)發(fā)展貢獻一份力量。

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