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摘要：本文介绍了光纤通信在电力系统继电保护中的应用，以及应用的优缺点。重点阐述了光纤通道的传输方式和存在的风险。
关键词：继电保护;光纤通信;光纤电流差动保护
1 引言
随着电力系统的迅速发展，电力系统安全稳定问题也面临着考验。电力系统中110 k V及以上的输电线路，由于电压等级高，传输容量大，一旦出现故障将造成重大影响，会危及到整个系统的安全稳定运行，给人民的生命财产造成巨大损失。继电保护装置是电力系统密不可分的一部分，是保障电力设备安全和防止、限制电力系统大面积停电的最基本、最重要、最有效的技术手段。继电保护装置的保护信号的物理传输通道可以有多种选择，包括电力线载波、微波、光纤等。其中光纤通道由于具有不怕超高压与雷电电磁干扰的影响、可靠性高、传输容量大和衰耗低等优点，是当今继电保护信号传输的首选方式。
2 光纤通信系统
2.1 光纤通信系统的基本组成
所谓光纤通信，就是利用光纤来传输携带信息的光波，以达到通信的目的。如下图2-1所示：
光纤通信系统中点端机的作用是对来自信息源的信号进行处理，也就是AD/DA转换;发送端光端机的作用是将光源通过特殊的调制方式调制成合适的光信号，输入光纤传输到接受方;接收端光端机通过内部的光检测器将接受到的光信号还原成电信号，再经过电子电路放大、整形等过程还原成原始的电信号，传输到接收端[1]。
2.2 光纤通信的特点
较以往继电保护中应用的电缆及其他电通信方式相比，光纤通信的优点是非常明显的，特别是对于在我国目前普遍使用的光纤差动保护，由于光纤通信有极强的抗电磁干扰的能力、有较高的频带带宽、传说过程中损耗较小和传输量大等特点，正是这些优点决定了光纤广泛的应用前景。光纤不仅拥有以上所述优点以外，由于光纤是石英玻璃拉制成形，原材料丰富，并可以节约大量的有色金属。光纤一般由涂敷层、纤芯、套塑和包层这四个结构组成，光纤连接在电力系统的继电保护中一般选择熔纤的办法进行连接，或使用活动的连接器进行活动连接，使用方便。因此光纤通信在继电保护中得到了广泛应用[2]。
3 光纤在继电保护中的应用
3.1 光纤通道作为纵差动保护通道
目前，纵差动保护采用光纤通道的方式，得到了越来越广泛的应用。纵差动保护是按比较被保护线路首端和末端电流的大小和相位的原理来构成的。纵差动保护要求能瞬时切除被保护线路全线范围内的故障，因此在书店线路上具体应用时，首先必须敷设与被保护线路等长的二次辅助导线，且为了监视辅助导线是否完好，还必须装设专用的监视装置。同时，由于纵差动保护不反应外部故障，故不能作为下一线路的远后备保护，还需要装设专用的后备保护。因此，纵差动保护在输电线路上的应用受到了限制，只有在短距离而且重要的线路上，才考虑采用纵差保护。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[3]。
3.2 站内继电保护信号通道
变电站或控制室内的继电保护信号传输一般都采用的电力电缆，由于一个站内的保护装置和需要采集的数据量相当的大，如此就需要很多根电力电缆。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。如此复杂的工程，电缆布线和走线也成了一个难题，并且要布放如此多根电缆，电缆沟的设计也是一项不小的开支。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[4]。
4 光纤通道的传输方式
4.1 复用光纤通道
目前普遍采用的是复用电力通信系统中的SDH光端机来保证保护信号的通信距离。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、分相跳闸，使继电保护性能得到提高。在光纤复用纵联电流差动保护传输通道的选择上，不同厂家的继电保护装置对传输通道提供的通信接口也有不同的形式，大致可以分为46 k b /s、E l和光纤接口3种。
4.2 专用光纤通道
光纤与纵联保护（如：WXB-11C、LFP-901A）配合构成专用光纤纵联保护。专用光纤通道又称为点对点通道，通道提供给继电保护的使用的是专用纤芯本质上相当于两变电站之间的保护设备由两根专用的光纤连接在一起，一根发送，一根接收，数据流全是继电保护报文。由于保护设备普遍采用半导体光源，其发光功率一般只有-5dbm，通信不能实现长距离，若要长距离通信，需加装光放大器或转接到通信大功率光端机。点对点通道的实际连接是从保护的光板出来的两个尾纤通过尾纤接线盒与铠装光缆连接，铠装光缆穿越保护室到开关场，通过接线盒再与OPGW连接[5]。
