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光纤在继电掩护中的应用
2004-01-01
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  摘 要：：：介绍了光纤的基本结构、、基本事情原理和特点，，，以及电力光纤网络的现状，，，剖析了电力光纤网络和电力光缆的生长偏向。重点剖析了现在在电力光纤网络中光纤掩护的几种基本方式和主要特点，，，讨论了光纤掩护在现实应用中可能遇到的问题及其解决步伐。 

  要害词：：：光纤；电力光缆；光纤掩护 

  光纤作为继电掩护的通道介质具有不怕超高压与雷电电磁滋扰、、对电场绝缘、、频带宽和衰耗低等优点，，，随着电力光纤网络的逐步完善，，，光纤掩护也将在继电掩护领域中获得更为普遍的应用。本文的研究重点是光纤掩护的现状与现实应用中保存的问题，，，同时还对光纤的事情原理和电力光纤网络的现状举行普及性介绍。 

  1光纤的基本事情原理 

  1.1光纤的结构与分类 

  光纤为光导纤维的简称，，，由直径约莫0.1 mm的细玻璃丝组成。继电掩护所用光纤为通讯光纤，，，是由纤芯和包层两部分组成的，，，如图1所示。纤芯区域完成光信号的传输；包层则是将光关闭在纤芯内，，，并掩护纤芯，，，增添光纤的机械强度。 

  按光在光纤中的传输模式，，，光纤可分为单模光纤和多模光纤。多模光纤(multi modefiber)的中心玻璃芯较粗(芯径为50 μm或62.5 μm)，，，可传多种模式的光，，，但其模间色散较大，，，限制了传输数字信号的频率，，，并且随着距离的增添，，，其限制效果越发显着。单模光纤(single mode fiber)的中心玻璃芯很细(芯径一般为9 μm或10 μm)，，，只能传一种模式的光，，，因此，，，其模间色散很小，，，适用于远程传输，，，但仍保存着质料色散和波导色散，，，这样单模光纤对光源的带宽和稳固性有较高的要求，，，带宽要窄，，，稳固性要好。 

  1.2继电掩护用光纤的特点 

  继电掩护用光纤对衰耗值要求较高，，，差别波长的光信号衰耗值差别，，，表1对单模光纤和多模光纤在3个波长区域的传输特征举行了较量。


 




  由表1可以看出，，，单模光纤的传输衰耗最小，，，波长1.31 μm处是光纤的一个低消耗窗口。以是现在继电掩护用光纤均使用单模光纤，，，使用1.3 μm的波长段。2电力光纤网络和电力光缆 

  2.1电力光纤网络现状及展望 

  光纤网络的传输性能、、稳固性及其自顺应的掩护恢复能力对光纤继电掩护事情的可靠性起到要害作用。现在，，，在电力网络通讯领域中普遍使用的是以电时分复用为基本事情原理的SDH/SONET同步数字系统，，，它具有强盛的掩护恢复能力和牢靠的时延性能。但由于接纳电时分复用来提高传输容量的要领有一定的局限性，，，使其在电力网络这种泛起高速扩容及重大拓扑结构的网络中徐徐难以知足组网的要求，，，因此从现在的电复用方式转向恢复用方式将是电力光纤网络的必定生长偏向。恢复用方式有光时分复用、、波分复用(WDM)和频分复用等方式，，，其中波分复用手艺已逐渐进入大规模商用阶段。由于接纳电时分复用系统的扩容潜力已尽，，，而光纤的200 mm可用带宽资源仅仅使用了不到1%，，，若是同时在一根光纤上传送多个发送波长适当错开的光源信号，，，则可以大大增添光纤的信息传输容量，，，这就是WDM的基本思绪。接纳WDM系统的主要利益是充分使用光纤的重大带宽资源，，，使传输容量可以迅速扩大几倍甚至上百倍，，，在大容量远程运输时可以节约大宗光纤和再生器，，，大大降低传输本钱。WDM手艺在电力光纤网络上具有相当大的生长潜力，，，可以节约电力光纤网长距离传输的本钱，，，提高电力光纤网络传输的可靠性。因此，，，随着WDM手艺的逐渐成熟和演化，，，WDM手艺将在电力掩护光纤网络上获得普遍的使用。 

