保护光纤

保护光纤（共11篇）

保护光纤 篇1

1 光纤通道与接口

当前的继电保护中已经广泛的采用光纤通道, 采取这种方式的继电保护的组成部分包括:光纤、光接收器以及光发送器, 被称为光纤继电保护。

1.1 光发送器

光发送器往往由铝石钕榴石激光器或者是砷镓铝发光二极管组成, 它能够让电信号通过光发送器时转化为光信号, 然后才能进行输出。作为一种比较常见的电光转换元件, 发光二极管具有技术成熟, 使用寿命长德特点, 因而其使用十分的广泛。

1.2 光接收器

主要由光电二极管构成的光接收器具有十分重要的作用, 光信号通过它转变成为电信号, 然后才能够进行输出。

1.3 光纤

光纤是通过光的传播来进行相应信号的传输。光纤一般由空心的石英丝构成, 其直径很细, 其作为光传输的介质具有其他信号传递方式所不具有的高容量, 与传统的金属导线相比, 光纤的主要材料为石英, 能够节省大量的金属材料, 具有很强的耐腐蚀性, 防潮效果好, 抗干扰性较其他介质的要强很多, 其铺设也十分的简单, 因此作为信号传递的通道具有很强的可靠性。但是它也有一些缺点, 那就是通信距离不够理想, 在进行长距离通信中, 往往需要一些辅助设备, 如中继器等。

随着电网系统对于整个国民经济的重要作用, 电网通信的容量也随着不断的增加。一般的微波通信容量远远的不能满足要求, 而光纤通道的通信容量在用0.85um短波时, 高达微波通信容量的两倍之多, 当采用长波通信时, 其通信容量的优势将会进一步的显现出来。

1.4 工作可靠

电力系统操作会产生较大的电磁干扰, 而雷电对于载波通道的影响也不容忽视, 由于各种恶劣的天气, 往往造成通信信号的衰减, 很多时候甚至导致通信的中断。虽然电磁干扰对于微波的影响比较小, 但是微波通道在复杂的天气环境下容易出现信号衰减。天气环境对于光纤通道的影响微乎其微, 而光纤不受电磁干扰的影响。从上面可以看出, 与载波和微波通道相比, 光纤具有十分明显的优势, 其可靠性非常理想, 这对于维护电力系统的安全可靠运行具有十分重要的意义。

光纤保护包括光纤电流差动保护、光纤距离保护、光纤方向保护、光纤命令传输等装置, 传输通道随着光纤保护的不同类型而不断的转变。一般来说逻辑命令信号的传输通道对通道对称性的要求不是特别的高, 或是根本就没有要求, 如光纤距离、方向保护等, 在所有的光纤自愈环网以及传输通道之中都可以进行正常的工作。电流相量的实部和虚部以及瞬时值都是靠光纤电流差动保护来进行相应的传输, 在两端的采样要实现同步, 从而保证两端电流的相量和和相量差是在同一时间之内的, 从而保证动作电流和制动电流计算结果的准确。

综上所述, 利用自愈环或其他通道切换装置对光纤电流差动保护装置进行传输的时候, 应该确保无论是切换之前还是切换之后的收发路由的一致性, 且收发理由的切换要保证同步进行, 它们之间时间的延迟应该低于50ms。一般通道警报会在切换的时候出现。

2 光纤应用于继电保护的高压测量

任何一套继电保护装置都要用TA、TV测量输电线路上的电流、电压。应用光纤测量的一种简单方法是用光纤将TA、TV与保护装置联接起来, 这种测没方法能够避免强电磁干扰对测量信号的影响, 提高测量精度和设备的安全性。另一种方法时应用光纤变流器取代电磁式的TA、TV。这种测量无饱和现象, 可以准确地反映故障情况下的电流、电压量。应用于计算机保护更为有利, 可以把经光纤变流器测量后的数字量直接输入计算机保护, 而不用进行A/D和D/A变换, 将会大大提高动作时间和计算精度。

3 光纤作为继电保护的信号通道

在信号的远距离传输中, 如果利用光纤作为信号传递的介质, 那么在整条传输线路中每到一定的间隔必须设置一个中继器, 也就是常说的光-电-光中继器。继电保护中光纤作为信号传送的通道, 在很多方面都被广泛的采用, 主要表现在以下几个方面:

1) 电流纵差保护中的导引线;

2) 继电保护装置的联络线

高频保护中对控制室以及载波机的保护往往用到光纤作为联络线。除此之外, 光纤还作为微波保护中发射塔和保护装置之间的联络线;

3) 变电站或控制室内的继电保护信号传输线

光纤在对计算机多机进行保护的时候, 连接微机之间以及各种测量或者其他终端设备, 从而保证这些数据之间的数据传输。

在继电保护通道中以光纤作为传输介质具有十分明显的优势, 可以最大限度的避免外部环境对于通道的干扰, 从而保证信号传输的通畅、精确。特别是应用于短线电流纵差保护, 对由于感应电压或故障电流大而引起的过电压造成对通道和设备的危害是一个最有效的解决方法。因此, 研究光纤通信在继电保护中的应用, 国内外的研究方向首先是针对短线纵差保护。另外, 在短线上应用光纤纵差保护避免了距离保护由于距离短存在的超范围误动和弧光电阻造成的拒动问题。

4 光纤通信系统的复用在继电保护中的应用

对于短线电流纵差保护中的光纤通道, 应该研究和应用信号各路传输的复用技术, 传输各相电流及其他保护信号, 做到分相传输、分相比较、分相眺闸, 使继电保护性能得到提高。随着光纤在电力通信中的推广运用, 使继电保护应用光纤以数字或模拟形式传输多路电流、电压信号, 并在较长输电线路上采用分相电流纵差保护成为可能, 而电流差动保护原理的优越性能更非其他原理所能比拟。

5 结论

综上所述, 光纤通信与其他介质为基础的通信相比具有十分明显的优点, 第一, 对来自外部环境的各种干扰几乎可以无视。

参考文献

[1]吴清, 高俊芳.现代质量控制[M].上海:世界图书出版公司, 1996.

[2]王文奎.基于稳定生产状态下的机电产品检验抽样方法[J].上海:机械设计与研究, 2001 (2) :73-75.

[3]王文奎.相同生产条件下机电产品检验的抽样方法与实施程序.机械设计与研究, 2002 (9) :71-73.

(上接第26页)

第二, 具有很大的容量。以上两个优势使得光纤在继电保护中的应用具有更高的可靠性和安全性, 从而对保证整个电力系统的安全稳定的运行具有十分重要的意义。

参考文献

[1]徐驰.继电保护设备管理信息系统的开发与应用[J].电力系统自动化, 2004 (12) ..

保护光纤 篇2

4.1选择最合适的光纤通信材料

在工程施工过程中，我们首先要保证的是经济效益，要确保工程施工成本最低，还要满足工程施工要求，即整个工程施工经济效益最优化。而在电力系统光纤通信的强电保护施工中，在设计时就要优先选择金属材料的光纤通信材料，这样能加强对强电的保护，但是如果是电力系统中必须要采用直埋式光缆施工时，为了保证缆材料能够准确有效的寻找和辨别方向，就需要采用非金属材料，这是由于非金属材料在强电运行的过程中能减少干扰，以便光缆通信工程能正常运行。

4.2有铜线光缆通信工程

通过前文的分析来看，光纤通信线路对强电影响的考虑关键就在于电缆内有无铜线，而对于有铜线的光缆工程来说，光缆通信传输就会难以发挥它的回路作用，因此在施工过程中，为了能减少强电运行的影响，施工时尽最大可能增大与强电线路的隔距，减少与其接近的长度，具体长度的距离可以根据具体的计算公式计算出长度。其次，还可以采取在铜线上安装放电器，并在铜线远供回路中接入防护滤波器的措施降低影响。最后可以通过调整远供段的组成的方法，有效缩短强电影响的积累段的长度[6]。

4.3无铜线光缆通信工程

在进行无铜光缆通信系统防护过程中，为了能在最大可能性下减少受到强电的干扰，应该做到以下几点：一、在灌篮材料中添加一定的金属构件，通常操作是将光缆的金属加强心、护套或者铠装，在接头处不将相邻的光缆作电气连通，以缩短强电影响的积累段长度，或者在绝缘保护处理的绝缘层和进行光缆材料加固的加强构件处添加，这样能有效降低感应的纵电动势。二、在接近电流电气铁道的地段进行光缆施工或者检修时侯，需要将光缆中的金属构件作临时接地处理，这样能确保人身安全，避免发生意外。三、在接近发电厂、变电站的地网时，施工时尤其要注意不将光缆的金属构件接地，避免将高电位引上光缆，发生危险。

5结论

在电力系统中，为了保证光纤通信系统能稳定的运行，必须减少强电对其的影响，加强对强电的保护，在设计强电防护系统时选择最适合的光纤材料，并能根据不同类型的材料做出不同的防护措施，确保在强电运行的过程中，所产生的电压都在正常范围内，从而确保光纤通信系统正常运行，这样才能保证电力系统能够稳定运行，人们的正常生活才不会受到影响[7]。

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继电保护中光纤通信技术应用研究 篇3

【关键词】继电保护；光纤通信技术；应用

1.引言

光纤通道是信息传输的主要手段和通道，有着一般通信方式无法比拟的优点，具有运行可靠性高、抗电磁干扰能力强、传输容量大等诸多特点，目前在继电保护领域中得到了极为广泛的应用，常用的波长为1500/1550nm和1300/1310nm两种，复用方式有2Mbit/s和64Kbit/s2种。本文就继电保护中光纤通信技术应用进行研究。

2.光纤通道作为纵联保护通道的优势

在通信技术当中，光纤通道首先能得到经常的应用，它是一种通过光导纤维为基本来传输介质的通讯方式。光纤通道与传统的通道（如：微波、电缆等）有很多不同的特点：

2.1抗干扰能力强

光信号的特点之一，就是可以在系统有故障时避免电磁方面出现的干扰，有很好的防止雷电效果，所以，光纤通道通常使用在继电保护通道当中。

光纤通道不同的三个优点，常规通道的继电保护的形式是没有办法相比的。所以通道选择上是第一选择。不过因为光缆的优点，所以抗外力破坏的能力不行，通常在空中架设或直埋时，容易受到外力的冲击，从而使得机械损伤。假如使用OPGW光缆（也称光纤复合架空地线），可以阻止一些问题的产生。

2.2误码率低

由于传输质量很高，所以误码率低，通常在10%以下。通道一般所要求的“透明度”是继电保护常要求的，而这种特点让光纤通道十分好的满足。就是由发端保护装置来发送信息，然后经过通道传输之后送到收端，使发端的原始发送信息与收端的保护装置所见的信息完全相同，任何东西都不增不减。

2.3传输的信息量大

光的频率高，所以频带宽，传输的信息量大。此特点让线路两端保护装置交换的信息量增大，因此让继电保护动作的可靠和正确性性大大提高。电力常用光缆一般是ADSS和OPGW。ADSS虽然施工方便，但是存在电腐蚀的问题，挂点选择困难，防火性能差，OPGW光缆虽然造价较高，可以兼作继电保护通道。

3.光纤通道与光纤保护装置的配合方式

现在，光纤通道是纵联保护采用的方式，应用的更多了，在现场运行的设备当中，通常由以下几种方法：

3.1光纤纵联电流差动保护

电流差动保护的基础产生了光纤电流差动保护，基于克希霍夫基本电流定律是保护原理，可以更好的使保护实现单元化，原理十分简单，而且不受运行方式变化等影响，而且没有电联系在两侧的保护装置上，运行的可靠性提高了。现阶段，电流差动保护在电力系统的主母线、变压器和线路上大量使用，其动作简单可靠快速、灵敏度高、非全相运行、能适应电力系统震荡等优点是在其他方法不能做到的。光纤电流差动保护除了电流差动保护的这些优点之外，以其传送电流的相位和幅值正确可靠地传送到对侧是可靠稳定的光纤传输通道保证的。主要技术问题是误码校验和时间同步问题，就是光纤电流差动保护面临的。

