繼電保護(hù)光纖通信應(yīng)用技術(shù)綜述

姜赫原，初銘昭

(中國石油大學(xué)(華東)，山東 青島 266580)

0 引 言

220 kV及以上的輸電線路是我國的主要電力傳輸通道，具有傳輸容量大、電壓等級(jí)高等特點(diǎn)，一旦發(fā)生安全事故，將極大地影響電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行。因此，通常利用繼電保護(hù)裝置切除故障。目前，用電需求逐年上升，對線路安全提出了更高要求。光纖通信技術(shù)應(yīng)用于繼電保護(hù)，有效了提高穩(wěn)定性，已引起人們的廣泛關(guān)注。因此，探討繼電保護(hù)光纖通信應(yīng)用技術(shù)具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

1 繼電保護(hù)光纖通信技術(shù)的應(yīng)用優(yōu)勢

1.1 抗干擾能力強(qiáng)

普通的載波通道受人為因素、環(huán)境因素影響會(huì)出現(xiàn)電磁干擾。人為因素主要是由于操作不當(dāng)引起的；環(huán)境主要與天氣情況有關(guān)，如果遇到異常惡劣的天氣，電氣設(shè)備甚至無法正常工作[1]。光纖的材質(zhì)是絕緣性能較好的石英或玻璃絲，可有效避免外界電磁的干擾，保證電力系統(tǒng)的正常運(yùn)行。

1.2 信息傳輸量大

為了滿足人們?nèi)找嬖鲩L的用電需求，需要利用光纖通道代替?zhèn)鹘y(tǒng)的微波通道。傳統(tǒng)微波通道容量一般只有960路，而光纖通道可以將通道容量擴(kuò)大到1 920路，特定波長段時(shí)甚至可以擴(kuò)大至7 680路。此外，電力系統(tǒng)中，光纖通信技術(shù)使用的載波頻率大約為普通載波頻率的100倍。因此，應(yīng)用于繼電保護(hù)的光纖通信技術(shù)具有信息傳輸量大的特點(diǎn)[2]。

1.3 傳輸質(zhì)量高

傳輸質(zhì)量高是光纖通信技術(shù)最主要的應(yīng)用優(yōu)勢之一。傳輸質(zhì)量高主要體現(xiàn)在光纖具有較強(qiáng)的自愈力。當(dāng)光纖通信網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)問題時(shí)，在沒有人工干預(yù)的條件下，可短時(shí)間內(nèi)自動(dòng)修復(fù)局部故障，進(jìn)而保障用戶的用電需求。目前，SDH同步數(shù)字體系應(yīng)用于電力網(wǎng)絡(luò)的通信領(lǐng)域，有效融合了協(xié)議和技術(shù)，進(jìn)而緊密結(jié)合復(fù)接、線路傳輸以及交換功能，并且利用統(tǒng)一的網(wǎng)關(guān)系統(tǒng)向網(wǎng)絡(luò)中傳送信息數(shù)據(jù)。這種強(qiáng)大的自我保護(hù)與恢復(fù)功能有效提高傳輸質(zhì)量[3]。

2 光纖通信技術(shù)在繼電保護(hù)中的具體應(yīng)用

2.1 光纖電流差動(dòng)保護(hù)

光纖電流差動(dòng)保護(hù)以克希霍夫的基本電流定律為原理，以基本電流定律原理為基礎(chǔ)，確保光纖差動(dòng)保護(hù)運(yùn)行的可靠性。目前，與光纖電流差動(dòng)保護(hù)有關(guān)的線路、母線、變壓器等，廣泛應(yīng)用于電力系統(tǒng)。光纖電流差動(dòng)保護(hù)具有靈敏性高、可靠性強(qiáng)、耐受過度電阻等優(yōu)點(diǎn)。此外，光纖電流差動(dòng)保護(hù)在竄補(bǔ)線路與短線路中具有較強(qiáng)優(yōu)勢，但也具有一定的缺點(diǎn)，主要體現(xiàn)在對光纖通道具有較強(qiáng)依賴性。光纖通道必須保持連續(xù)性，不可以中途停止，并且不同的光纖需要利用不同的通道給予保障[4]。在光纖電流差動(dòng)保護(hù)中引入兩組TV電流，可以有效解決這些弊端。采用主-主和2 Mb的數(shù)字接口，可以解決時(shí)間同步、誤碼校驗(yàn)等問題。