  2.2电力网络用光缆 

  现在电力光纤网络使用的光缆主要有三种：：：通俗非金属光缆、、自承式(ADSS)光缆和倾轧地线复合(OPGW)光缆。 




  通过表2的比照可以发明，，，OPGW光缆虽然造价较高，，，但在高电压品级及同杆双回和多回线路使用时占线路综合造价比例较低，，，并可以兼作继电掩护通道。以1条220 kV线路为例，，，接纳光纤掩护与接纳高频掩护的价钱相当，，，但高频掩护在线路两侧还需要增设阻波器、、耦合电容器和连系滤波器等装备，，，OPGW光缆则显得更为经济，，，并且还具有可靠性高、、维护用度低的优点。随着光缆综合价钱的下降，，，OPGW光缆在电力光纤网络中将获得普遍的应用。 

  3光纤掩护的基本方式及其特点 

  光纤掩护现在已在海内部分地区获得较为普遍的使用，，，对已投入运行的光纤掩护，，，按原理划分主要有光纤电流差动掩护和光纤闭锁式、、允许式纵联掩护两种。 

  3.1光纤电流差动掩护 

  光纤电流差动掩护是在电流差动掩护的基础上演化而来的，，，基本掩护原理也是基于克希霍夫基本电流定律，，，它能够理想地使掩护实现单位化，，，原理简朴，，，不受运行方式转变的影响，，，并且由于两侧的掩护装置没有电联系，，，提高了运行的可靠性。现在电流差动掩护在电力系统的主变压器、、线路和母线上大宗使用，，，其迅速度高、、行动简朴可靠快速、、能顺应电力系统震荡、、非全相运行等优点是其他掩护形式所无法相比的。光纤电流差动掩护在继承了电流差动掩护的这些优点的同时，，，以其可靠稳固的光纤传输通道包管了传送电流的幅值和相位准确可靠地传送到对侧。时间同步和误码校验问题是光纤电流差动掩护面临的主要手艺问题。在复用通道的光纤掩护上，，，掩护与复用装置时间同步的问题关于光纤电流差动掩护的准确运行起到要害的作用，，，因此现在光纤差动电流掩护都接纳主从方式，，，以包管时钟的同步；由于现在光纤均接纳64 Kbit数字通道，，，电流差动掩护通道中既要传送电流的幅值，，，又要传送时间同步信号，，，通道资源主要，，，要求数据的误码校验位不可过长，，，这样就影响了误码校验的精度。现在部分厂家推出的2 Mbit数字接口的光纤电流差动掩护能很好地解决误码校验精度的问题。 

  3.2光纤闭锁式、、允许式纵联掩护 

  光纤闭锁式、、允许式纵联掩护是在现在高频闭锁式、、允许式纵联掩护的基础上演化而来，，，以稳固可靠的光纤通道取代高频通道从而提高掩护行动的可靠性。光纤闭锁掩护的鉴频信号能很好地对光纤掩护通道起到监视作用，，，这比现在高频闭锁掩护需要值班职员准时交流信号以判断通道正�？？？煽坑敕裱杆倭诵矶�，，，提高了闭锁式掩护的行动可靠性。别的由于光纤闭锁式、、允许式纵联掩护在原理上与现在大宗运行的高频掩护类似，，，在完成光纤通道的敷设后只需替换光收发讯机即可接入现在使用的高频掩护上，，，因此具有刷新利便的特点。与光纤电流纵差掩护较量，，，光纤闭锁式、、允许式纵联掩护不受负荷电流的影响，，，不受线路漫衍电容电流的影响，，，不受两头TA特征是否一致的影响。 

  广州地区电网超高压线路具有负荷较重、、部分线路较长等特点，，，使差动掩护迅速度缺乏、、漫衍电容电流大，，，限制了光纤分相电流差动掩护的使用，，，因此光纤闭锁式、、允许式纵联掩护在广州地区电网逐渐获得了较普遍的应用。如光纤网络能有用解决双重化的问题，，，光纤闭锁式、、允许式纵联掩护就将逐步取代高频掩护，，，在超高压电网中获得普遍应用。 

  3.3广州电网光纤掩护的应用情形 

  20世纪90年月中期，，，光纤掩护就在广州电网最先投入使用，，，现在已投入运行的光纤掩护有近15套，，，从早期纯粹的短距离光纤纵差掩护演变到近两年最先逐渐占主导职位的光纤允许式掩护，，，从运行情形看令人知足，，，行动可靠性高，，，缺陷次数少。在知足条件的中、、长距离线路上，，，光纤允许式、、闭锁式纵联掩护在广州电网将获得更为普遍的应用。 

