电力系统保护

1、PLCETLPLCETL电力线载波继电继电保护保护音频或数字信号音频或数字信号导引线等等Port 1Port 2Port 3Port 4Port 6Port 5Port 1Port 2Port 3Port 4Port 6Port 5光纤保护保护接口接口设备设备保护保护接口接口设备设备继继电电保保护护传输通道传输通道音频或数字信号音频或数字信号微波电力系统通信的主要方式电力系统通信的主要方式:n光纤通信光纤通信q超大容量、设备运行可靠，但通道较易受损，无中继距超大容量、设备运行可靠，但通道较易受损，无中继距离有限离有限。n微波通信微波通信q大容量，设备运行可靠，但基建及维护成本极高，易受大容量，

2、设备运行可靠，但基建及维护成本极高，易受地形及信号衰落影响。地形及信号衰落影响。n无线高频通信无线高频通信q大容量、灵活方便，但易受地形及干扰影响。大容量、灵活方便，但易受地形及干扰影响。n电力线载波通信电力线载波通信(PLC)n电力线载波通信的特点电力线载波通信的特点n优点优点q用电力线作传输介质，坚固可靠。用电力线作传输介质，坚固可靠。q所需投资较少，长距离电路上有明显的优势。所需投资较少，长距离电路上有明显的优势。q信道的走向与远方保护的通道完全一致。信道的走向与远方保护的通道完全一致。q在电力系统中传输各种信息的技术已经非常成熟，并被证实在电力系统中传输各种信息的技术已经非常成熟，并被

3、证实是非常成功和有效的。是非常成功和有效的。n缺点缺点q是一种窄带设备，传输容量很小。是一种窄带设备，传输容量很小。q使用的频谱受到限制。下限受耦合效率的限制，上限受无线使用的频谱受到限制。下限受耦合效率的限制，上限受无线电广播频率的限制。电广播频率的限制。q对电力线上的各种噪声干扰比较敏感。为提高传输信号的信对电力线上的各种噪声干扰比较敏感。为提高传输信号的信噪比，必须提高发信机的发信功率。噪比，必须提高发信机的发信功率。线路阻波器线路阻波器线路阻波器线路阻波器PLC电路的组成电路的组成A站站高压输电线高压输电线电能的传输电能的传输B站站数据、话音和保护信号的传输数据、话音和保护信号的传输电

4、力线载波机电力线载波机电力线载波机电力线载波机耦合电容器耦合电容器/CVT耦合电容器耦合电容器/CVT结合滤波器结合滤波器结合滤波器结合滤波器结合滤波器 MCD80相地耦合和相相耦合方式电力线母线耦合电容器TxRx结合滤波器阻波器差接网络电力线载波机高频电缆q相相耦合要增加一个高频差接网络光纤通信光纤通信n光纤通信基本知识光纤通信基本知识n光纤保护光纤保护n光端机光端机光纤通信基本知识光纤通信基本知识光纤传输系统的基本组成光纤传输系统的基本组成n光纤通信：以光导纤维（光纤）为传输媒光纤通信：以光导纤维（光纤）为传输媒质，以光波为载波，实现信息传输。质，以光波为载波，实现信息传输。n光纤传输系统

5、的基本组成。光纤传输系统的基本组成。光纤线路光源光源光调制器光调制器光检测器光检测器基带处理基带处理基带处理基带处理基带电信号基带电信号基带电信号基带电信号调制电信号调制电信号解调电信号解调电信号已调已调光信号光信号光发射机光发射机光接收机接收机光纤通信基本知识光纤通信基本知识光纤的传光原理光纤的传光原理 构成光纤的材料是石英纤维（构成光纤的材料是石英纤维（SiO2）;光纤由内芯和包层组成，光纤由内芯和包层组成，芯的折射率略大于包层，利用光在内芯的折射或在芯与包层界芯的折射率略大于包层，利用光在内芯的折射或在芯与包层界面上的全反射实现光的传播。面上的全反射实现光的传播。n1n2n1SIFGIF