5 光纤保护通道的风险性
5.1 光纤传输时延
就单个的专用光纤通道来说，相对于电力电缆中的电信号其传输速度不存在延时的问题，但是目前所用的通道大多是采用复用的方式，光纤保护通道都是通过复用方式，将继电保护信号复用到整个光纤通道上，所以在采用光纤通道作为继电保护通道时，必须考虑时延问题。如果电路传输时延超过一定限度，将造成保护装置误动，严重影响电路安全。保护专业对保护信号的传输时延有严格的要求。光信号是电磁波，传输速度主要取决于媒质的折射率。
如光信号经过光纤传输的时延为T=L·N/C，式中 C为空中的光速（3×10 km/s）;L为传输距离（km）;N为光芯区折射率（典型值为1. 48）。由此可计算出光信号在光纤中每km的传输时延大致为4. 9μs，再考虑整个系统中再生器和复用器引入的少量时延，整个光缆系统所产生的时延可以按5μs/km考虑。
5.2 光纖传输损耗
光缆传输损耗值的大小直接影响到光传输系统的整体传输质量和保护装置的正确动作。影响光纤损耗特性的主要原因有以下几个方面：温度变化对损耗的影响;成缆过程中以及光缆敷设时，侧压力对损耗的影响;光缆敷设后光缆接续、光纤余长盘放弯曲对损耗的影响。传输损耗是影响光纤保护装置能否正常工作的主要指标之一。损耗是正常的，如果信号衰减太多，则会影响到通信质量。
6 总结
本文介绍了光纤通信在继电保护工程应用中的可行性以及光纤通信应用于继电保护中所面临的一些问题。目前，光纤在电网的继电保护中的应用虽然还比较少，优势体现不够明显，但是继电保护应用光纤是一项非常有优势的研究成果。从长远来看，随着光纤网络的逐步完善、施工工艺和保护产品技术的不断提高，光纤通信将占有继电保护通道的主导地位，从而更好地促进继电保护向计算机化，网络化，保护、控制、测量、数据通信一体化和人工智能化的方向发展。
参 考 文 献
[1] DL/T5062-1996微波电路传输继电保护信息设计技术规定[S].
[2]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）.
[3] 周滨，继电保护光纤通道的构成与维护[J].科技信息，2010（31）：362.
[4] 房芳，光纤通信在继电保护中的应用[J].宁夏电力，2006（1）：32.
[5]范志颂，继电保护光纤通道的分析与保护探讨[J].广东电网公司清远供电局，2010：243.
作者简介：
姜兴国（1985年6月10日），男，甘肃张掖，硕士研究生，信号与信息处理
关键词：继电保护;光纤通信;光纤电流差动保护
1 引言
随着电力系统的迅速发展，电力系统安全稳定问题也面临着考验。电力系统中110 k V及以上的输电线路，由于电压等级高，传输容量大，一旦出现故障将造成重大影响，会危及到整个系统的安全稳定运行，给人民的生命财产造成巨大损失。继电保护装置是电力系统密不可分的一部分，是保障电力设备安全和防止、限制电力系统大面积停电的最基本、最重要、最有效的技术手段。继电保护装置的保护信号的物理传输通道可以有多种选择，包括电力线载波、微波、光纤等。其中光纤通道由于具有不怕超高压与雷电电磁干扰的影响、可靠性高、传输容量大和衰耗低等优点，是当今继电保护信号传输的首选方式。
2 光纤通信系统
2.1 光纤通信系统的基本组成
所谓光纤通信，就是利用光纤来传输携带信息的光波，以达到通信的目的。如下图2-1所示：
光纤通信系统中点端机的作用是对来自信息源的信号进行处理，也就是AD/DA转换;发送端光端机的作用是将光源通过特殊的调制方式调制成合适的光信号，输入光纤传输到接受方;接收端光端机通过内部的光检测器将接受到的光信号还原成电信号，再经过电子电路放大、整形等过程还原成原始的电信号，传输到接收端[1]。
2.2 光纤通信的特点
较以往继电保护中应用的电缆及其他电通信方式相比，光纤通信的优点是非常明显的，特别是对于在我国目前普遍使用的光纤差动保护，由于光纤通信有极强的抗电磁干扰的能力、有较高的频带带宽、传说过程中损耗较小和传输量大等特点，正是这些优点决定了光纤广泛的应用前景。光纤不仅拥有以上所述优点以外，由于光纤是石英玻璃拉制成形，原材料丰富，并可以节约大量的有色金属。光纤一般由涂敷层、纤芯、套塑和包层这四个结构组成，光纤连接在电力系统的继电保护中一般选择熔纤的办法进行连接，或使用活动的连接器进行活动连接，使用方便。因此光纤通信在继电保护中得到了广泛应用[2]。
3 光纤在继电保护中的应用
3.1 光纤通道作为纵差动保护通道