3.2专用光纤保护

光纤纵联保护是纵联保护与光纤配合构成专用。通常采用允许式，传输直跳信号和允许信号在光纤通道上。此种方式，使用专门的单独光芯，需要专用光纤接口。特点是：提高了使用的可靠性，降低了信号的传输环节，避免了与其他装置的联系。缺点是：保护人员维护通道设备不方便，而光芯利用比较少。并且，在带路操作时，需进行带路保护与本路保护光芯的切换，因为使用的不便，而且因为接头由于长时间的拔插，会造成损坏。

3.3复用光纤保护

纵联保护与光纤配合构成复用光纤纵联保护。如果是允许式，直跳信号和允许信号由保护装置发出，然后需要经音频接口传送给复用设备，然后通过复用设备上光纤通道。优点是：利于运行维护，接线简单。带路后，电信号切换，方便与实施。使光芯使用更多。缺点是：中间过程增多，而且通信室的带路切换设备，运行人员不是很方便巡视检查，通信设备的问题会有不好的影响。

3.4通信性能影响因素

64Kbit/s复用方式与2Mbit/s复用方式相似，和64Kbit/s复用方式比较来说，2Mbit/s复用方式没有使用PCM复用设备，而且和PDH/SDH复用设备直接连接，具有更好的通信性能，而且提高了通信的可靠性。

3.4.1时钟方式。2Mbit/s的复用方式之下，由于所连接的复用设备的不一样，使得发接口、光收的数据时钟基准也不同，若复用接口直接连接PDH时，一般把一端保护装置的时钟方式设置为“主时钟”而另一端保护装置的时钟方式设置为“从时钟”；把两端保护装置的时钟方式都设置为“主时钟”，一般是当复用接口连接SDH设备时。

3.4.2屏蔽要求。采用同轴电缆进行连接，一般是2Mbit/s数据复用接口到PDH/SDH设备之间用电信号需防止电磁干扰，传送数据。由于双绞线比同轴电缆电磁屏蔽性能要差些，相对而言，2Mbit/s复用比64Mbit/s会有更好的屏蔽性能，只需要采用同轴电缆即就满足要求。数字复用接口与SDH的距离不大于50m，若当数字复用接口通过同轴电缆和PDH/SDH设备相连接时。

3.4.3匹配問题。对2Kbit/s复用方式不一样的厂家的设备之间需要进行调试，与64Kbit/s复用方式的匹配问题相类似。2Mbit/s复用方式的匹配问题，首先是时钟匹配，通信接口的发送时钟相和PDH/SDH设备的时钟要匹配；其次阻抗匹配，通信接口的电阻和PCM装置要匹配，通常是75Ω不平衡；另外还有G.703编码匹配和48V电平匹配等。

4.光纤保护实际应用中存在的问题

4.1施工工艺问题

超高压线路的中心保护是光纤保护，电力系统的安全、稳定运行受通道的安全可靠的主要影响。但是光缆传输不但需要转接光缆机、端子箱、高压线路和电缆层等连接环节，并且因为光纤的施工质量要求高、施工工艺复杂，因此如果在保护装置在使用之前的测试、施工中存在误差，就会导致保护装置的一些错误，因此影响全网的安全稳定运行。

4.2光纤保护管理界面的划分问题

由于保护与通信不断的日益紧密联系，通信专业与继电保护专业管理界面越来越难以辨识，只有从制度方面出发，会直接影响到光纤保护的稳定运行。与独立纤芯的保护不同的是，继电保护专业与通信专业管理的分界点在通信机房的光纤配线架上。其中属于继电保护专业维护的是，配线架以上包括保护装置的那段尾纤，因此一定的光纤校验维护技能就是继电保护专业人员具备。

5.结语

总之，随着光纤通信技术的不断进步，继电保护也会随之而不断地进步，实现可持续性发展，具有较好的经济价值和社会意义。

参考文献

[1]罗志诚.试论光纤通信技术的发展[J].科技资讯，2009，45（03）：115-118.

保护光纤 篇4

光纤通道现在已在继电保护中应用。由光纤通道构成的保护称为光纤继电保护。它由光发送器,光纤和光接收器等部分构成。

1.1 光发送器。

光发送器的作用是将电信号转变为光信号输出,一般由砷化镓或砷镓铝发光二极管或铝石钕榴石激光器构成。发光二极管的寿命可达百万小时,它是一种简单而又很可靠的电光转换元件。

1.2 光接收器。光接收器的作用是将接收的光信号转换为电信号输出,通常采用光电二极管构成。

1.3 光纤。

光纤用来传递光信号,光在光纤中传播。它是一种很细的空心石英丝或玻璃丝,直径仅为100-200um。光在光纤中传播。光纤通道容量大,可以节约大量有色金属材料,敷设方便,抗腐蚀不受潮,不怕雷击,不受外界电磁干扰,可以构成无电磁感应和很可靠的通道。但不足的是,通信距离不够长,用于长距离时,需要用中继器及其附加设备。

随着电力系统保护、控制、远动技术的发展,需要愈来愈大的通信容量。微波通道的通信容量一般只有960路,而用光缆构成的光纤通道当用0.85um短波长时通信容量可达1920路,当用1.55um长波长时通信容量可达7680路。

1.4 工作可靠。

载波通道受雷电和电力系统操作产生的电磁干扰很大,信号衰耗受天气变化的影响很大,有时甚至不能工作。微波通道受电磁干扰较小,但在恶劣天气条件下信号衰落很大。光纤通道不受电磁干扰,基本上不受天气变化的影响,因此工作可靠性远高于载波和微波通道。这对于电力系统特别重要。

光纤保护包括光纤电流差动保护、光纤距离保护、光纤方向保护、光纤命令传输等装置,它们对传输通道的要求是不同的。光纤距离保护、光纤方向保护和光纤命令传输装置由于传输的是逻辑命令信号,对传输通道的对称性没有要求。可以工作在任何传输通道,也完全可以工作在任何形式的光纤自愈环网中。

光纤电流差动保护传输的是电流的瞬时值以及电流相量的实部和虚部,在求动作电流和制动电流时应该是同一时间的两端电流的相量和和相量差,因此要求两端同步采样。

总之,当光纤电流差动保护装置经自愈环或其他通道切换装置传输时,必须保证保护装置的收、发路由在切换前、后都要保持一致;且切换时收、发路由必需同时切换,切换时间应<50ms,切换时保护装置可能会发通道告警信号。

2 光纤应用于继电保护的高压测量

任何一套继电保护装置都要用TA、TV测量输电线路上的电流、电压。应用光纤测量的一种简单方法是用光纤将TA、TV与保护装置联接起来,这种测没方法能够避免强电磁干扰对测量信号的影响,提高测量精度和设备的安全性。另一种方法时应用光纤变流器取代电磁式的TA、TV。这种测量无饱和现象,可以准确地反映故障情况下的电流、电压量。应用于计算机保护更为有利,可以把经光纤变流器测量后的数字量直接输入计算机保护,而不用进行A/D和D/A变换,将会大大提高动作时间和计算精度。

3 光纤作为继电保护的信号通道

利用光纤作为传输媒质,实现光的远距离传送。在长距离的光纤通信系统中,每隔一段距离需增设一个中继器。这就是传统的光-电-光中继器。

光纤作为继电保护的信号通道,目前在以下几个方面已得到应用:

3.1 电流纵差保护中的导引线。

3.2 继电保护装置的联络线;

如高频保护中,继电保护载波机与控制室:微波保护中,保护装置与发射塔之间几十至几百米距离的联络线。

3.3 变电站或控制室内的继电保护信号传输线。

如计算机多机综合保护中,微机之间,以及微机与测量、自动、远动、终端设备之间的数据传输线。

将光纤应用于这些继电保护通道中,不仅有效地提高通道的抗干扰能力,并能够使信号传输更加准确。特别是应用于短线电流纵差保护,对由于感应电压或故障电流大而引起的过电压造成对通道和设备的危害是一个最有效的解决方法。因此,研究光纤通信在继电保护中的应用,国内外的研究方向首先是针对短线纵差保护。另外,在短线上应用光纤纵差保护避免了距离保护由于距离短存在的超范围误动和弧光电阻造成的拒动问题。

4 光纤通信系统的复用在继电保护中的应用

对于短线电流纵差保护中的光纤通道,应该研究和应用信号各路传输的复用技术,传输各相电流及其他保护信号,做到分相传输、分相比较、分相眺闸,使继电保护性能得到提高。

随着光纤在电力通信中的推广运用,使继电保护应用光纤以数字或模拟形式传输多路电流、电压信号,并在较长输电线路上采用分相电流纵差保护成为可能,而电流差动保护原理的优越性能更非其他原理所能比拟。

5 总结

光纤通信有两大优点:一是抗干扰性能强:二是传输容量大。将第一个优点应用于继电保护,可以提高装置的安全、可靠性;发挥它的第二个优点,对发展新的保护方式,新的保护原理将起到促进作用。

参考文献

[1]关敬欢.电力系统继电保护现状与发展探讨[J].现代商贸工业,2009(18).

[2]李强,代志勇,刘永智.光纤放大器在无线光通信的应用[J].现代电子技术,2009(15).

[3]张国雄.继电保护技术分析[J].中小企业管理与科技(上旬刊),2009(10).

光纤及光纤通信系统的测量 篇5

光纤通信技术是近来迅猛发展的新兴技术，是世界新技术革命的重要标志，又是未来信息社会中高速信息网的主要传输工具。由于光纤的传光性能极其优良，因此光纤通信方式现己成为光通信的主流。在现存及设计的光纤通信系统中，我们必须对其进行测量以确定现存及设计的光纤通信系统是否能够达到系统要求。光纤通信的测量应包括光纤本身的测量和光纤通信系统的测量。

一、光纤参数的测量

1.单模光纤模场直径的测量

从理论上讲单模光纤中只有基模(LP0l)传输，基模场强在光纤横截面的存在与光纤的结构有关，而模场直径就是衡量光纤模截面上一定场强范围的物理量。对于均匀单模光纤，基模场强在光纤横截面上近似为高斯分布，通常将纤芯中场强分布曲线最大值1/e处所对应的宽度定义为模场直径。简单说来它是描述光纤中光功率沿光纤半径的分布状态，或者说是描述光纤所传输的光能的集中程度的参量。因此测量单模光纤模场直径的核心就是要测出这种分布。

测量单模光纤模场直径的方法有：横向位移法和传输功率法。下面介绍传输功率法。

取一段2米长的被测光纤，将端面处理后放入测量系统中，测量系统主要由光源和角度可以转动的光电检测器构成。光纤的输入端应与光源对准。另外为了保证只测主模(LP01)而没有高次模，在系统中加了一只滤模器，最简单的办法是将光纤打一个直径60mm的小圆圈。当光源所发的光通过被测光纤，在光纤末端得到远场辐射图，用检测器沿极坐标作测量，即可测得输出光功率与扫描角度间的关系，P—θ线如图2所示。然后，按模场直径的定义公式输入P和θ值，由计算机按计算程序算出模场直径。

