电力系统设备光纤接口自环方法优化设计

电力系统设备光纤接口自环方法优化设计

李泽霖  ,王世祥

单位：深圳供电局有限公司   邮编：518000

摘要：本文主要是针对变电站内采用光纤进行数据传送的电力系统设备的自环方法进行优化设计，随着电力系统设备的高速发展，无论是常规变电站、数字化变电站、智能化变电站的线路保护装置和安自装置还是离不开光纤通道进行数据传输。但是由于光纤及光纤接口装置本身的设计特点，经常会因为定检、消缺、改造工作经常拔插导致光纤的损坏和光纤接口装置老化加速。对于光纤及光纤接口装置现存的薄弱环节，本文主要对光纤及接口装置的自环方法提出一项创新方法，提高光纤和光纤接口装置的使用寿命和可靠性。

关键词：电力系统   光纤   变电站   优化设计

Optimization Design of Self LoopMethod for Optical Fiber interface of power systemequipment

LI Zelin WANG Shixiang

Shenzhen Power Supply Bureau CO.,Ltd, Shenzhen, Guangdong Province 518000

Abstract:This paper mainly focuses on the self loop method of power system equipment using optical fiber for data transmission in substation. With the rapid development of power system equipment, whether the line protection devices and self-protection devices of conventional substation, digital substation and intelligent substation are inseparable from optical fiber channel for data transmission. However, due to the design characteristics of optical fiber and optical fiber interface device itself, the damage of optical fiber and the accelerated aging of optical fiber interface device are often caused by regular inspection, defect elimination and transformation. For the existing weak links of optical fiber and optical fiber interface device, this paper mainly puts forward an innovative method for the self loop method of optical fiber and interface device, so as to improve the service life and reliability of optical fiber and optical fiber interface device.

Key words: Power System,Optical Fiber, Transformer substation, Optimal design

1引言

随着城市的电网变得庞大而又复杂，同时变电站技术也在不断发展和进步，各方对继电保护的可靠性、安全性、速动行、选择性越来越高，其中作为电力传输载体的线路遍布城市的天上和地下，因此作为电网第一道防线的线路保护的重要性是提高电网稳定的重要环节，光纤保护作为高压线路的主保护在电网中的应用越来越普遍，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。为此本文通过光纤的特点和日常关于光纤自环方法进行优化设计，以此提高光纤通道的使用寿命和损坏。

2传统光纤自环接口自环方法

目前电力系统内传统变电站的220kV线路保护采用双重化配置[[1]]，而每套220kV线路保护采用双通道进行配置，保证保护可靠正确的动作，此外对于220kV变电站的安自装置作为执行站用于与子站进行数据交互时通道采用双光纤通道的设计。

结合继电保护人员日常工作时，在做线路保护定检工作中，按照措施单要求进行光纤通道自环并修改本侧或者对侧纵联码后再进行定检工作，在做安全措施和恢复安全措施时需要进行多次拔插光纤的操作，对于存在光纤收发功率不符合要求时，在缺陷处理时更是要进行更多次的拔插光纤操作，鉴于光纤本身的脆弱性，在多次拔插光纤时很容易造成光纤通道损坏和杂志污染。如果光纤收到损坏或者污染目前最常用的手段是用酒精擦拭，处理后仍然不符合要求就只能进行更换工作，进行更换光纤时不仅费时也造成的延迟送电的不良后果。

传统的光纤装置自环时，需要拧开光纤接口装置上所连接的收发光纤，再用另外一根光纤将光纤接口装置上的收发接口连接，在操作过程中存在以下风险：首先是收发光纤容易折断导致光纤彻底报废，其次光纤接口装置由于拔插光纤时容易因为受到外力导致接触光纤的连接处发生松动，导致线路两侧存在误码率增加，增加故障率。最后是光纤及光纤接口装置的接口处容易受到空气中杂质的污染，导致收发功率降低，降低差动保护的可靠性。