  4光纤掩护现实应用中保存的问题 

  4.1施工工艺问题 

  光纤掩护是超高压线路的主掩护，，，通道的清静可靠对电力系统的清静、、稳固运行起到主要的作用。由于光缆传输需要经由转接端子箱、、光缆机、、电缆层和高压线路等毗连环节(见图2所示)，，，并且光纤的施工工艺重大、、施工质量要求高，，，因此若是在掩护装置投入运行前的施工、、测试中保存误差，，，则会导致掩护装置的误行动，，，进而影响全网的清静稳固运行。综合各地由于施工工艺不良造成光纤掩护退出运行的案例，，，需注重杜绝以下两类问题的泛起：：： 

  a) 断点的熔接质量不高，，，往往使断点周围的光纤纤芯受到应力的作用，，，导致光纤的衰耗指标不稳固，，，影响光纤掩护的正常运行。 

  b) 光纤活讨论积灰造成通道衰耗增添，，，进而引起掩护装置通道告警，，，造成光纤掩护退出运行。 




  4.2通道双重化问题 

  光纤掩护用于220 kV及以上电网时，，，凭证220 kV及以上线路主掩护双重化原则的要求，，，纵联掩护的信号通道也要求双重化，，，高频掩护由于是在差别的相别上耦合，，，因此能知足双通道的要求，，，若是使用2套光纤掩护作为线路的主掩护，，，通道双重化的问题则一直限制着光纤掩护的大规模推广应用。 

  统一光缆的差别纤芯能否组成通道的双重化需要凭证光缆的型式来确定。关于通俗光缆和ADSS光缆，，，由于其可靠性较差，，，统一光缆内的光芯差别不可视为通道双重化，，，只能通过光缆的双重化抵达通道双重化的要求。关于OPGW光缆，，，由于其具有较高的可靠性，，，在现在光纤网络未能形成环网的现状下，，，统一光缆纤芯差别可视为通道双重化；当形成了光纤网络环网后，，，OPGW光缆也应实现两条路由的双重化，，，能在一条光缆损坏后通过另一个路由正常运行。随着波分复用手艺的逐步应用和光纤容量的大幅增添，，，光纤掩护未来还要实现在统一根光缆里的多重化、、在传输波长上的多重化，，，以及在传输路由上的多重化，，，从而最大限度地提高光纤掩护运行的可靠性。 

  4.3光纤掩护治理界面的划分问题 

  随着掩护与通讯衔接的日益细密，，，继电掩护专业与通讯专业治理界面日益难以区分，，，如不从制度上解决这一问题将直接影响到光纤掩护的可靠运行。关于自力纤芯的掩护，，，通讯专业与继电掩护专业治理的分界点在通讯机房的光纤配线架上。配线架以上包括掩护装置的那段尾纤，，，属于继电掩护专业维护，，，这就要求继电掩护专业职员具备一定的光纤校验维护手艺；配线架以下，，，一直到对侧变电站通讯机房的配线架，，，均属通讯专业治理维护，，，通讯专业在配线架上事情要开第二种事情票，，，若是影响到掩护用纤芯的可靠性，，，要通知继保治理职员，，，由继保治理职员决议是否将光纤掩护退出运行。关于使用复用通道的掩护，，，通讯专业与掩护专业治理的分界点在通讯机房脉冲编码调制(PCM)的数字电接口上。接口以上包括数字接口装置、、机房到掩护装置的光纤均属继电掩护专业治理维护；PCM装备属通讯专业治理维护，，，在PCM装备上举行事情需要开第二种事情票，，，若是影响到掩护用接口的可靠性，，，要通知继保职员决议是否将光纤掩护退出运行。 

  4.4光纤掩护在旁路代路上的问题 

  线路光纤掩护在旁路代路时不利便操作，，，由于光纤活讨论不可随便拔插，，，每次拔插都需要重新作衰耗测试，，，并且经常性拔插也容易造成活讨论的损坏，，，因此不宜使用拔插活讨论的步伐实现光纤通道的切换。在我国部分省、、市的电网中并没有单独的旁路掩护，，，旁路代路时是切换交流回路，，，因此不保存通道切换问题，，，但在广州地区有自力的旁路掩护，，，关于光纤闭锁式、、允许式纵联掩护暂时可以接纳切换二次回路的方式，，，但关于光纤差动电流掩护则无法代路，，，现在都是接纳旁路掩护单独增设一套光纤差动掩护的要领解决。已有部分厂家在钻营解决光纤掩护切换问题的步伐，，，如使用光开关来实现光纤通道切换。 

  5竣事语 

  只管现在光纤掩护在长距离和超高压输电线路上的应用尚有一定的局限性，，，在施工和治理应用上仍保存缺乏，，，可是从久远看，，，随着光纤网络的逐步完善、、施工工艺和掩护产品手艺的一直提高，，，光纤掩护将占有线路掩护的主导职位。
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