2.光纤损耗的测量

光纤损耗是光纤的一个重要传输参数。由于光纤有衰减，光纤中光功率随距离是按指数的规律减小的。但是，对于单模光纤或近似稳态的模式分布的多模光纤衰减系数a是一个与位置无关的常数。若设P(Z1)为Z=Z1处的光功率，即输入光功率。若设P(Z2)为Z2处的光功率，即这段光纤的输出功率。因此，光纤的衰减系数a定义为

因此，只要知道了光纤长度Z2-Z1和Z2、Z1处的光功率P(Z1)、P(Z2)，就可算出这段光纤的衰减系数a。测量光纤的损耗有很多种办法，下面只介绍其中的两种办法。

1)截断法

截断法是一种测量精度最好的办法，但是其缺点是要截断光纤。这种测量方法的测量方框如图3所示。

取一条被测的长光纤接入测量系统中，并在图中的“2”点位置用光功率计测出该点的光功率P(Z2)。然后，保持光源的输入状态不变，在被测量光纤靠近输入端处“1”点将光纤截断，测量“l”点处的光功率P(Z1)。这个测量过程等于测了1～2两点间这段光纤的输入光功率P(Z1)和输出光功率P(Z2)，又知道“1”、“2”点间的距离Z2-2l，因此，将这些值代入

即可算出这段光纤的平均衰减系数。

在测量方框图中斩波器(又称截光器)是一种能周期断续光束的器件。例如是一个有径向开缝的转盘。它将直流光信号变为交变光信号，作为参考光信号送到锁相放大器中，与通过了被测光纤的光信号锁定，以克服直流漂移和暗电流等影响，以确保测量精度。

2)背向散射法

测量原理。用背向散射法测量光纤损耗的原理与雷达探测目标的原理相似。在被测光纤的输入端射入一个强的光脉冲，这个光窄脉冲在光纤内传输时，由于光纤内部的不均匀性将产生瑞利散射(当然遇到光纤的接头及断点将产生更强烈的反射)。这种散射光有一部分将沿光纤返回向输入端传输，这种连续不断向输入端传输散射光称为背向散射光。从物理概念上看，这种背向散射光就将光纤上各点的“信息”送回了输入端。靠近输入端的光波传输损耗少，故散射回来的信号就强，离输入端远的地方光波传输损耗大，散射回来的信号就弱。人们就用这种带有光纤各点“信息”的背向散射对光纤的损耗等进行测量。这个测量仪器称为光时域反射仪，简写成OTDR(Optical Time Domain Reflectometer)。一条有代表性的测量曲线如图4所示。

曲线上A、D两个很强的回波对应于光纤的输入端面和输出端面引起的反射。曲线B点对应于一个光纤接头引起的散射回波。C点可能对应于光纤中的一个气泡引起的散射回波。怎样利用光纤的瑞利散射对光纤进行测量，是关于从定量的角度进行讨论。由于现在利用OTDR机器对光纤链路的损耗进行测量时，能直观、直接从OTDR机器内读出所需数据，所以这里不作定量讨论。

光时域反射仪原理方框图，如图5所示。这种仪表的工作原理是：首先用脉冲发生器调制一个光源使光源产生窄脉冲光波，经光学系统耦入光纤。光波在光纤中传输时出现散射，散射光沿光纤返回，途中经过光纤定向耦合器输入光电检测器，经光电检测器变为电信号，再经放大及信号处理送入显示器。其中对信号处理的原因是，背向散射光非常微弱，淹没在一片噪声中，因此，要用取样积分器积分，在一定时间间隔对微弱的散射信号取样并求和。在这过程中，由于噪声是随机的，在求和时抵消掉了，从而将散射信号取了出来。用OTDR除了可以测量光纤的损耗以外，还可以观察光纤沿线的损耗情况，以及某损耗突然变化点的装置，光纤接头的插入损耗等。OTDR还有一个工程上的重大用处，能够方便地找出光纤的断点。现在用OTDR测量光纤损耗是最常用的一种方法。优点是测量非破坏性，功能多，使用方便。但是，在使用时始终有一段盲区。另外用OTDR从光纤两端测出的衰减值有差别，通常取平均值。

3.光纤色散与宽带的测量

光纤的色散特性是影响光纤通信传输容量和中继距离的一个重要因素。在数据信号通信中，如色散大，光脉冲展宽就严重，在接收端就可能因脉冲展宽而出现相邻脉冲的重叠，从而出现误码。为了避免出现这种情况，只好使码元间隔加大，或使传输距离缩短。显然这就使得传输容量降低，中继局距离变短，这是人们所不希望的。在模拟传输中，同样由于色散大，不同频率的模拟光信号频谱不相同，在接收端就会使模拟信号出现严重失真。同样为了避免出现这种情况，只好使传输模拟带宽下降，或传输距离缩短，这是人们所不希望的。为此，高码率、宽带宽模拟信号的光纤通信系统中对光纤的色散就要认真考虑。如同前面所述，因为光纤色散造成光脉冲的波形展宽，这是从时域观点分析的情况，若是从频域角度来看，光纤有色散就表示光纤是有一定传输带宽的。因此脉冲展宽和带宽是从不同角度描述光纤传输特性的两个紧密联系的参量。

从测量方法上与此对应也有两种方法。一种是从时域角度来测量光脉冲的展宽;另一种是从频域角度来测量光纤的基带宽度。

1)用时域方法来测量脉冲展宽

测量原理。首先为了使问题还不至于复杂，假设输入光纤和从光纤输出的光脉冲波形都近似成高斯分布的如图6所示。图6(a)是光纤输出光功率Pin(t)的波形图，从最大值A1降到A1/2时的宽度为Δτ1。图6(b)是光纤的输出光功率Pout(t)的波形图，其幅度降为一半时的宽度为Δτ2可以证明，脉冲通过光纤后的展宽Δτ与其输入、输出波形宽度Δτ1和Δτ2的关系为:

(1-1)

由此可见，Δτ不是Δτ2与Δτ1的简单相减的关系，

所以，只要将测出来的Δτ1和Δτ2代入上式即可以算出脉冲展宽Δτ。求出Δτ以后，再根据脉冲的展宽Δτ和相应的带宽B间的公式

B=0.44/Δτ (1-2)

将Δτ代入式中可求出相应的光纤每公里带宽。若Δτ的单位用ns，则B的单位是MHz。

测量方框图。用时域法测量光纤的脉冲展宽(进而计算出光纤带宽的方框图如图7所示)

首先用一台脉冲信号发生器去调制一个激光器。从激光器输出的光信号通过分光镜分为两路。一路进入被测光纤(由于色散作用，这一路的光脉冲信号被展宽)，经光纤传输到达光电检测器1和接收机1，送入双踪取样示波器并显示出来，这个波形相当于前面讲的Pout(t)。另一路，不经过被测光纤，通过反射镜直接进入光检测器2和接收机器2，然后也被送入双踪示波器显示出来。由于这个波形没有经过被检测光纤，故相当于被测光纤输入信号的波形，即相当于Pin(t)。从显示出的脉冲波形上分别测得Pin(t)的宽度Δτ1和Pout(t)的宽度Δτ2。这样就可将Δτ1和Δτ2代入式(1-1)及(1-2)最终算出带宽B。最后还应该指出，用这种方法测量单模光纤比较困难，因为其Δτ太小。

2)用频域法测量光纤带宽

频域法测量，就是用一个扫频振荡器产生的频率连续变化的正弦信号去调制激光器，从而研究光纤对于不同的频率，来调制的光信号的传输能力。具体的说，就是要设法测出光纤传输己调制光波的频率响应特性。得到了频率响应特性后，即可按一般方法求出光纤的带宽。

设Pin(f)为输入被测光纤的光功率与调制频率f间的关系。Pout(f)为被测光纤输出的光功率与调制频率f关系。则被测光纤的频率响应特性H(f)为H(f)=Pout(f)/Pin(f)，若以半功率点来确定光纤的带宽fc即10lgH(f)=10lg[Pout(f)/Pin(f)]=10lg1/2=-3dB。fc称为光纤的3dB光带宽。用频域法测量光纤带宽的方框图如9所示：

由于测量光纤的频率响应特性，需要测出输入光纤的光功率特性和从光纤输出的光功率特性，即需要得到两个信号，故在图9中用一条短光纤的输出光功率来代替被测光纤的输入光功率。在图9中，由扫频信号发生器输出一个频率连续可调的正弦信号。利用这个信号去对激光器的光信号进行强度调制，然后将这个已调光信号耦合入光开关，由光开关依次送出两路信号，一路光信号进入短光纤，经短光纤后面过光电检测器送入频谱分析仪。用短光纤的输出信号来代替被测光纤的输入信号(由于光纤短，经过传输后信号变化很小，故可以认为即是输入信号)。另一路光信号是经过光开关送入被测光纤，由连续的正弦波调制的光信号经过光纤传输，携带了被测光纤对不同调制频率光信号的反应，从光纤输出，经光电检测器送入频谱分析仪。这样频谱分析仪中就得到了被测光纤的输入和输出两种光信号，因此，就可得到被测光纤的频率响应，从而可测出光纤的带宽。

二、光纤通信系统的测量

1.光发射机发送光功率的测量

因为在实际的光纤通信系统中，光发射机的输出光功率是在有信号调制的情况下，光源输出的功率，故在测量光发射机发送光功率时，就用信号对光源进行强度调制。测量光发射机发送光功率的方框图如图10所示。

2.光源消光比的测量

在数据光传输系统中，一部性能优异的光端机的发射机盘在传数字信号过程中，发“0”码时，应无光功率输出。但是，实际的光发射机由于光源器件本身的问题，以及直流偏置，致使发“0”码时也有微弱的光输出，由理论分析可见，这种情况将使接收机的灵敏度下降，描述光发射机上述这种性能的指标，就是消光比EXT它为：

测量光发射机消光比的方框图，仍然可用图10所示的测量系统

3.光接收机灵敏度的测量

测量方框图如图11所示

当测模拟传送系统的光接收机灵敏度时，由图可知信号发生器为模拟的测试信号发生器，检测器为模拟视频信号测试仪。在光接收机端，逐渐加大光衰减器的衰减量，(即表示输入光接收机的输入信号逐渐减少)，这时由信号测试仪测出的信号指标变劣，直到它有一个指标迅速下降到规定的指标以下时，例如甲级指标(即表示此时接收机的信号输出已经达不到指标要求的临界状态)，这时将光功率计接到光衰减器的输出端，由此测到的光功率Pmin既是接收机的灵敏度。

当测数据传输系统的光接收机灵敏皮时，由图可知信号发生器为码型发生器，检测器为误码检测器，测试方法类同，只是误码检测仪读出的是误码率。

将测出的pmin值代入式Sr=10lg(Pmin/10-3即可算出光接收机灵敏度的dBm值。

4.光接收动态范围的测量

光接收机的动态范围D=10lg[Pmax/Pmin]。在数据传输系统中，式中Pmax指满足误码率指标下，接收机的最大输入光功率，Pmin即为接收机的灵敏度。因而，测量光接收机的动态范围时，只要测出在一定误码率指标下，接收机的Pmax和Pmin值并代入式中即可算出动态范围。所以，测量动态范围的方框图仍然采用图11所示的测量系统。在模拟传输系统中，其它都相同，只要满足的不是误码率，而是模拟指标，例如视频指标。

在测量过程中，pmin的测量与前面测量接收机灵敏度的过程一样。测量Pmax时，将图11中的衰减器衰减逐渐减少,数据传输系统的误码率检测仪中的误码率逐渐加大，直到误码率增大到某个规定的指标(例如10-9)。这时光功率计读出的光功率即为Pmax。在模拟传输系统中，Pmax的测量差别仅是用模拟指标测试仪测出指标，取代误码率测试仪测出误码率。

