光纤作为继电保护信号通道的应用分析

包旭东

（内蒙古东部电力有限公司，内蒙古 呼和浩特010020）

1 有关继电保护和光纤通道

继电保护主要研究电力系统故障及威胁其安全运行的异常工况，以探究相应的反事故自动化措施。在继电保护的发展过程中，曾经主要使用有触点的继电保护来保护电力系统及其元件（发电机、变压器、输电线路、母线等）。光纤通道的设计和应用，主要是为了保障网络系统更加通畅、稳定，可以给更多的硬盘系统提供高端工作站、海量存储子网络、交换机、服务器等服务。光纤通道的使用极大地满足了集线器、串行数据通讯等系统对高数据传输率的要求，也为更多的硬盘系统带来便捷。

2 光纤通道的优点和构成原理

2．1 通讯容量较大

随着我国电力系统的保护、控制、远动技术的发展，通讯量增加是必然趋势。微波通道的通讯容量一般只有960路，而对于由光缆构成的光纤通道，当采用0．85μm短波长时，通讯容量可达到1 920路；当采用1 055μm长波长时，通讯容量可达到7 680路。

2．2 工作可靠性高

载波通道受到雷电和电力系统操作产生的电磁干扰较大，其信号受到天气变化的影响较大，严重时出现停滞状态。微波通道虽然受到电磁干扰较小，但在较为恶劣的天气条件下，信号衰落现象较大。而电磁干扰和天气变化却不能影响到光纤通道，因此光纤通道的工作可靠性远远高于载波通道和微波通道，这对于整个电力系统的稳定和正常工作十分重要。

2．3 光纤通讯系统结构

在光纤通讯信号的传输中，正方向和反方向信号传输的结构一样。光纤通讯系统发端的电端机是比较常规的通讯发送设备，其主要的作用是对信息的信号进行处理，如调直和多路复用。一般在发端的光端机内部都有激光器或发光二极管，其主要是作为光源存在，用于将电信号调制到光信号上。然后将调制的光源输入到光纤，向对端进行信号的传输。光信号在传输过程中，会受到一定的影响，而出现衰弱的现象，因此需对光信号进行形状和强度的恢复，一般要通过中继器对传输的光信号进行放大和调整，然后再继续向前传输。中继器的工作原理主要是通过光检测器把光信号改变为电信号，再经过放大调整后，变成恢复好的光信号。

3 光纤通道和接口

目前，我国在继电保护中，已经普遍使用了光纤通道，这种光纤继电保护主要由光纤、光发送器、光接收器等构成。

3．1 光发送器

光发送器一般采用铝石钕榴石激光器或砷镓铝发光二极管制成。它能够使电信号在通过光发送器时转化为光信号，然后再进行输出。在我国发光二极管是一种比较常见的电光转换元件，其技术的完备性和成熟性已经有目共睹，使用寿命较长，因而得到了普遍的应用。

3．2 光接收器

光接收器是由光电二极管构成的，在光纤通道中具有十分重要的作用，光信号只有通过光接收器才能转变为电信号，然后再输出电信号。

3．3 光纤

光纤主要是通过光的传播对相应的信号进行传输。光纤的主要组成是空心的石英丝，其直径较细，和其他的光传输介质相比，光纤能够传输高容量的信号。光纤采用石英为主要材料，不但大大节省了金属材料，还具有较强的耐腐蚀性、抗干扰性以及较好的防潮效果，且其铺设工作较为方便，因而光纤作为信号传递的通道，具有较强的可靠性。

3．4 光纤保护接口技术

数字电流差动保护系统的构成如图1所示，保护装置之间需要传递的信息有：（1）采样值。继电保护装置一般需要对被保护对象（元件或线路的电流、电压）进行模拟采样和A／D模数转换，变成二进制表示的瞬时值。（2）矢量。传送每相电流的矢量，包含其实部和虚部2个部分。（3）开关量。包括远方跳闸开入、母差保护开入、TA断线和TV断线等信息。（4）控制命令。包含帧性质，即本帧报文的类型或属性，以及保护和起动元件逻辑状态、数据窗选择、三跳位置等开关量信息。（5）时刻信息。时刻信息一般标识当前帧报文和采样时刻的相应信息，如当前报文中所包含的模拟量或数字量的采样时刻及采样标号。

图1 数字电流差动保护系统构成图

综上所述，光纤保护主要包含光纤电流差动保护、光纤距离保护、光纤方向保护以及光纤命令传输等装置，光纤保护的类型不同，决定了其传输通道的转变。一般情况下，逻辑命令信号的传统通道，如光纤距离、方向的保护等对光纤通道对称性基本无要求或要求较低，在所有光纤的自愈环网以及传输通道中都能够正常工作。电流相量的实部和虚部以及瞬时值都是依靠光纤电流差动保护来进行相应的传输，在两端的采样要同步进行，以保证两端电流的相量和、相量差在同一个时间内，从而保证动作电流和制动电流计算结果的准确性。

4 光纤作为继电保护的信号通道

采用光纤作为继电保护的信号通道，在信号传输过程中，由于距离较长，为了确保信号的强度、形状和准确性，都会隔一段距离设置一个中继器，以调整信号。目前，我国已普遍采用光纤作为继电保护的通道对信号进行传输，其应用主要表现在以下几个方面：（1）采用光纤作为电流纵差保护中的导引线；（2）采用光纤作为电力系统机组保护装置中的通讯线，主要出现在高频保护中对控制室以及载波机的保护上；（3）光纤还可以作为微波保护中发射塔和保护装置之间的联络线，是变电站或者控制室内的继电保护信号传输线。在对计算机多机进行保护时，光纤是微机之间以及微机与各种测量或其他终端设备的连接线，保证了数据的正常传输。在继电保护中采用光纤通道进行信号的传输，能够最大限度地避免外部的电磁、天气状况等对通道的干扰，从而有效地保证信号传输的通畅性和准确性，在信息化高速发达的现代社会里表现出独具一格的优势。特别是在短线电流纵差保护中使用光纤通道，能很好地缓解因感应电压、故障电流增大引起的过电压而对通道和设备造成的危害。因此，国内外研究光纤通道在继电保护中应用首先是针对短线纵差保护。

5 光纤通讯系统的复用技术在继电保护中的使用

目前，短线纵差保护依然是国内外研究光纤通道在继电保护中应用的首要问题，对信号各路传输中的复用技术进行分析是研究短线电流纵差保护中光纤作用的前提。对继电保护中的各相电流进行传输时，为了确保传输的准确性和保护性，要通过分相比较、传输以及眺闸，实现全过程传输保护。随着科学技术和计算机技术的快速发展，光纤通道在电力系统和通讯系统中得到了广泛的应用，这也使继电保护可以通过使用光纤以数字形式传输多路电流、电压信号，同时也使在较长输电线路上应用分相电流纵差保护成为可能。

6 结语

综上所述，与以其他介质为基础的通信方式相比，光纤通信具有不可比拟的优越性。首先光纤通讯具有超级大的信息容量，其次光纤通信不受自外部环境的电磁干扰和天气变化等的影响，具有较强的稳定性和可靠性，这些优点正是电力系统继电保护所需要的。因此，在继电保护中应用光纤通道，不但可以使继电保护具有更高的安全性和可靠性，也对整个电力系统的安全运行提供了有力保障。

［1］刘强．光纤通道在电力系统继电保护中的应用［J］．广东水利电力职业技术学院学报，2003（1）

［2］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）

［3］李佑光，林东．电力系统继电保护原理及新技术［M］．第2版，北京：科学出版社，2009