光纤技术在电力保护中应用

光纤技术在电力保护中应用

高鼎

国网山西省电力公司晋中供电公司  山西 晋中 030600

摘要：电力系统作为社会发展的基石，确保其稳定的运行，可以为社会提供充足的能源，进而推动社会快速、稳定的发展。电力系统运行的过程中，需要对其进行保护，使电力系统能够稳定的运行。在传统的电力保护中，常常受到外界环境、电流等多种因素的影响，导致保护的效果较差。因此，对光纤技术在电力保护中应用进行研究具有重要意义，为我国电力系统安全、稳定的运行奠定良好基础。

关键词：光纤技术；电力保护；继电保护；电流差动保护

1 引言

随着通信技术的发展，在纵联保护通道的使用上，已经由原来的单一的载波通道变为现在的载波、微波、光纤等多种通道方式。由于光纤通道所具有的先天优势，使它与电力保护的结合，在电网中会得到越来越广泛的应用。

2 电力光纤的特点及优势
        2.1电力光纤的特点
        继电保护所用光纤为通信光纤，是由纤芯和包层两部分组成的。纤芯区域完成光信号的传输；包层则是将光封闭在纤芯内，并保护纤芯，增加光纤的机械强度。
        2.2电力光纤通道的分类
        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。光纤保护按其通道模式分类有专用光纤和复用光纤通道两种方式。
        专用光纤保护：一根光纤只用来传输一个方向的保护信息，不与其它任何信息复用。一对光纤可用来传输（双向）一条线路两侧的保护信息。此种方式，需要专用光纤接口，使用单独的专用光芯优点是：避免了与其他装置的联系，减少了信号的传输环节，增加了使用的可靠性。缺点是：光芯利用率降低（与复用比较），保护人员维护通道设备没有优势。而且，在带路操作时，需进行本路保护与带路保护光芯的切换，操作不便，而且光接头经多次的拔插，品造成损坏。
        复用光纤保护：保护信息按G.703同向接口形式，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。此种方式优点是提高了光芯的利用率。缺点是：中间环节增加，而且带路切换设备在通信室，不利于运行人员巡视检查，通信设备有问题时会影响保护装置的运行。
        2.3光纤通道的优势
        光纤通道相对于其他传统通道（如：电缆、微波等）具有如下特点：
        1）传输质量高，误码率低，一般在以下。这种特点使得光纤通道很容易满足继电保护对通道所要求的“透明度”。即发端保护装置发送的信息，经通道传输后到达收端，使收端保护装置所看到的信息与发端原始发送信息完全一致，没有增加或减少任何细节。
        2）光的频率高，所以频带宽，传输的信息量大。这样可以使线路两端保护装置尽可能多的交换信息，从而可以大大加强继电保护动作的正确性和可靠性。
        3）抗干扰能力强。由于光信号的特点，可以有效的防止雷电、系统故障时产生的电磁方面的干扰，因此，光纤通道最适合应用于继电保护通道。
        以上光纤通道的三个特点，是继电保护所采用的常规通道形式所无法比拟的。在通道选择上应为首选。他是山于光缆的特点，抗外力破坏能力较差，当采用直埋或空中架设时，场于受到外力破坏，造成机械损伤。若采用OPGW，则可以有效的防止类似事件的发生。