5.数据光纤通信系统测量中的眼图

一种用直观方法来判断光纤接收机码间干扰的办法，就是用眼图来进行分析。将这种随机的数字输出信号接入示波器，如果将示波器的扫描周期调整到上述脉冲序列周期T的整数倍上(例如3T)，显然示波器将被同步，屏幕上的图形将稳定下来。

由于示波器水平扫描每3T就扫描一次，因此,这个随机脉冲序列中每个三码元段将重叠在一起。又因荧光屏的余辉，使得屏幕上所呈现的图形不是一次扫描产生的三个码元段，而是若干段重叠在一起。不仅如此，还由于长序列脉冲码元出现的情况是随时机的，故每三个码元组成的一段中，各种码元的组合情况都可能存在。这样，将上述各因素都综合在一起，最后，在示波器屏幕上即显示出图12这样一种像人眼一样的图形。

保护光纤 篇6

【关键词】传输；监测系统；光纤通信

1、前言

目前铁路通信网光缆自动监测方面的技术水平不高，光缆中断后维护人员到现场进行测试，判断故障地点，但由于維护人员的技术水平参差不齐，导致测试数据出现偏差，影响抢修速度。光缆中断会造成业务中断，尤其是偏远无人值守站点，更会造成延长业务中断的时间，从而影响铁路运输安全。因此保证承担着主要通信业务的光纤传输网的安全，是一个重要的环节。

2、光缆自动监测系统简述

光缆自动监测系统，是集光线监控、测试、告警、信息处理、业务管理与于一体的网络维护系统。就是通过对光缆进行监测，进而做出光缆运行是否正常的判断；当出现不正常情况时，就会进行报警，并进行相应的测试，以准确定位故障发生点。

该系统集成了现代计算机技术、数据库技术、网络通信技术、现代GIS和OTDR测试技术，它专用于测试传输线路中的光纤。光缆自动监测系统是由监测站与监测中心和操作终端三部分组成。

2.1监测站由远程测试单元、波分复用单元、告警单元、网络通讯设备等组成。

远程测试单元主要由主控模块，OTDR模块，程控光开关、电源模块、专用软件。主控模块是监测站的核心模块，采用稳定的嵌入式系统设计。OTDR光时域反射仪模块能精确的找出故障点，生成曲线文件，通过主控模块上告到网管中心。所有控制及数据处理；

2.2监测中心包括数据库服务器、用户操作系统、网络通讯设备、数据输出设备等组成。

2.3操作终端也就是监测客户端，包括计算机终端以及相应软件两部分，主要是为用户进行线路维护、查找故障点提供便利条件。

3、光线路自动保护系统

光线路自动保护系统是由光线路保护设备和操作维护终端组成，可以实现光功率监测和光路自动切换以及网络的管理。在光通信网络中，实时监测工作光纤和备用光纤上的功率，发出告警提示并自动切换到备用光纤，提高了维护效率，缩短故障延时，保证业务无中断，还可以在保证业务无中断的前提下任意调度主备工作路由（便于线路检修及割接）。

4、监测功能概述

4.1光缆的监测方式有三种：在线监测、离线监测、备纤监测。在线监测可以实时对光缆进行监测，要求OTDR波长与光传输设备波长不同，利用波分复用技术不会对传输网络产生影响。离线监测可以在光纤网络不工作时进行测量。备纤监测是对光缆网络中的备纤进行监测。离线监测与备纤监测均不会对光传输网络产生影响，同时OTDR波长可以与光传输设备相同或者不同。本系统同时可以根据用户需求进行点名测试、定期性测试、模拟告警测试、障碍告警测试。配备GIS系统及告警系统，在发生故障时，能及时准确的把故障地点、类型等通知相关人员。

4.2系统通过对站点、OTDR测试路由、地段、地标等拓扑图与GIS地图相结合，准确显示整个链路上的信息。同时还提供光缆的交割信息记录，并对交割数据进行收集整理。

4.3本系统可以提供多用户分级操作，对管理员和操作员授予不同的权限，在系统中设置不同的帐号、密码、权限等。需要时可以增减操作员及管理员。在故障发生后对全程进行跟踪记录。

4.4告警包括后台数据报警，OTDR设备报警和光缆测试报警。告警管理主要是对告警的显示和处理。主要功能包括当前告警显示、历史告警显示、告警过滤、告警确认、告警手工输入、启动告警测试、告警查询、告警统计、告警清除。告警显示主要是在故障发生时能准确迅速的判断故障点，并将所属区域、线缆段、报警时间、报警类型等详细的信息显示出来。告警的处理是对所发生的报警根据用户定制的方式，以声音，报警灯的方式发出，同时通过短信、电话、邮件等形式通知相关责任人。

4.5系统不仅提供光缆的拓扑信息，同时还对测试性能、告警、割接、系统运行数据进行统一管理。提供主要的故障报警、性能分析、割接信息、监控数据统计等报表

5、解决问题

5.1在监控系统信息地理图中标注测试光缆的路径，分歧盒与接头盒的具体位置和距离（包括管道），这样可以使该网管作为直观电子路径台帐和活地图。

5.2可以解决偏远站点光缆中断后，维护人员从市区奔向光缆成端盒机房，测试距离后再沿路径查找故障地点的问题，费时费力费工，有了该自动监控系统可以马上知道光缆中断距离、中断地点，光缆抢修人员可以直接去故障现场进行抢修，缩短了故障延时，减少业务中断时间，提高了维护质量。

6、结论

光缆网络的快速发展速度使得现时的维护力量和人工水平难以适应，这对传统的维护和抢修方式提出挑战。这就需要采用最新的科学技术对监测系统信息传输进行管理，以动态的方式观察光纤的传输性能，准确判断故障地点和时间，保障通信信息有效传输。

参考文献

[1] 赵子岩,刘建明．电力通信网光缆监测系统的规划与设计[J]．电网技术．2007．31(3)．24页-28页

[2] 李践实．光缆监测系统技术及应用研讨[J] ．铁路通信信号工程技术．2007．4(3) ．78页-81页

[3] 沈政．降低网络故障．从关注光缆运维开始—光缆监测技术探讨．华为技术.2006．14(2) ．8页-11页

光纤保护信号传输分析 篇7

随着光纤通信和继保技术的发展,继保信号通过光纤传输在电力系统中得到了广泛应用,而保护信号的准确、可靠传输关系到电网的安全稳定运行。

1 光纤接口

光纤保护信号主要采用专用光纤接口、64kbit/s复用通道接口、2Mbit/s复用通道接口3种传输方式。

1.1 专用光纤接口

保护专用光纤接口方式是以光脉冲方式实现信号传递,为64kbit/s速率编码、高速同步通信方式。在这种接口模式下,保护装置输出信号通过光纤接至ODF(光纤配线架),再通过ODF将保护光纤跳线接至指定的OPGW光纤,具体接口通道示意图如图1所示。

优点:简单、中间接口环节少、可靠、抗干扰强。

缺点:不能长距离传输,一般用于50km以内的线路;不能充分利用光纤的频带资源;一旦受外力破坏,保护通道全部中断。

1.2 64kbit/s复用通道接口

在64kbit/s复用通道接口方式下,保护装置输出信号通过光纤传输至通信机房。在通信机房,保护信号先经过数字接口设备的光电转换,然后把64kbit/s保护电信号经PCM(脉冲编码调制)装置变换为2Mbit/s的电信号并通过同轴电缆送至SDH网元,变为2Mbit/s的光信号通过SDH通信网传输。其接口通道示意图如图2所示。

优点:可充分利用光纤的频带资源;能利用SDH通信网的自愈能力,提高可靠性。

缺点:增加了PCM设备,接口复杂,增加了传输时延;保护信号与其它数据业务复接后在同一个基群传输,其它业务的不正确操作会影响保护信号的正确传输,因此实际电网中,多让一路保护信息独享一个基群传输(不和其它数据业务通过PCM设备复接),以提高保护信息传输的可靠性。

1.3 2Mbit/s复用通道接口

2 Mbit/s复用通道接口方式中,保护装置输出信号通过光纤传输至通信机房。在通信机房,保护信号经过数字接口设备的光电转换,变为2Mbit/s的电信号通过同轴电缆送至SDH网元,变为2Mbit/s的光信号通过SDH通信网传输。其接口通道示意图如图3所示。

优点:相比64kbit/s接口,不需PCM设备,接口环节变少,可靠;能利用SDH通信网的自愈能力,提高可靠性。

缺点:相比专用光纤,接口环节多。

2 通道配置

上述光纤保护通道各有优缺点,在实际应用中,应根据线路情况采用不同的通道配置方式,以提高保护信号传输可靠性。

目前,220kV及以上线路保护均采用双重化配置,并且在光纤通道的配置上,不同的保护采用独立的通信设备和路由,不将所有的信号放在一条光缆上传输。OPGW光缆可靠性高,1根光缆内的不同纤芯可认为是不同路由,因此可用1根OPGW光缆传输所有信号;但对于具备SDH环网条件的,应考虑利用SDH环网配置不同的光纤迂回通道,从而进一步提高线路主保护的可靠性。

对于线路主保护,一般采用如下几种配置方式:

(1)光纤专用通道+光纤专用通道(两路采用不同的路由)。

(2)SDH光纤复用通道+光纤专用通道。

(3)SDH光纤复用通道+SDH光纤复用通道(两路采用不同的路由)。

500kV主保护线路较220kV长,一般较少采用专用光纤通道,而主要采用SDH光纤复用通道+SDH光纤复用通道(两路采用不同的路由)的配置模式,但是2条复用通道传输环节的节点应是物理隔离,以保证任何节点故障时,2条复用通道的保护不会同时退出运行。由于500kV线路主保护对通道的高要求,因此一些新建线路对每套主保护配置了双通道,这样即使某通道故障,也可以自动切换至备用通道,提高了可靠性,保障了安全运行。

3 时钟设置

继保信号在光纤中的传输要求准确、迅速、不失真,因此对通信环节的误码率等技术指标有很高的要求。在实际应用中,除了光纤传输各环节的硬件原因会引起误码外,整个传输环节中时钟的设置不当也会使传输过程产生滑码,造成保护的周期性误码,影响保护及电网安全运行。

两侧保护装置分别有自己的内部时钟,在信号传输过程中的某一节点,若数据写入时钟Ta与读出时钟Tb不一致,就会造成某些数据的丢失或重复读取,出现滑码或丢包。可见,节点两侧若为不同的时钟源,就会出现滑码,而出现滑码的频率取决于此节点两侧写入时钟Ta与读出时钟Tb的频率差。要避免在数据传输节点出现滑码,就必须使一侧时钟完全符合另一侧时钟,通常采取一侧时钟从接收的另一侧数据流中提取,即主-从时钟方式。在实际信号传输中,两侧装置均可采用自己的内部时钟,即主-主时钟方式。根据CCITT G703协议,允许出现一定的时钟偏差,其产生的滑码不会影响保护正常运行。

在实际应用中,由于光纤保护信号经过不同的通道接口进行数据传输,因此其同步传输时钟工作方式也不尽相同。

(1)专用光纤通道方式下,保护通道中途没有任何数据存取节点,数据存取节点仅存在于两侧的保护装置,也没有其它时钟源,因此其时钟设置既可采用主-主时钟方式,也可采用主一从时钟方式。但是在主-从时钟模式下,一侧的时钟完全从接收的数据流中提取,提取的好坏影响写入时钟,因此在实际应用中,一般采用主-主时钟方式,即两侧保护装置的“专用光纤(内部时钟)”控制字设置为1。