目前，纵差动保护采用光纤通道的方式，得到了越来越广泛的应用。纵差动保护是按比较被保护线路首端和末端电流的大小和相位的原理来构成的。纵差动保护要求能瞬时切除被保护线路全线范围内的故障，因此在书店线路上具体应用时，首先必须敷设与被保护线路等长的二次辅助导线，且为了监视辅助导线是否完好，还必须装设专用的监视装置。同时，由于纵差动保护不反应外部故障，故不能作为下一线路的远后备保护，还需要装设专用的后备保护。因此，纵差动保护在输电线路上的应用受到了限制，只有在短距离而且重要的线路上，才考虑采用纵差保护。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[3]。
3.2 站内继电保护信号通道
变电站或控制室内的继电保护信号传输一般都采用的电力电缆，由于一个站内的保护装置和需要采集的数据量相当的大，如此就需要很多根电力电缆。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。如此复杂的工程，电缆布线和走线也成了一个难题，并且要布放如此多根电缆，电缆沟的设计也是一项不小的开支。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[4]。
4 光纤通道的传输方式
4.1 复用光纤通道
目前普遍采用的是复用电力通信系统中的SDH光端机来保证保护信号的通信距离。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、分相跳闸，使继电保护性能得到提高。在光纤复用纵联电流差动保护传输通道的选择上，不同厂家的继电保护装置对传输通道提供的通信接口也有不同的形式，大致可以分为46 k b /s、E l和光纤接口3种。
4.2 专用光纤通道
光纤与纵联保护（如：WXB-11C、LFP-901A）配合构成专用光纤纵联保护。专用光纤通道又称为点对点通道，通道提供给继电保护的使用的是专用纤芯本质上相当于两变电站之间的保护设备由两根专用的光纤连接在一起，一根发送，一根接收，数据流全是继电保护报文。由于保护设备普遍采用半导体光源，其发光功率一般只有-5dbm，通信不能实现长距离，若要长距离通信，需加装光放大器或转接到通信大功率光端机。点对点通道的实际连接是从保护的光板出来的两个尾纤通过尾纤接线盒与铠装光缆连接，铠装光缆穿越保护室到开关场，通过接线盒再与OPGW连接[5]。
5 光纤保护通道的风险性
5.1 光纤传输时延
就单个的专用光纤通道来说，相对于电力电缆中的电信号其传输速度不存在延时的问题，但是目前所用的通道大多是采用复用的方式，光纤保护通道都是通过复用方式，将继电保护信号复用到整个光纤通道上，所以在采用光纤通道作为继电保护通道时，必须考虑时延问题。如果电路传输时延超过一定限度，将造成保护装置误动，严重影响电路安全。保护专业对保护信号的传输时延有严格的要求。光信号是电磁波，传输速度主要取决于媒质的折射率。
如光信号经过光纤传输的时延为T=L·N/C，式中 C为空中的光速（3×10 km/s）;L为传输距离（km）;N为光芯区折射率（典型值为1. 48）。由此可计算出光信号在光纤中每km的传输时延大致为4. 9μs，再考虑整个系统中再生器和复用器引入的少量时延，整个光缆系统所产生的时延可以按5μs/km考虑。
5.2 光纖传输损耗
光缆传输损耗值的大小直接影响到光传输系统的整体传输质量和保护装置的正确动作。影响光纤损耗特性的主要原因有以下几个方面：温度变化对损耗的影响;成缆过程中以及光缆敷设时，侧压力对损耗的影响;光缆敷设后光缆接续、光纤余长盘放弯曲对损耗的影响。传输损耗是影响光纤保护装置能否正常工作的主要指标之一。损耗是正常的，如果信号衰减太多，则会影响到通信质量。
6 总结
本文介绍了光纤通信在继电保护工程应用中的可行性以及光纤通信应用于继电保护中所面临的一些问题。目前，光纤在电网的继电保护中的应用虽然还比较少，优势体现不够明显，但是继电保护应用光纤是一项非常有优势的研究成果。从长远来看，随着光纤网络的逐步完善、施工工艺和保护产品技术的不断提高，光纤通信将占有继电保护通道的主导地位，从而更好地促进继电保护向计算机化，网络化，保护、控制、测量、数据通信一体化和人工智能化的方向发展。
参 考 文 献
[1] DL/T5062-1996微波电路传输继电保护信息设计技术规定[S].
[2]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）.
[3] 周滨，继电保护光纤通道的构成与维护[J].科技信息，2010（31）：362.
[4] 房芳，光纤通信在继电保护中的应用[J].宁夏电力，2006（1）：32.
[5]范志颂，继电保护光纤通道的分析与保护探讨[J].广东电网公司清远供电局，2010：243.
作者简介：
姜兴国（1985年6月10日），男，甘肃张掖，硕士研究生，信号与信息处理