3 光纤技术在电力保护中的应用
3.1电力光纤技术的应用原理
在电力光纤技术应用于继电保护的过程中，光线网络起到了稳定传输性能、提高保护恢复能力的作用。现阶段，电网通信系统中广泛采用的是SDH/SONET同步数字体系。同步数字体系的工作原理是以电时分复用的方式来进行继电保护的，它的应用使得电网通信系统具有固定的时延性能和强大的保护恢复能力。但在具体的应用过程中存在一定的局限性，这就很难满足电力网络系统进行组网的需求。基于此，应把当前系统广泛采用的电复用方式逐渐向光复用方式进行转化，这是因为光复用保护方式能够实现增大光纤传输信息容量的目的。
3.2专用通道光纤保护
光纤纵联保护当中，由光纤与纵联保护连部分构成，并通过允许式的方法，在光纤内传递允许信号与直跳信号。对该方法进行应用时。不需要在整个电力保护系统内，增加新的光纤接口，只需要对专业的光芯进行应用即可。采用该方法对电力系统进行保护，可以使保护系统独立出来，形成单独的模块，不会产生一些不必要的传输流程，进而提升了电力保护的安全性与可靠性。但使用该方法时，也存在一定的缺陷，即光芯的应用效率不高，需要投入较高的成本。同时，存在带路操作时，应根据电力保护的实际情况，及时的对本路保护与带路保护的光芯进行切换，从而为整个电力保护的进行带来了一定难度。此外，电力保护时，接头还需要进行重复的插入与拔出，使接头出现损伤。因此，该保护方式正逐渐被社会所淘汰
3.3复用通道光纤保护

电力保护中对光纤技术应用时，通过光纤与纵联保护之间的的结合，还可以设计出复用光纤纵联保护。该保护方法当中，通过允许式的手段，将保护设备发出的允许信号与直跳信号，通过相应的音频接口，传输至复用装置内，并利用该装置内的光纤通道，对信号进行传递。采用该保护方式时，保护线路较为简单，很容易连接出相应的保护线路，为后期的维护打下良好基础。同时，还会利用带路，针对电力保护的实际情况，自动地对电信号进行切换，从而使光芯具有较高的使用效率。但该方法也存在一些缺陷，即整个电力保护系统内，存在诸多的中间流程，同时，对该系统进行建设时，将带来切换装置放置在通信室，增加了电力保护系统维护与检修的难度。
3.4架空地线复合光缆
该光缆主要由三层构成：最外层为铝线、中间层为钢芯、钢芯层的内部为光导纤维。根据架空地线复合光缆结构的不同，可以将其分为三大类：层绞式、骨架式以及中心束管式。架空地线复合光缆在应用中具有诸多好处，其具有较强的导电性能和机械强度，在使用过程中安全度较高，不会轻易被外力所破坏。现阶段，此种类型的光缆在110KV电路中应用较为广泛，能够实现将电力输电线路与复合光缆的同步建设。该复合光缆在短路电流输出部分使用的是铝合金和纯铝丝的金属保护材料，因此在设计的过程中，应考虑到负荷量进行科学的设计。在具体的设计和应用中，应对复合电缆进行有效的保护，可以采用双层保护套的形式，防止紫外线对线缆产生损坏；在进行地线的更换时，应保障其原有性能不受损坏，使得更换后的电力系统能够实现安全运行。
3.5光纤电流差动保护
所谓的光纤电流差动保护，指的是在电流差动保护中融入了光纤技术，使的该保护形式的效果得到提升。所以，光纤电流差动保护方法当中，主要依据Kirchhoff定律完成的，其公式为：KCL：∑I=0，KVL：∑U=0。通过该定律可以得出，采用光纤电流差动保护时，保护的原理非常简单，并且，在保护系统运行方式发生变化时，不会对电力保护的效果带来干扰。同时，系统两侧的保护设备之间，不存在任何的电联系，从而使整个保护系统具有更强的可靠性。当前阶段中，电力系统中的很多组成部分都开始对该保护方法进行了应用，如输电线路等。

4 结束语
综上所述，在科学技术快速发展的情况下，使得光纤技术被广泛的应用到电力保护当中，通过光纤技术进一步强化电力保护的效果。而在实际当中，利用光纤技术研发出了多种电力保护方法，这些电力保护方法各自具有各自的优势与缺陷，只有针对电力系用运行的实际情况，选择出最佳的电力保护方法，才会确保整个电力系统安全、稳定的运行。

参考文献：
[1]高明亮.电力系统继电保护中电力光纤技术的应用[J].低碳地产，2016，02（19）：69.    

[2]李波.光纤通信技术在电力系统调度自动化中的应用[J].低碳世界,2018,(01):75-76.