(2)64kbit/s复用通道模式下,PCM时钟为主时钟,其它子业务采用PCM时钟,因此两侧保护装置采用从-从时钟模式,即两侧保护装置的“专用光纤(内部时钟)”控制字设置为0。

(3)2Mbit/s复用通道模式下,SDH网络根据各节点的精准时钟来进行数据的透明传输。一般情况下,SDH设备中通道的“重定时”功能关闭,故类似于专用通道,两侧保护装置采用内部时钟,即主-主时钟方式,两侧保护装置的“专用光纤(内部时钟)”控制字设置为1。

4 通道故障

光纤保护是线路主保护,通道故障将导致保护闭锁,甚至误动或拒动。通道故障时,通常由调度发令将相应的保护改信号状态,通知检修或通信人员进行处理。若1条500kV线路2套保护同时通道故障,则意味着该线路失去主保护,调度会要求运行人员在现场确认2套通道同时故障后,使线路陪停,这严重影响了电网的安全运行和设备的可靠性。因此,一旦出现通道故障,迅速、准确地判断故障对于电网运行和故障消除至关重要。

例1:某变电所设备正常运行时,监控系统多条线路同时报“通道告警”。根据光字信号,运行人员发现,这几条线路保护通道方式不同(有专用光纤通道,也有复用通道)且不经过共同的通信设备。分析认为不可能为某一设备的故障,应为通信电源故障。检查通信机房和电源室,发现一路通信电源故障而另一路未能进行自动切换是该路电源上的线路通道失电告警原因。经人工恢复,快速消除了故障,通道恢复正常。

例2:某500kV线路2套主保护均配置64kbit/s复用通道。通道故障,后台光字显示“RD51通道故障、L90装置故障”,“RD52通道故障、L90装置故障”。根据网调规程,500kV线路2套主保护同时故障,原则上要求线路陪停。由于该线路2套保护均有备用通道,因此运行人员必须准确判断是主通道故障还是备用通道故障,否则会导致线路停役。检查保护装置,发现2套保护“RD51通道故障”,“RD52通道故障”;通信机房该线路光纤接口屏显示“FORM第1套保护通道1”装置TD灯灭,“FORM第2套保护通道1”装置TD灯灭,通信机房PCM屏ALM灯亮。综合分析,认为主通道故障而备用通道能正常运行,无需线路陪停。

出现通道故障信号后,运行人员应有一个初步判断:

(1)同时出现不相关联的几个通道故障,应先检查通信电源。

(2)保护通道故障时,同一个通信终端设备上的其它通道也出故障,可先判断为通信设备故障。

(3)单一通道的通信故障,可先根据保护装置的丢包情况,通信设备的指示灯状况,大致判断是保护装置还是通信环节引起的通道故障。

参考文献

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[2]林榕,赵春雷.线路保护采用光纤接口技术的探讨[J].电力自动化设备,2005(11):91-93

[3]黄红兵,黄丽云.浙江省500kV线路主保护的光纤通道配置探讨[J].电力系统通信,2005(5):61-64

[4]吴云,雷雨田.光纤保护通道配置[J].电力系统通信, 2003(9):11-14

[5]李瑞生,马益平,王伟.光纤电流差动保护通信时钟设置[J].电力系统通信,2006(2):8-10

线路保护光纤通道调试浅析 篇8

随着通讯技术的发展, 光纤通道由于其抗电磁干扰强、衰耗低、可靠性高等优点在电力系统中应用越来越广泛。线路保护为提高线路的传输能力和系统稳定性通常采用不同原理和厂家的双套化配置, 即光纤差动和纵联距离、零序保护。线路保护的光纤化改造后, 保护的调试除单装置调试、整组调试外, 其通道联调试验直接关系到线路主保护逻辑的正确与否, 通道的联调试验就显得格外重要。

原高频保护按工作原理分相差高频保护和方向高频保护;相差高频保护, 比较被保护线路两侧工频电流相位;方向高频保护, 比较被保护线路两侧的功率方向, 其中闭锁式, 就是利用功率方向元件判断短路功率的方向, 有短路功率为负的方向发闭锁信号, 这个信号被两侧收信机接受, 而把保护装置闭锁, 使其不动作;原高频通道利用电力线路载波通道传送对侧保护信号, 采用高频电缆、结合滤波器及阻波器等设备因环节多故障隐蔽等诸多问题被光纤通道所替换。相差高频保护变为光纤差动保护, 方向高频变为纵联距离、零序保护。

常规的保护调试中, 由于时间、地域等原因, 试验人员往往无法配合进行通道联调试验, 造成试验项目简单甚至省略的情况发生, 不利于试验人员对保护功能的验证, 本文以某站线路保护光纤化改造为例, 对典型光纤差动保护和纵联距离、零序保护的通道联调试验项目和试验方法进行分析, 探讨调试的方法及可能的优化。

1 典型220k V线路光纤保护配置

某电站光纤化改造采用的设备为:线路保护采用四方继保CSC-103B型光纤差动保护和南瑞继保RCS-902GV纵联距离、零序保护, 这一配置也是四川电网线路保护典型双套化配置之一, 通过理清楚保护的配置, 就可以拟定联合调试的基本项目。

1号屏为四方继保公司装置:屏内配置光纤电流纵差保护, 型号为CSCl03B;保护的操作箱型号为JFZ-12FA的分相操作箱;通道为专用光纤通道, 通过四芯单模光纤连接至通讯室转至主光配架。

2号屏为南瑞继保公司装置:屏内配置纵联距离、零序保护, 型号为RCS902GV;光纤接口装置型号为FOX-41B;通过四芯单模光纤连接至通讯室数字式复接接口装置, 输出通过2M同轴线连接至主光配架。

两套保护装置的后备保护均配置三段式距离保护和四段式零序保护。

2 光纤差动保护的通道联调

光纤差动保护是利用光纤通道将本侧电流波形信号传送到对侧, 保护装置将两侧的电流的三相幅值和相位进行比较, 比较向量和是否为零来判断是区内还是区外故障。光纤差动保护装置的通道联调常规的项目有:光纤通道检查、对侧电流差流试验、空冲或空载线路故障试验、模拟线路区内故障试验 (弱馈功能) 、检测远方跳闸功能等。

试验的具体原理及方法如下:

2.1 光纤通道检查

通道调试前首先要检查光纤头是否清洁, 光纤连接时, 一定要注意检查FC连接头上的凸台和砝琅盘上的缺口对齐, 然后旋紧FC连接头。当连接不可靠或光纤头不清洁时, 仍能收到对侧数据, 但收信裕度大大降低, 当系统扰动或操作时, 会导致通道异常, 故必须严格校验光纤连接的可靠性。后续试验, 均要求在光纤通道正常, 无报警信号的状态下进行。

试验方法:查看本侧与对侧纵联码;两侧轮流拔出光纤RX和TX;用光功率计测试发信、收信功率, 通道裕度查看误码率并且观察面板显示:“通道异常”灯亮, 试验过程中任一光纤拔出, 均发通道异常信号。

2.2 对侧电流及差流检查

由于线路两侧CT存在变比差异, 保护装置需要设置本侧实际的变比。保证正常运行状态下保护装置的差流为零, 对于CT变比不一致的线路, 本侧显示的对侧电流是经过换算后的, 具体显示值=对侧二次电流值×对侧CT变比/本侧CT变比。

试验方法:

例如:有两端系统, M侧的CT变比为750/5, N侧的CT变比为300/5。

M侧显示Im=In×Nct/Mct;

若N侧A、B、C分别加1A、2A、3A则M侧三相显示分别为:0.4A、0.8A、1.2A;

反之:N侧显示In=Im×Mct/Nct;

若M侧A、B、C分别加1A、2A、3A则N侧三相显示分别为:2.5A、5.0A、7.5A;

通过上述方法, 检查两侧保护的变比设置下本侧加电流与对侧采样计算的差流是否一致。

2.3 模拟空冲或空载线路故障

差动保护正常投入运行时需要线路两侧主保护压板均在投入位置, 任意侧压板不投均闭锁差动保护;对于光纤差动保护, 其动作条件为本侧保护启动元件动作, 同时又收到对侧发送的动作标志位, 这样才能出口动作。

正常运行时, 只有两侧启动元件均启动, 启动时会向对侧发送动作标志位, 两侧收到对侧信号条件下才能出口跳闸。但在实际中存在空载线路充电时故障, 线路断开侧电流启动元件不动作, 不能向对侧发送动作标志位的情况, 这样线路合闸侧差动保护也就无法动作的情况, 因此就设计了通过断路器跳闸位置使差动保护动作的功能, 即跳位转发!当被保护线路合闸侧差动动作, 同时向线路对侧发送动作标志位, 对侧收到信号判断断路器位置, 若断路器处于跳闸位置, 则将动作标志位转回发送侧, 本侧保护启动加收到对侧转回动作标志位, 差动保护动作出口。

试验方法:N侧断路器在分闸位置, M侧断路器在合闸位置, 两侧主保护压板均投入, 在M侧模拟各种故障, 故障电流大于差动保护定值, M侧差动保护动作, N侧不动作。

反之, M侧分闸、N侧合闸, 在N侧模拟各种故障N侧差动保护动作, M侧不动作。

2.4 模拟区内故障保护弱馈功能

当线路一侧为电源端, 另一侧为弱电源侧或无电源侧 (终端) 时, 内部短路时流过无电源侧的电流可能很小, 造成其启动元件可能不动作, 不能向对侧发送动作标志位, 导致电源侧差动保护拒动。为此, 一般在弱电端设置一个弱馈保护, 在弱电侧接收对侧动作标志位后无条件转发信号给对侧, 采用单端电压量进行辅助判别来解决这个问题, 完成纵联保护功能。纵联保护需要两侧的保护装置均启动且收到对侧的动作标志位, 如果不投弱馈功能, 弱电侧保护装置不启动, 则纵联保护将无法出口。投弱馈实际是把无电源侧的低电压发允许信号功能投入, 即弱馈转发。

例如:线路带负荷或电站厂用负荷运行 (电站侧机组不运行)

当线路区内故障时, 对侧保护判为正方向故障则对侧动作标志位, 本侧保护不能感受故障分量, 正方向元件不能动作, 无法实现保护发信, 但是由于线路故障会造成本侧母线电压下降, 本侧低电压元件动作后实现本侧转发对方的信号。两侧保护装置都收到信号则跳闸出口, 使得故障由纵联保护切除。

试验方法: (南瑞为例) 两侧断路器均在合闸位置, 投入主保护功能压板和出口压板;在N侧加正常的三相电压34V (小于65%Un但是大于TV断线的告警电压33V) , 装置没有“TV断线“告警信号”, 在M侧模拟各种故障, 故障电流大于差动保护定值, 两侧差动保护均动作跳闸。反之:在N侧加34V, 在M侧模拟各种故障, 亦应动作。试验过程中若电压正常, 应不跳闸。

2.5 远方跳闸功能

如图1所示:当故障点在K1、K3时, 分别为母线和线路保护的区内故障, 能靠差动保护快速切除;当故障点在K2时, 母差快速动作跳M侧断路器, 故障还在, 对线路来说是区外故障, 差流很小, 差动保护不动作, 只能靠N侧的后备保护延时来动作跳断路器, 延时可能对系统造成更大冲击而影响系统稳定运行, 对于这种发生在线路电流互感器和断路器之间的故障, 为使线路对侧保护快速跳闸, 向对侧传送母差、失灵等保护的动作信号, 使对侧保护永跳, 这就是我们说的远跳功能。远跳功能是为了实现保护的快速动作, 在母差和失灵保护动作后, 依靠母差保护动作后启动线路保护操作相中的永跳继电器TJR, 由TJR的触点开入至光纤纵联差动保护装置, 通过光纤通道传送至对侧保护装置, 对侧收到远跳令后通过控制字“远跳受启动元件控制”来实现跳闸出口。为了使保护的可靠, 远方直接跳闸回路为了防止误收远切信号误跳断路器, 必须增设就地判据。只有当需要远切的系统一次现象确实同时出现, 故障侧启动元件启动情况下才允许远切命令执行。

