包旭東

（內蒙古東部電力有限公司，內蒙古 呼和浩特010020）

1 有關繼電保護和光纖通道

繼電保護主要研究電力系統(tǒng)故障及威脅其安全運行的異常工況，以探究相應的反事故自動化措施。在繼電保護的發(fā)展過程中，曾經主要使用有觸點的繼電保護來保護電力系統(tǒng)及其元件（發(fā)電機、變壓器、輸電線路、母線等）。光纖通道的設計和應用，主要是為了保障網絡系統(tǒng)更加通暢、穩(wěn)定，可以給更多的硬盤系統(tǒng)提供高端工作站、海量存儲子網絡、交換機、服務器等服務。光纖通道的使用極大地滿足了集線器、串行數據通訊等系統(tǒng)對高數據傳輸率的要求，也為更多的硬盤系統(tǒng)帶來便捷。

2 光纖通道的優(yōu)點和構成原理

2．1 通訊容量較大

隨著我國電力系統(tǒng)的保護、控制、遠動技術的發(fā)展，通訊量增加是必然趨勢。微波通道的通訊容量一般只有960路，而對于由光纜構成的光纖通道，當采用0．85μm短波長時，通訊容量可達到1 920路；當采用1 055μm長波長時，通訊容量可達到7 680路。

2．2 工作可靠性高

載波通道受到雷電和電力系統(tǒng)操作產生的電磁干擾較大，其信號受到天氣變化的影響較大，嚴重時出現停滯狀態(tài)。微波通道雖然受到電磁干擾較小，但在較為惡劣的天氣條件下，信號衰落現象較大。而電磁干擾和天氣變化卻不能影響到光纖通道，因此光纖通道的工作可靠性遠遠高于載波通道和微波通道，這對于整個電力系統(tǒng)的穩(wěn)定和正常工作十分重要。

2．3 光纖通訊系統(tǒng)結構

在光纖通訊信號的傳輸中，正方向和反方向信號傳輸的結構一樣。光纖通訊系統(tǒng)發(fā)端的電端機是比較常規(guī)的通訊發(fā)送設備，其主要的作用是對信息的信號進行處理，如調直和多路復用。一般在發(fā)端的光端機內部都有激光器或發(fā)光二極管，其主要是作為光源存在，用于將電信號調制到光信號上。然后將調制的光源輸入到光纖，向對端進行信號的傳輸。光信號在傳輸過程中，會受到一定的影響，而出現衰弱的現象，因此需對光信號進行形狀和強度的恢復，一般要通過中繼器對傳輸的光信號進行放大和調整，然后再繼續(xù)向前傳輸。中繼器的工作原理主要是通過光檢測器把光信號改變?yōu)殡娦盘枺俳涍^放大調整后，變成恢復好的光信號。

3 光纖通道和接口

目前，我國在繼電保護中，已經普遍使用了光纖通道，這種光纖繼電保護主要由光纖、光發(fā)送器、光接收器等構成。

3．1 光發(fā)送器

光發(fā)送器一般采用鋁石釹榴石激光器或砷鎵鋁發(fā)光二極管制成。它能夠使電信號在通過光發(fā)送器時轉化為光信號，然后再進行輸出。在我國發(fā)光二極管是一種比較常見的電光轉換元件，其技術的完備性和成熟性已經有目共睹，使用壽命較長，因而得到了普遍的應用。

3．2 光接收器

光接收器是由光電二極管構成的，在光纖通道中具有十分重要的作用，光信號只有通過光接收器才能轉變?yōu)殡娦盘?，然后再輸出電信號?/p>

3．3 光纖

光纖主要是通過光的傳播對相應的信號進行傳輸。光纖的主要組成是空心的石英絲，其直徑較細，和其他的光傳輸介質相比，光纖能夠傳輸高容量的信號。光纖采用石英為主要材料，不但大大節(jié)省了金屬材料，還具有較強的耐腐蝕性、抗干擾性以及較好的防潮效果，且其鋪設工作較為方便，因而光纖作為信號傳遞的通道，具有較強的可靠性。