3分析光纤及接口装置的特点

所谓光纤是一种由玻璃或者陶瓷材料制成的光波导，光进入光纤中通过全反射进行信息的传递，如下图1所示，目前变电站内使用较多的为单模光纤，单模光纤的纤芯直径很细，大约直径为9um，主要是为了保证光纤连接时衰耗最小。而光纤接口装置内主要连接部分为光珐琅盘，珐琅盘内最内层是一瓷芯套管[[2]]，如下图2所示，这是保证光纤连接精度的关键部件，为了使光纤插头的瓷芯能插入光珐琅盘，瓷芯套管必须纵向开槽，由于瓷管本身很薄，又开槽，所以当受到外力超过一定程度就极易破裂时有发生，一但内瓷芯发生碎裂，光通讯必然中断，而这类中断时很难查找到故障珐琅盘的。尤其是当光接受端的珐琅盘内瓷芯碎裂时，通过光功率的测量也无法发现，必须要通过灵敏度检查才能发现问题。珐琅盘内瓷芯发生轻微碎裂时，一般通过肉眼观察比较难发现。通过以上光纤及接受装置的特点可以得出结论，光纤及接口装置内的瓷芯是非常脆弱的，而导致碎裂的结果经常是由于作业人员频发操作和野蛮拔插光纤导致，有时候由于方法不当或者本身光纤和接受装置工艺的问题，导致故障频发。

图1光纤传递数据原理

Fig.1 Principle of optical fiber data transmission

图2保护装置光纤接口原理

Fig.2 Optical fiber interface principle of protection device

4提出光纤接口自环方法优化设计

根据光纤及接口装置的特点和日常作业人员的工作习惯，本文提出关于光纤接口装置自环的优化设计，其核心理念主要是提高光纤及接口装置使用寿命以及降低故障率。优化设计的方法主要是在需要光纤接口装置自环时不改变原有光纤的物理连接，仅通过扩展装置进行原光纤通道的断开，然后在扩展装置上进行光纤自环，这样的核心思想即不用频繁操作原有光纤的拔插，减少拔插原有光纤的故障率，通过扩展装置进行操作实现作业人员自环光纤的目的。通过扩展装置可以实现定检工作中光纤自环的需要，同时也可以进行收发功率的测试工作。在不改变原有保护装置结构的同时，仅需要增加扩展装置连接在光纤与光纤接口装置之间即可，通过扩展装置上的微型开关即可实现光纤自环的功能，当选择自环时仅需要用尾纤连接扩展装置自环接口即可，同时自动断开原有接入光纤接口的原有光纤。同时针对不同保护装置的收发珐琅盘接口的距离不同，扩展装置可以自行进行调节，达到扩展装置使用的广泛性。

5光纤接口自环扩展装置设计

扩展装置用于解决光纤自环时光纤拔插频繁的操作，其次可以通过扩展装置转换开关进行光纤收发功率的测试操作，扩展装置主要由绝缘外壳、8个珐琅盘光纤接口、转换把手、内部转接连片、转换把手连杆组成，如下图3所示结构。

图3光纤扩展装置结构图

Fig.3 Structure of optical fiber expansion device

绝缘外壳主要是构成扩展装置的保护作用，一方面可以保护扩展装置内部结构，防止外力的破坏和灰尘的进入，另一方面可以外界干扰，保证内部结构运行的稳定性。8个珐琅盘光纤接口主要用于连接保护装置的收发功率，连接ODF屏长光纤的连接接口，以及用于测试和自环的测试接口。转换把手主要用于控制光纤连接的规则，其中有正常运行模式和自环试验模式，转换把手用于作业人员的选择切换。内部连接片主要采用T字陶瓷连接结构，作用是导通所连接光纤传输的载体。转换把手连接杆主要作用是转换把手与内部连接片的连接作用，方便转换把手切换各个接口的模式切换。具体各部件功能如下图4，5所示。

图4扩展装置正常运行模式

Fig.4 Expansion unit normal operation mode

图5扩展装置自环试验模式

Fig.5 Expansion device self loop test mode

扩展装置实现功能的核心部件就是转换把手对各个接口的控制，通过一个可视化直观的切换把手对内部四个小转换开关进行控制，实现通道运行和自环模式的切换，具体模式切换如下图6所示。

图6转换把手模式切换回路

Fig.6 Switch handle mode switching loop

6结束语

光纤接口自环方法优化设计大大提高了光纤自环的可靠性，一方面避免了拔插光纤容易造成损坏的隐患，另一方面也提高了线路定检工作中测量收发功率的效率，本文的优化方法大胆创新，在变电站逐渐进步的同时，也将线路保护的光纤自环方法进行了优化，不仅降低了电网因人为因素造成的隐患，也将光纤的稳定性进一步提高。此后，将继续对光纤通道进行研究，不断完善和提高电网的安全稳定。

参考文献：

[[1]] Q/CSG 110011-2012, 南方电网220 kV线路保护技术规范[S].

[[2]]李奔、赵青春、朱晓彤 南瑞继保220kV线路保护装置 PCS-931N2 系列技术说明书[Z].南京市江宁区新丰路 18 号，南京南瑞继保电气有限公司, 2012年04月