试验方法:

远跳不经本侧启动闭锁的试验:M侧断路器在合闸位置, 保护装置中将“远跳受启动元件控制”控制字置0, 在N侧启动TJR使保护远跳开入, M侧保护在收到对侧远跳信号后立即跳闸。

远跳经本侧启动闭锁的试验:M侧断路器在合闸位置, 保护装置中将“远跳受启动元件控制”控制字置1, 同样在N侧启动TJR使保护远跳开入, M侧保护在收到对侧远跳信号, 同时M侧保护装置有故障元件启动的情况下, M侧保护才能跳闸。反之也是一样, 本侧断路器合位且“远跳受启动元件控制”置1, 对侧短远跳, 同时本侧保护启动才能跳本侧断路器。

3 纵联距离、零序保护的通道联调

纵联距离、零序保护, 工作方式有闭锁是和允许式。允许式即在本侧保护装置启动后向对侧发送允许跳闸信号, 同时对侧启动后也向本侧发送信号, 当保护启动同时收到对侧允许信号后出口跳闸。而闭锁式运行时向对侧发闭锁动作信号, 保护启动时停止发信, 两侧均停信后保护装置出口跳闸, 因此在通道试验环节少了对侧电流及差流检查环节。

其通道试验也含通道检查, 检验收发信的正确性, 空冲或空载线路故障, 模拟区内故障、其它保护动作时收发跳令的正确性、弱馈保护动作正确性等, 调试方法同CSC103B基本一致;两者的远跳:光纤纵差保护通过母线保护动作后启动保护装置中的远跳功能实现而纵联保护 (允许式) 依靠母差保护动作后发信实现。其余类似, 此不再一赘述。

4 光纤及光纤连接注意事项

光纤的焊接、与砝琅的连接及V纤盘绕固定是否规整可靠, 直接关系到光纤通道的稳定, 对于光纤的连接和盘绕要遵循下列要求:

4.1 光纤与砝琅连接

光纤与砝琅在连接前必须经过清洁处理。必须在眼睛可视的情况下, 做光纤与光砝琅的连接, 绝不能仅凭手的感觉进行操作。光纤在插入光砝琅时, 要保持在同一轴线上将光纤上的凸出定位部分对准砝琅的缺口插入;光纤插入砝琅时一般都有一定阻力, 可以一边来回轻轻转动一边往里轻推, 直到插到位, 最后拧紧。注意:光纤插入砝琅过程中千万不能左右、上下晃动, 这样会使光砝琅内的陶瓷套管破裂。

4.2 光纤、尾纤的盘绕与保护

尽量避免光纤弯曲、折叠, 过大的曲折会使光纤的纤芯折断。在必要弯曲时, 必须保证弯曲半径必须大于3cm (直径大于6cm) , 否则会增加光纤的衰减。光缆、光纤、尾纤铺放、盘绕时只能采用圆弧型弯曲, 绝对不能弯折, 不能使光缆、光纤、尾纤呈锐角、直角、钝角弯折。对光缆、光纤、尾纤进行固定时, 必须用软质材料进行。如果用扎线扣固定时, 千万不能将扎线扣拉紧。

5 结束语

随着时代的变迁, 技术的发展, 光纤通道的保护装置已经成为线路保护的主流, 利用光纤通道, 我们如何快速全面不漏项的检验我们的保护装置, 验证保护装置功能的正确性, 这要求我们调试人员把好质量关, 严格按照保护原理, 将保护装置的调试按质量标准做细做好, 为电网的安全稳定运行打好基础。

关键词：通道联调,跳位转发,弱馈转发,远跳

参考文献

[1]南瑞继保.RCS-902GV系列型超高压线路成套快速保护装置技术所明书.

保护光纤 篇9

继电保护的通道有载波通道、微波通道、光纤通道和导引线通道四种。随着光纤通信技术的迅速发展, 光纤通道作为继电保护通道得到了大量的应用。光纤作为继电保护的通道介质, 具有防电磁干扰能力强、绝缘性能好、频带宽和衰耗低等优点。

光纤电流差动保护原理简单, 不受系统振荡、线路串补电容、平行互感、系统非全相运行、单侧电源运行方式等影响, 其优势正逐步取代传统的保护。差动保护本身具有选相能力、保护动作速度快等优点, 因而最适合作为主保护[1]。但随着应用范围的不断扩大, 运行中的光纤电流差动保护由于通道的原因暴露出许多问题, 经常因通道异常而退出运行, 给系统的安全稳定运行带来隐患。在云南电网最近几年的新建、扩建、改造工程中, 逐步采用并形成了光纤纵联保护的组合配置模式[2]。以下针对云南电网内发生的纵联保护未动作事件, 分析光纤通道异常及光纤差动保护拒动的原因, 并提出可行有效的改进方案, 使电网中继电保护更准确和迅速, 从而实现电网安全、稳定、可靠、有效地运行。

2 光纤电流差动保护存在的问题

光纤电流差动保护采用基于基本电流定律的保护原理, 继承了电流差动保护的优点, 采用可靠稳定的光纤传输通道, 确保了传送电流的幅值和相位能正确可靠地传送到对侧。光纤通道在光纤电流差动保护中起重要作用, 保护通道的异常影响着光纤电流差动保护, 因此须对通信通道中的各个环节包括光端机、通道衰耗、复用接口盒、时钟设置以及现场的复用设备等进行详细检查, 防止由于通信通道导致保护不能正常工作。常见问题包括:

1) 保护装置的技术指标主要包括:光收发功率、接收灵敏度、光收发模块的稳定性, 由于接触不良、老化等原因不能满足技术指标要求。在运行过程中, 若不检查装置的这些指标, 会因接触不良、接头有灰尘、温度老化方面的因素降低通道指标, 造成误码率增大, 保护动作行为受影响。

2) 光纤电流差动保护定检主要基于通道完好的情况, 如采用尾纤连接定检试验, 实际误码率低。随着保护装置的运行, 光器件老化、通道接触、光纤老化, 会造成通道衰减和误码率增大。须考虑正常误码及许可误码情况下保护装置的动作行为, 确保装置在许可误码内保护装置能正确动作。

3) 由于光纤电流差动保护是基于通道的纵联保护, 通道的时延、间断对保护性能产生影响。采用双通道的光纤电流差动保护, 须检查双通道保护动作情况及单通道的动作情况。采用复接PCM设备时, 有条件时应检查PCM的其他业务对光纤电流差动保护的影响。在目前的光纤电流差动保护定检中均未考虑这些影响[3]。

3 实例分析

某220kV某线路Ⅱ回线C相故障。保护配置为主一保护:RCS-931BM (通道:光纤) ;主二保护:RCS902BFZ (通道:光纤 (允许式) +收发信机 (闭锁式) ) , 如图1所示。相关专业工作人员对保护动作报告进行了分析并到现场进行检查和事故分析。

从动作报告可以看出:主一光纤差动保护未动作, 主二光纤纵联距离、光纤纵联零序保护未动作。查看保护录波报告, 主一保护启动时差动保护处于退出状态, 主二保护启动后每侧保护判断正方向后长发信, 但对侧光纤通道收信时有时无, 可见光纤传输通道存在异常。

录波图显示:甲变侧C相故障电流消失后, 甲变侧和乙变侧的光纤收信都恢复正常, 而乙变侧的故障电流在收信正常后仍持续了约5mS才消失。

检查RCS-931BM的告警记录时发现, 当时差动保护也有退出记录。查系统事故记录, 该时刻500kV另一线路II回C相发生接地故障, 甲变保护测距11.6kM。

检查两侧通信机房和通道状况。乙变两套保护装置与接口装置的光功率收、发均正常, 故障前5天内通道状态均良好, 没有误码和异常, 故障期间误码和报文异常数增加比较多。检查通信机房, 通信接口屏有接地线至电缆沟中的100mm2接地铜牌, 通信设备SDH也有接地线至接地铜牌, 2M同轴电缆配线架没有专用的接地线至电缆沟中接地铜牌, 仅与屏相连, 通过屏接地。

甲变两套保护装置与接口装置的光功率收、发均正常, 故障期间误码和报文有异常记录。甲变的220kV此线路II回通信接口屏安装在220kV通信机房内, 该机房内的保护使用设备只有220kV此线路I、II回线路保护通信接口屏 (其它220kV线路保护未使用光纤通道) , 屏内从MUX-2MC引出的同轴电缆经电缆井接至500kV通信机房内的SDH设备, 长度约40米, 电缆井内有强电电缆。且屏柜底下并没有铺设接地铜牌, 屏柜内的接地铜牌连接到槽钢上。而安装在500kV通信机房内其余保护的通信接口屏、SDH设备底下均有接地铜牌。机柜内的铜牌和机柜底下 (地网) 的接地铜牌是用专用接地线连接的。

4 解决方案

针对此220kV某线路II回光纤差动保护两次记录的通道异常状况都是发生在系统出现接地故障, 且故障点距离甲变较近的时刻。考虑到同轴电缆的信号传输要依靠地网, 且其传输信号较弱 (约1V左右) , 地电位的变化、传输距离长以及其它信号的窜入对信号有较大的影响, 初步断定此220kV某线路II回线路光纤纵联保护的未动作和甲变侧的通道工作环境不理想有直接的关系。因此提出以下方案以解决保护通道存在的问题:

1) 增加接地铜牌来优化通道的工作环境, 以解决通道干扰。

2) 增加接地铜牌的方法只解决了抗干扰的部分问题。要缩短光纤信号的传输距离, 减少电磁干扰, 还需把保护通信接口屏放置在距离通信设备 (SDH) 较近的地方。

5 光纤差动保护装置改进方案

5.1 对通道的要求

光纤电流差动保护传输电流的瞬时值以及电流相量的实部和虚部, 在求动作电流和制动电流时是同一时间的两端电流的相量和相量之差, 要求两端同步采样;要求工作在收发路由一致 (对称) 的传输通道中。通道正常运行或通道切换后, 双向路由须一致, 光纤电流差动保护的传输通道大多为固定路由通道, 不具有自愈功能, 不进行自动的通道切换。而光纤距离保护装置传输的是逻辑命令信号, 不要求传输通道的对称性。不仅可工作在任何传输通道, 也能工作在任何形式的光纤自愈环网中。两种保护装置对通道的要求不同, 这对改进保护装置来说, 是一个很好的契机, 特别是针对最近几年用的最多的光纤电流差动保护装置, 对改进装置的性能和扩大装置的使用范围上都有很大的促进作用。

5.2 改进方案

目前国内外保护厂家都研发了双光纤通道的电流差动保护, 正常运行时, 两个光纤通道的数据被分别存放在缓存区中, 两个通道的数据互为备用, 当其中一个通道中断时或数据帧丢失时, 可实现数据的无缝切换, 对于两个通道的数据如何使用, 不同的厂家有不同的做法, 主要有单保护模块和双保护模块两种[4][5], 如图2所示。以下介绍220kv某线路Ⅱ回线用的是单保护模块。

考虑到可以扩大光纤电流差动保护装置的适用范围, 在光纤电流差动保护装置中增加光纤距离保护功能。在光纤差动保护装置中增加光纤距离保护功能, 软件修改的难度不大, 但就如何运行则有不同的方案。