3．4 光纖保護接口技術

數字電流差動保護系統(tǒng)的構成如圖1所示，保護裝置之間需要傳遞的信息有：（1）采樣值。繼電保護裝置一般需要對被保護對象（元件或線路的電流、電壓）進行模擬采樣和A／D模數轉換，變成二進制表示的瞬時值。（2）矢量。傳送每相電流的矢量，包含其實部和虛部2個部分。（3）開關量。包括遠方跳閘開入、母差保護開入、TA斷線和TV斷線等信息。（4）控制命令。包含幀性質，即本幀報文的類型或屬性，以及保護和起動元件邏輯狀態(tài)、數據窗選擇、三跳位置等開關量信息。（5）時刻信息。時刻信息一般標識當前幀報文和采樣時刻的相應信息，如當前報文中所包含的模擬量或數字量的采樣時刻及采樣標號。

圖1 數字電流差動保護系統(tǒng)構成圖

綜上所述，光纖保護主要包含光纖電流差動保護、光纖距離保護、光纖方向保護以及光纖命令傳輸等裝置，光纖保護的類型不同，決定了其傳輸通道的轉變。一般情況下，邏輯命令信號的傳統(tǒng)通道，如光纖距離、方向的保護等對光纖通道對稱性基本無要求或要求較低，在所有光纖的自愈環(huán)網以及傳輸通道中都能夠正常工作。電流相量的實部和虛部以及瞬時值都是依靠光纖電流差動保護來進行相應的傳輸，在兩端的采樣要同步進行，以保證兩端電流的相量和、相量差在同一個時間內，從而保證動作電流和制動電流計算結果的準確性。

4 光纖作為繼電保護的信號通道

采用光纖作為繼電保護的信號通道，在信號傳輸過程中，由于距離較長，為了確保信號的強度、形狀和準確性，都會隔一段距離設置一個中繼器，以調整信號。目前，我國已普遍采用光纖作為繼電保護的通道對信號進行傳輸，其應用主要表現在以下幾個方面：（1）采用光纖作為電流縱差保護中的導引線；（2）采用光纖作為電力系統(tǒng)機組保護裝置中的通訊線，主要出現在高頻保護中對控制室以及載波機的保護上；（3）光纖還可以作為微波保護中發(fā)射塔和保護裝置之間的聯絡線，是變電站或者控制室內的繼電保護信號傳輸線。在對計算機多機進行保護時，光纖是微機之間以及微機與各種測量或其他終端設備的連接線，保證了數據的正常傳輸。在繼電保護中采用光纖通道進行信號的傳輸，能夠最大限度地避免外部的電磁、天氣狀況等對通道的干擾，從而有效地保證信號傳輸的通暢性和準確性，在信息化高速發(fā)達的現代社會里表現出獨具一格的優(yōu)勢。特別是在短線電流縱差保護中使用光纖通道，能很好地緩解因感應電壓、故障電流增大引起的過電壓而對通道和設備造成的危害。因此，國內外研究光纖通道在繼電保護中應用首先是針對短線縱差保護。

5 光纖通訊系統(tǒng)的復用技術在繼電保護中的使用

目前，短線縱差保護依然是國內外研究光纖通道在繼電保護中應用的首要問題，對信號各路傳輸中的復用技術進行分析是研究短線電流縱差保護中光纖作用的前提。對繼電保護中的各相電流進行傳輸時，為了確保傳輸的準確性和保護性，要通過分相比較、傳輸以及眺閘，實現全過程傳輸保護。隨著科學技術和計算機技術的快速發(fā)展，光纖通道在電力系統(tǒng)和通訊系統(tǒng)中得到了廣泛的應用，這也使繼電保護可以通過使用光纖以數字形式傳輸多路電流、電壓信號，同時也使在較長輸電線路上應用分相電流縱差保護成為可能。

6 結語

綜上所述，與以其他介質為基礎的通信方式相比，光纖通信具有不可比擬的優(yōu)越性。首先光纖通訊具有超級大的信息容量，其次光纖通信不受自外部環(huán)境的電磁干擾和天氣變化等的影響，具有較強的穩(wěn)定性和可靠性，這些優(yōu)點正是電力系統(tǒng)繼電保護所需要的。因此，在繼電保護中應用光纖通道，不但可以使繼電保護具有更高的安全性和可靠性，也對整個電力系統(tǒng)的安全運行提供了有力保障。

［1］劉強．光纖通道在電力系統(tǒng)繼電保護中的應用［J］．廣東水利電力職業(yè)技術學院學報，2003（1）

［2］張國雄．繼電保護技術分析［J］．中小企業(yè)管理與科技（上旬刊），2009（10）

［3］李佑光，林東．電力系統(tǒng)繼電保護原理及新技術［M］．第2版，北京：科學出版社，2009