2.2 光纖閉鎖式、允許式的聯(lián)動(dòng)保護(hù)

光纖閉鎖式、允許式的聯(lián)動(dòng)保護(hù)以高頻閉鎖式、允許式縱聯(lián)保護(hù)為基礎(chǔ)，具有改造方便、靈敏性強(qiáng)、穩(wěn)定性高等優(yōu)點(diǎn)。光纖閉鎖式、允許式的聯(lián)動(dòng)保護(hù)與光纖電流縱差保護(hù)大不相同。它不會(huì)受到兩端TA特性、負(fù)荷電流、線路分布電容電流的影響。光纖通道的敷設(shè)結(jié)束后，調(diào)換光收發(fā)訊機(jī)，進(jìn)而將光纖閉鎖式、允許式的聯(lián)動(dòng)保護(hù)接入高頻保護(hù)中[5]。

3 光纖通信技術(shù)在繼電保護(hù)中的應(yīng)用問題

3.1 施工工藝問題

高壓線路中應(yīng)用光纖通信技術(shù)，其通道的安全性能將影響電力系統(tǒng)的整體安全性和穩(wěn)定性。光纖通信的連接工作具有許多復(fù)雜環(huán)節(jié)，因此要求施工工藝技術(shù)高。施工中經(jīng)常出現(xiàn)保護(hù)裝置調(diào)試不當(dāng)、選型設(shè)計(jì)不合理等問題，影響繼電保護(hù)的應(yīng)用效果，進(jìn)而影響電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性與安全性。

3.2 光纖保護(hù)管理界面劃分問題

目前，我國光纖通信技術(shù)與繼電保護(hù)之間的聯(lián)系日益緊密，難以明確劃分光纖通信的專業(yè)管理界面與繼電保護(hù)的專業(yè)管理界面，增加了繼電保護(hù)施工人員的工作壓力。繼電保護(hù)施工人員不能只從制度角度劃分光纖保護(hù)界面管理，需要具有較高的專業(yè)素養(yǎng)，綜合分析多種因素[6]。通常，我國可以在光纖配線架上設(shè)置繼電保護(hù)專業(yè)與通信專業(yè)的界面分界線。繼電保護(hù)的運(yùn)維人員需要定期維修配線架上的尾纖，同時(shí)相關(guān)部門應(yīng)注意提高繼電保護(hù)處理人員的光纖校驗(yàn)技術(shù)和有機(jī)光纖維護(hù)技能。企業(yè)可以通過定期培訓(xùn)的方式提高相關(guān)人員的專業(yè)技能。

3.3 其他方面的問題

互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代背景下，光纖通道的自愈路徑與可變路徑逐漸增多。雖然提高了光纖通信技術(shù)的可靠性，但是在應(yīng)用方面，繼電保護(hù)光纖通道安全自動(dòng)裝置逐漸出現(xiàn)一系列問題。比如，單纖通道一旦發(fā)生中斷，通道雙向路由就會(huì)不一致，進(jìn)而造成通道收到的信息與發(fā)出的信息不一致，降低繼電保護(hù)裝置的靈敏性，區(qū)外故障引發(fā)誤動(dòng)等問題。

4 光纖通道與繼電保護(hù)的配合方式

4.1 專用光纖通道

專用光纖通道由光纖與縱聯(lián)保護(hù)組成，保護(hù)通道由兩根纖芯構(gòu)成，專用光纖通道要注意傳輸繼電保護(hù)信息。專用光纖通道構(gòu)成方式的保護(hù)裝置中間沒有任何設(shè)備的復(fù)接，直接與光纖進(jìn)行連接。專用光纖通道的配合方式中間沒有繁瑣的傳輸環(huán)節(jié)與系統(tǒng)構(gòu)成，但是無法充分利用纖芯。生活中常用的單獨(dú)專用光芯為FOX-40，降低了與其他環(huán)節(jié)的聯(lián)系，提高了傳輸使用的可靠性，但維護(hù)時(shí)的環(huán)節(jié)較為繁瑣，經(jīng)常出現(xiàn)接頭破損問題。與復(fù)用光纖通道方式相比，纖芯的利用效率較低[7]。采用專用光纖通道配合方式，在光纖衰耗與光發(fā)收功率的影響下，應(yīng)盡量縮短連接站點(diǎn)的距離。如果光纖出現(xiàn)中斷現(xiàn)象，就會(huì)中斷全部保護(hù)信號(hào)，沒有其他傳輸路由代替。因此，專用通道光纖都會(huì)應(yīng)用于不大于100 km的線路。