方案一:将目前双光纤电流差动保护改为一个光纤电流差动和一个光纤距离保护, 光纤电流差动和光纤距离保护相互独立。

方案二:在双光纤电流差动保护的基础上增加光纤距离保护的功能。正常运行时光纤电流差动保护工作, 光纤距离保护功能退出, 当通道中出现干扰, 通道工作环境不理想, 可能导致光纤电流差动保护无法正常工作, 此时将保护装置切换至光纤距离保护模式。

两种方案各有利弊, 采用方案一:可以弥补正常运行时光纤电流差动保护对通道质量要求高的不足, 即使出现通道质量欠佳, 光纤距离保护仍可使用, 主保护不至于完全退出运行;采用方案二:对装置在正常进行时的性能和可靠性几乎没有影响, 由于光纤电流差动保护和光纤距离保护的帧结构不同, 保护装置应能适应通信接口的变化。

两种方案的提出对于光纤电流差动保护装置来说, 解决了两侧保护装置的采样同步的问题, 进一步扩大了光纤电流差动保护装置的适用范围。对于通道中出现干扰, 造成采样不同步, 对光纤距离保护功能没有影响, 所以改进后的保护装置还可以继续工作在此光纤通道, 继续维护电网的安全稳定运行。

6 结 论

光纤通信技术的发展及其在继电保护中的广泛应用, 使得光纤电流差动保护成为220kv及以上电压等级线路保护的首选配置。本文就如何处理光纤通道的异常及光纤电流差动保护拒动提出了解决方案, 结合通信、保护各专业之间的协调、沟通, 对现场设备进行调整及改进。同时解决方案中提出的光纤电流差动保护与其他保护的配合使用, 受到相关人员的关注, 对解决好光纤通道的干扰问题起到了关键的作用。

参考文献

[1]李瑞生, 王强, 文明浩, 王尔寒.WXH-803光纤电流差动保护的研究[J].继电器, 2004, 32 (2) :40-43.

[2]张丽丽.云南电网光纤差动保护应用分析[J].云南电力技术, 2009, 37 (2) :27-28.

[3]倪伟东, 李瑞生, 李峥峰.光纤电流差动保护通道试验及研究[J].继电器, 2005, 33 (8) :68-70.

[4]赵曼勇, 周红阳, 余江, 杨晋柏.光纤电流差动保护在应对冰灾期间采用公用通信网通道的改进措施[J].南方电网术, 2008, 2 (2) :27-30.

光纤保护通道的分析及应用 篇10

1 光纤保护原理

光纤保护采用光纤通道作为信号通道来传送线路两端的比较信号 (电气量或命令信号) , 通过对所传输信号的计算或逻辑判断, 实现全线速动功能。目前220kV及以上电压等级线路的光纤保护原理分为以下两种。

1.1 光纤差动保护原理

光纤差动保护以光纤为通道, 传输电流量信息, 通过对两侧电流量的计算, 实现差动保护功能, 实现全线速动。以一条220kV线路为例, 当发生区内故障时, 线路两侧的故障电流均流向故障点, 两侧电流的矢量和成为动作电流。当发生区内故障时, 线路内为穿越性的电流, 不产生动作电流, 只产生制动电流, 差动保护不动作 (注:以母线流向被保护线路方向为正方向) 。

1.2 光纤方向/距离保护原理

光纤方向/距离保护是以判断方向为基础的纵联保护, 通过命令信号的传输, 结合两侧信息进行逻辑判断, 实现全线速动。纵联方向/距离保护的逻辑判断分两种:闭锁式 (没有收到闭锁信号, 本侧满足条件就跳闸) 和允许式 (本侧满足条件后, 还需要接收到对侧的允许信号才能跳闸) 。

2 光纤通道原理

光纤通道作为线路两侧保护信息 (电流量或命令信号) 相互沟通的纽带, 一直是光纤保护的薄弱环节。一旦光纤通道中断, 相应的主保护将被迫退出运行, 直接影响到电网安全。

光纤通道的连接形式分为两种:专用通道和复用通道。专用通道是指线路两侧的装置通过光纤通道直接连接 (即保护的尾纤与光缆的保护专用芯直接融接或通过光纤分配屏连接) , 主要应用于短线路。复用通道是指保护信息按一定的规约, 以64kbit/s的速率复接到PCM交换机, 和其它信息复用后一起传输 (复用方式一) , 或单独以2Mbit/s的速率复接到SDH的E1口, 传送保护数据 (复用方式二) , 见图1。

光纤保护通信接口设备作为实现光信号与电信号相互转换的接口设备, 主要分为两种:保护通信接口装置 (FOX-41A) 和光电转换接口装置。

保护通信接口装置FOX-41A用于南瑞RCS902光纤距离或方向保护设备装置, 利用光纤通道传输信号, 还能与光电转换接口装置与通讯设备实现复接, 可用于64kbi t/S或2Mbit/S传输速率, 如图2。

光电转换接口装置分为两种:一是用于2Mbit/S传输速率的光纤差动保护装置与SD H设备接口复接, 如MU X-2MC、G X C-2M、G X C-2M+等, 二是用于64kb it/S传输速率的光纤差动保护装置与PC M机复接, 如MUX-64B、GXC-64等。

3 光纤通道对调方法

光纤通道对调主要包括两部分:一是指对保护装置 (光差保护) 、光电转换装置 (MUX 2M) 、保护通信接口 (FOX 41) 等装置上的光纤收发信端口的光功率进行测量, 以确保保护装置、光电转换装置和保护通信接口装置之间的通信完好及光纤衰耗在正常允许范围之内;二是校验保护装置的保护功能。下面以RCS931型线路保护装置为例介绍光纤通道对调的基本方法。

3.1 准备工作:修改与通道相关的三个控制字。

主机方式:指装置运行在主机还是从机方式, 两侧保护装置必须一侧为主机, 另一侧为从机。

专用光纤:采用专用光纤时, 置1, 与PCM复接时置0。

通道自环或设置本侧对侧纵联码一致:通道自环试验时置1, 正常运行时置0。

3.2 测试光纤通道数据

对于专用光纤的通道接线方式, 需分别测量保护装置背板收发信端口的光功率 (如图3中的A点和B点) , 验证光纤通道的正确性。

A点:检查保护装置发出的光功率电平是否满足要求, 若采用专用光纤且线路比较长导致对侧接收光功率不满足接收灵敏度要求时, 可以通过跳线增加保护装置的发送功率。

B点:检查保护接收的光功率是否满足要求, 一般应在-40dbm以上, 若不满足应检查光纤是否均连接好, 光纤头是否清洁, 光纤的衰耗是否与实际线路长度相符 (尾纤的衰耗是很小的) 对于复用光纤的通道接线方式, 除了测试上述两点的光功率外, 还需测量光电接口装置的收发信端口的光功率 (如图3中的C点和D点) 。

C点:在通信机房的通信接口柜测量光电转换接口装置发信端口的光功率电平, 与保护装置接收到的光功率电平进行对比, 检测两者之间衰耗, 衰耗数据根据中间接头的数目不同有所偏差, 相差不大。

D点:在通信机房的通信接口柜测量光电转换接口装置收到的光功率电平, 与保护装置发出到的光功率电平进行对比, 检测两者之间衰耗, 衰耗数据根据中间接头的数目不同有所偏差, 相差不大。

对于复用通道, 还应利用误码仪测试复用的通讯通道是否良好。

3.3 主保护功能校验

完成上述检查后, 恢复正常运行时的定值, 同时将通道恢复正常运行时的连接, 投入差动压板, 保护装置应该通道异常灯不亮, 无通道异常信号。通道状态中的各个状态计数器可能偶尔会增加。根据光纤保护装置的原理不同, 线路两侧进行差动保护或方向 (距离) 保护功能的调试。

3.4 恢复工作前状况

进行通道测试和保护功能校验以后, 检修人员按定值单整定装置定值和投退压板, 检查保护装置、光电转换接口装置无异常告警信号, 将保护装置和光电接口装置恢复到工作开始前的状态。

其他型号的光纤保护通道测试方法与此类似, 分别测量保护装置或保护通信接口背板、光电转换接口装置背板的收信和发信电平, 进行比较, 检查衰耗是否在允许范围内, 从而确定光纤通道是否正常;通过线路两侧保护功能调试, 验证保护逻辑正确性。

4 光纤通道的运行维护

光纤保护除了需进行定期的预防性试验外, 还需加强日常的巡视, 在正常运行的情况下, 值班人员应注意以下几点。

(1) 经常记录通道状态中的数据, 以便前后比较, 监视通道的运行状态。

(2) 经常观察差动电流是否异常。

(3) 经常检查光电转换接口装置上的告警灯是否正常。保护装置及监控系统无“通道异常”告警, 装置面板上“通道异常灯”不亮。

5 结语

随着光纤保护的大量使用, 光纤保护通道出现的问题也不断增加, 建议在光纤保护验收投运之前严格把关, 确保保护通道的畅通, 保护功能的正确, 提高光纤保护在运行过程中的安全性和稳定性。

参考文献

[1]许建安.电力系统通信技术.

[2]南京南瑞继保电气有限公司.FOX-41A型保护通信接口装置技术说明书.

保护光纤 篇11

关键词：光纤通道,继电保护,解决方法

1 保护信号传输通道的选择

采用光纤接口与光纤通道配合来传输保护信号的方式, 其光纤通道的配置有2种方式, 即专用光纤通道和复用光纤通道。

1.1 专用光纤通道

专用光纤通道主要采用的是专用光缆或专用纤芯。前者指线路两端保护设备用一根光缆连接, 一般采用与输电线路地线一同敷设。常用有复合地线光缆OPGW、地线缠绕式和捆绑式光缆;受光传输衰耗影响, 其长度不超过30km。后者是指保护复用通信光缆, 使用其中的一对专用纤芯并预留一对备用纤芯, 该方式对光缆长度没有特别限制, 但中间设备多, 容易发生因光缆接头质量问题造成保护通道告警的现象。因此, 采用专用光纤, 其可靠性依赖于站点间直通光缆的性能, 当光缆断开时, 保护远传信号全部中断, 无替代传输路由。

1.2 复用光纤通道

当传输保护信号的线路较长时, 必须采用复用光纤通道。复用光纤通道利用64KB/S数字接口经PCM设备或利用2M接口直接接入数字网络PDH、SDH, 传输距离延伸到数字网络的每个节点, 并可以实现光纤自愈环。当传输线路中断或性能劣化到一定程度, 电路可实现自动切换。从统计的角度来看, 光纤电路切换与电力线路故障同时发生的几率非常小。这种信号传输通道的缺点是相应站点SDH光端机或保护专用PCM装置故障时, 保护远传信号随之中断。

2 光纤通道纵联保护的实现

纵联保护的方式分为闭锁式保护、允许式保护和电流差动保护。闭锁式保护的优势在于当线路发生故障时, 载波通道可能被阻塞, 但并不影响纵联保护。允许式保护和电流差动保护是在被保护线路发生故障时, 需要向线路对侧传送信号和数据。如果采用光纤通道, 闭锁式保护不再具有优势, 因此光纤通道首选用允许式以及电流差动保护。

允许式保护对信号通道要求很严格, 任何时候不允许通道堵塞或断线, 所以必须有正常运行时的通道监视功能, 信号消失则立即报警或闭锁相应保护。目前光纤接口装置及电流差动保护都能实现报警或闭锁相应保护的功能。

2.1 光纤接口允许式纵联保护

允许式保护有保护发讯、断路器位置发讯及其他保护动作发讯三种发讯方式, 发讯意味着允许对侧跳闸。断路器跳闸位置发讯是为了在本侧断路器断开而对侧断路器合入时线路发生区内故障而设置的, 其它保护动作 (母差、失灵保护) 发讯是为能瞬时切除断路器和电流互感器之间的故障而设置的。