4.2 復(fù)用光纖通道

同步數(shù)字體系光纖通信網(wǎng)絡(luò)保護(hù)傳輸過程中的信號(hào)，是復(fù)用光纖通道的主要通信方式，有效彌補(bǔ)了專用光纖通道的弊端，進(jìn)一步提高了纖芯的利用率。復(fù)用通道方式可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離傳輸，且內(nèi)部具有較多迂回路由。復(fù)用光纖通道的繼電保護(hù)提倡使用同向64 kb/s速率編碼數(shù)據(jù)鏈連接技術(shù)。這種技術(shù)創(chuàng)建的通道方式有兩種，即2 Mb通道方式和利用PCM終端完成轉(zhuǎn)接。復(fù)用光纖具有接口簡單、后期維護(hù)工作量小等優(yōu)點(diǎn)，但涉及的環(huán)節(jié)較多，日常巡查工作需要嚴(yán)格執(zhí)行。復(fù)用方式保護(hù)甬道最復(fù)雜的部分是SDH光纖通信網(wǎng)。SDH光纖通信中的基本結(jié)構(gòu)為網(wǎng)環(huán)，具有同步傳輸、自愈功能。通道一旦出現(xiàn)故障，SDH的通信系統(tǒng)會(huì)在迂回甬道與主通道之間自動(dòng)切換。復(fù)用光纖通道中，切換準(zhǔn)備通道主要利用操作壓板方式和繼電保護(hù)裝置完成[8]。

5 光纖通道故障點(diǎn)分析及初步定位

繼電保護(hù)光纖通信應(yīng)用技術(shù)中采用專用光纖通道不易出現(xiàn)問題。專用光纖通道內(nèi)部所含裝置較少，只有保護(hù)裝置與線路光纖。工程進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，提倡采用線路光纖分開熔接方式，從變電站中門型構(gòu)架與通信用光纖分開熔接。用光纖可以不通過通信室直接進(jìn)入到繼保小室，有效避免發(fā)生通道故障。復(fù)用光纖通道傳輸過程中具有許多復(fù)雜環(huán)節(jié)，增加了問題出現(xiàn)的概率。其中，保護(hù)裝置和保護(hù)裝置的接口問題是通道報(bào)警故障發(fā)生的主要原因。

繼電保護(hù)光纖通信技術(shù)的保護(hù)裝置建立在自愈能力較強(qiáng)的SDH光通信網(wǎng)絡(luò)、準(zhǔn)備雙通道的基礎(chǔ)上。目前，我國繼電保護(hù)光纖通信技術(shù)中通常具有通道誤碼與終端的功能，可有效防止裝置出現(xiàn)誤動(dòng)。研究發(fā)現(xiàn)，繼電保護(hù)中應(yīng)用光纖通信技術(shù)，可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)光纖通道設(shè)備出現(xiàn)的問題，且檢修光纖通道設(shè)備只會(huì)造成通道的中斷，不會(huì)引起繼電保護(hù)裝置的誤動(dòng)。

6 結(jié) 論

綜上所述，繼電保護(hù)光纖通信應(yīng)用技術(shù)決定了電力系統(tǒng)是否能夠正常運(yùn)行。此外，光纖通信應(yīng)用技術(shù)具有抗干擾能力強(qiáng)、信息傳輸量大、傳輸質(zhì)量高等優(yōu)勢應(yīng)引起相關(guān)部門的重視。具體實(shí)施中，首先分析光纖通信應(yīng)用中存在的施工工藝、光纖保護(hù)管理界面劃分等問題。其次，探討專用光纖通道、復(fù)用光纖通道的配合方式。最后，研究光纖通道故障點(diǎn)及初步定位，進(jìn)而為我國電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行提供借鑒。