2.2 电流差动保护

电流差动保护通道中传输的信息量比较大, 既有数据信息, 也有命令信息。为解决一侧开关处分位, 另一侧合于故障的问题, 对于变220KV双母线分段接线方式, 由于目前的差动保护都没有“外部保护发讯”开入, 往往很容易忽略该功能的实现。应将母差、失灵保护动作接点或经操作箱重动的TJR接入“远跳”开入, 将外部保护动作的信息转换成发远跳命令使对侧保护动作永跳断路器并闭锁重合闸, 以解决该侧开关与电流互感器之间故障的问题。

3 光纤通道直跳方式的实现

在线路变压器组接线中, 送电侧保护故障大都缺乏足够的灵敏度, 采取变压器保护动作后向远方发送跳闸命令;在3/2断路器接线中, 如果中间断路器失灵后不能切除线路对侧断路器, 故障点就不能消除, 失灵保护将失去意义;同样, 500KV长线路过电压保护动作后如果不能切除对侧断路器, 系统的异常状态或故障也不能消除。因此, 应用光纤通道来传输变压器保护、失灵保护及过电压保护动作的远方直跳信号。

3.1 光纤接口传送直跳信号

在接线上通常采用二取二或二取一加就地判别的模式来提高保护的可靠性, 二取二接线的跳闸条件是用来传输远跳信号的光纤接口装置两个通道都接收到跳闸信号, 二取一加就地判别接线的跳闸条件为用来传输远跳信号的光纤接口装置中任意个通道接收到跳闸信号且就地判别装置同时动作。500kvⅠ、Ⅱ路线路采用3/2接线, 光纤纵联保护远跳采用这种方式, 其动作逻辑见图1。与传统音频接口不同的是, 光纤接口装置能够同时传送多个独立的命令。因此, 传送直跳信号可以与纵联保护共用光纤接口, 充分利用了设备资源。

与传统音频接口不同的是, 光纤接口装置能够同时传送多个独立的命令。因此, 传送直跳信号可以与纵联保护共用光纤接口, 充分利用了设备资源。

3.2 光纤差动保护传送直跳信号

光纤差动保护传送直跳信号的一种实现方法变接线方式。单独配置断路器失灵保护, PSL 603保护远跳由断路器失灵保护接点起动, 远跳可经变保护起动控制与保护共用跳闸出口, 为一取一方式。光纤差动保护传送直跳信号的另一种实现方法是利用光纤差动保护的通道进行接点直传来远跳, 见图2, 可实现二取一或二取二方式跳闸。

4 光纤通道继电保护的应用及其优势

纵联保护的优势在于能够实现全线速动, 而制约全线速动的因素有选相的正确性、起动元件是否足够灵敏以及收发讯机延时等, 采用光纤通道继电保护能较好地解决这些问题。

4.1 同杆并架线路全线速动

同杆双回线路跨线故障的选相是继电保护需要解决的关键问题。分析表明, 近处故障 (包括跨线故障) 都能正确选跳故障相, 随着故障点远移, 以至到线路末端时, 两相两导线跨线故障 (例如LAIIBG) 都被判断为相间故障 (IABILABG) , 但此时故障已在距离保护Ⅱ段范围以内, 虽然选相错误 (两回线都判为ABG故障) , 但由于保护Ⅱ段有延时, 故不会立即跳闸。一旦对侧保护Ⅰ段正确选跳故障相后, 两回线都是单相故障, 本侧相间距离继电器返回, 接地距离继电器开始测量, 接地距离保护Ⅱ段正确选跳故障相, 实际根据先是判ABG故障, 然后判AG (BG) 故障可实现纵续动作。因此在线路末端发生跨线故障时保护不能正确选相, 但对侧保护可以选相, 如果两回线保护有足够的通道按相传送允许信号, 就可以实现全线速动选跳故障相。

光纤通道保护与载波通道保护相比, 明显的优势在于传输容量大, 抗干扰性能好, 很容易实现两侧多命令的同时传输。同杆并架线路常配置光纤允许式保护和电流差动保护, 除上述优势外, 关键是原理上有选相功能, 发生跨线故障时, 双回四侧保护均能正确、快速选相跳闸。因此, 同杆双回线上为了在跨线故障时能瞬时选跳故障相, 最好采用分相电流差动保护。

4.2 弱馈线路全线速动

目前的220KV弱馈线路大部分使用闭锁式高频保护, 其专用收发讯机与纵联保护配合在原理上有缺陷:如投入远方起动, 在区内故障时负荷侧常发闭锁信号使保护拒动或者延长动作时间;如不投入远方起动, 又无法进行通道试验来监视通道的状况。采用光纤通道保护, 能够很好地解决上述问题并实现全线速动, 例如:

光纤接口能够时刻监视通道状况, RCS 902A线路投入弱馈保护, 其弱电转发及弱电跳闸使区内故障时负荷侧能够转发允许信号不致使保护拒动;工作原理为当反方向元件均不动作, 至少一相或相间为低电压时判为正方向故障, 发允许信号和跳闸命令。弱电侧反方向故障时两侧方向元件在灵敏度和动作时间上都要配合, 即弱电侧的反方向元件应当更灵敏、动作更快。一般弱电侧收信等待反方向元件动作的时间取10ms, 目前的光纤接口都可以单独对每个命令的收信输出时间进行整定, 较灵活地满足了这一要求。

PSL 603差动保护启动逻辑见图4, 弱电侧原理上对区内故障的有较高的灵敏度, 只要主变中性点接地, 弱电侧∆Ⅰ或IO能启动进入故障判别程序发允许信号。极端情况下短路前线路空载, 单相接地短路既无电流突变量又无零序电流, 弱电源侧起动元件可能不起动。保护采取增加一个低压差流起动元件UΦ或UL来启动保护, 从而实现了全线速动。

5 光纤通道继电保护应用中存在的问题及相应措施

5.1 光纤接口允许信号的接线问题

光纤接口与纵联保护配合应是一套全线速动的保护, 但目前的二次接线不能完全实现。对于双母线接线的线路, 由于某些保护不具备接入“其他保护发讯”逻辑, 断路器与电流互感器之间的故障无法瞬时切除, 只能依赖于对侧线路二段保护跳闸。实际上接入其他保护起动光纤接口发讯的回路很容易, 只需将其他保护动作的接点与纵联保护的发讯接点并联即可, 这是目前接线可以改进的地方。如果保护不具备跳位发讯逻辑, 则不能将TWJ与保护发讯并联, 否则变成长发讯, 影响保护功能。为了实现与这类保护的配合, 某些厂家的光纤接口内部设计了“其他保护动作发讯”和“TWJ发讯”逻辑, 二次接线时应予以完善。

5.2 电流差动保护远跳回路的改进

电流差动保护的远跳由线路保护、母差及失灵保护永跳来实现。实际保护原理是, 发送端远跳开入不受起动元件与主保护压板的控制, 接收侧跳闸不受主保护压板控制, 这样带来的问题是当单侧开关检修, 线路旁代运行时, 虽然两侧差动保护退出, 但检修侧对保护进行整组校验时将向运行侧发送远跳命令。某些地区曾发生过在对旁代的电流差动保护进行整组传动开关试验时, 由于起动了三跳及永跳继电器发送远跳, 而对侧保护由于线路的重载已经起动, 从而导致线路跳闸的事故。从

保护运行操作来说, 开关的失灵保护或远跳也应当随着开关转冷备用而退出, 这在保护运行规程中都有明确规定。图5是220KV双母线接线的电流差动保护远跳回路的一般设计, 改进的方法是在发送端远跳起动回路中串入压板LP, 这样使得远跳功能可以根据运行方式投退。

5.3 复用通道对电流差动保护的影响

当线路较长时, 差动保护只能采用复用通道传输, 两侧保护采样值同步对电流差动保护的正确运行起到了关键的作用。目前多数电流差动保护在采样同步问题上, 均采用“乒乓技术”进行通道传输延时的自动补偿, 但这种技术前提是双向传输时延一致, 而带自愈功能的复用通道, 往往主通道良好, 通道时延短, 备通道路由可能迂回较多, 时延较长。两侧采样数据不同步, 造成数据帧的丢弃。因此在设计时应考虑选用同步原理在一定程度上适用于可变通道的保护。在现场调试中, 必须对两侧保护进行通道延时的实测, 看是否满足保护运行的要求。如果由通信人员测试时, 往往仅在PCM处进行环路测试, 这是不够的。若保护原理不能适用于可变通道, 必须在与通信专业的交流中讲明。目前各厂家都研发了双通道的电流差动保护, 正常运行时, 两个光纤通道的数据被分别存放在缓存区中, 两通道数据互为备用, 当其中一个通道中断时或数据帧丢失, 可实现数据的无缝切换, 这成为解决复用通道缺陷最可靠的办法。

5.4 光纤通道设备双重化问题

早期, 大部分为单套保护采用光纤通道, 随着光纤保护在220KV以上电网的广泛应用, 通道设备双重化的问题日趋严重。专用光纤通道, 同一光缆的不同纤芯能否构成通道双重化应根据光缆的形式来确定。对于ADSS光缆, 由于可靠性较差, 同一光缆的不同纤芯不能视为通道双重化。对OPGW光缆, 则有着较高的可靠性, 在光纤网络未形成环网的现状下, 同一光缆的不同纤芯可以视为通道双重化。当形成了光纤环网后, OPGW光缆也应实现2条路由的双重化, 一条光缆损坏后, 可通过另一路由正常运行。对于复用通道, 许多220KV以上变电站只有一套光传输设备, 一个光端机上传输多套保护信号, 包括来自同一条线路2套主保护的信号, 500KV变曾经就发生过因光端机故障导致500KV线路双套主保护退出的异常现象。因此复用通道设备双重化主要应考虑PCM设备及SDH或PDH光端机的双重化。另外, 通信设备的电源配置也应该实施双重化, 负载的分配应考虑当一路电源掉电不会影响到另一路通信设备的运行。目前对于220KV继电保护技改工程, 维持线路保留一套载波通道保护运行, 一套使用OPGW光纤专用或复用通道。对于旧变电站新扩建单元, 受光端设备现状制约, 采用一套保护专用光纤芯方式, 另一套保护复用本线光纤通道方式。对于新建变电站, 则都建设了两套光端设备, 如图6所示。在电源配置上采用走同一路由的保护及其光端设备电源取自同一段直流母线, 严禁保护和通道设备电源交叉, 这样避免了某一段直流掉电引起双套保护退出的事故。

5.5 通道设备的抗干扰问题

光纤接口一般与保护同屏安装在继保室, 两者之间的接点联系不经过长电缆。保护室至通讯机房通过光纤传输, 因此这部分几乎不存在干扰问题, 主要是通讯机房内设备的抗干扰问题。64KB/S或2M/S的O/E接口、PCM设备、光端机都安装在通信机房, 处于弱电工作状态。变电站周围的雷击、设备放电或各种倒闸操作所产生的电弧, 都通过电磁场空间辐射的方式干扰通讯设备。其解决方法是采用屏蔽及良好的接地来抑制干扰。接口屏和保护用光端机屏应装有100mm2截面的接地铜排, 接口装置的接地端子要可靠接地, 并与光端机设备接入同一接地网;64K接口的收、发讯连线应采用屏蔽双绞线, 长度≤15m, 屏蔽层在发送端接地, 接收端浮空。2M接口收、发讯连线应选用专用同轴电缆, 屏蔽层应双端接地。事实证明, 采用上述措施, 通道中断的异常得到了解决。

6 结束语