6、光纤通信基本知识光纤通信基本知识光纤基本类型光纤基本类型n突变折射率型多模光纤（突变折射率型多模光纤（SIF）：纤芯直径）：纤芯直径5060m，光线以折射形状沿纤芯轴线方向传播，存在，光线以折射形状沿纤芯轴线方向传播，存在多条路径，并有较大的时延差，因而信号畸变大。多条路径，并有较大的时延差，因而信号畸变大。n渐变折射率型多模光纤（渐变折射率型多模光纤（GIF）：纤芯直径）：纤芯直径50m，光线以曲线形状沿纤芯轴线方向传播，各条路径时光线以曲线形状沿纤芯轴线方向传播，各条路径时延差较小，因而信号畸变较小。延差较小，因而信号畸变较小。n单模光纤（单模光纤（SMF）：）：纤芯很细，直径约纤芯很细，

7、直径约10 m，光，光线以直线形状沿纤芯轴线方向传播，只有一种传播线以直线形状沿纤芯轴线方向传播，只有一种传播模式，信号畸变很小。模式，信号畸变很小。 图图 2.2三种基本类型的光纤三种基本类型的光纤(a) 突变型多模光纤；突变型多模光纤； (b) 渐变型多模光纤；渐变型多模光纤； （c） 单模光纤单模光纤 横横截截面面 2a 2b rn折折射射率率分分布布 纤纤芯芯包包层层Ait Aot(a)输输入入脉脉冲冲光光线线传传播播路路径径输输出出脉脉冲冲 50 m 125m rn Ait Aot(b) 10 m 125m rn Ait Aot(c)光纤通信基本知识光纤通信基本知识光纤传输特性光纤传

8、输特性n传输损耗，由材料吸收和杂质散射等因素引起。有传输损耗，由材料吸收和杂质散射等因素引起。有三个低损耗窗口三个低损耗窗口：（：（1）0.85m附近，损耗附近，损耗24dB/km;（2）1.31 m附近，损耗约附近，损耗约0.5dB/km;（3）1.55 m附近，损耗约附近，损耗约0.2dB/km。n色散（色散（Dispersion）：一般包括材料色散、模式色）：一般包括材料色散、模式色散、波导色散等，引起接收的信号脉冲展宽，从而散、波导色散等，引起接收的信号脉冲展宽，从而限制了信息传输速率。限制了信息传输速率。n中继器间距受损耗限制和色散限制。中继器间距受损耗限制和色散限制。n色散限制用距

9、离带宽积（色散限制用距离带宽积（Mbpskm）表示。三类光）表示。三类光纤中纤中SMF最高，最高，GIF次之，次之，SIF最低。最低。0.7 0.8 0.9 1.0 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5衰减（衰减（dB/km）第一窗口第一窗口第二窗口第二窗口波长波长（m）普通单模光纤的衰减随波长变化示意图普通单模光纤的衰减随波长变化示意图6 5 4 3 2 10。40。2第三窗口第三窗口 C 波段波段15251565nm 1.57 1.62 L波段波段普通石英光纤在近红外波段，除杂质吸收普通石英光纤在近红外波段，除杂质吸收峰外，其损耗随波长的增加而减小，在峰外，其损耗随波长的增加而减小，在0

10、.85 m、1.31 m和和1.55 m有三个损耗很小的波长有三个损耗很小的波长“窗口窗口”，见图。，见图。光纤通信基本知识光纤通信基本知识实用光纤标准实用光纤标准nG.651：GIF型光纤，适用于中小容量和中短距离；型光纤，适用于中小容量和中短距离；nG.652：常规单模光纤，第一代：常规单模光纤，第一代SMF，在波长，在波长1.31 m处色散为零，传输距离只受损耗限制，适用于大处色散为零，传输距离只受损耗限制，适用于大容量传输；容量传输；nG.653：色散移位光纤，：色散移位光纤，第二代第二代SMF，在波长，在波长1.55 m色散为零，损耗小，适用于大容量长距离传输色散为零，损耗小，适用于

11、大容量长距离传输nG.654： 1.55 m损耗最小的损耗最小的SMF， 1.31 m处色散处色散为零；为零；nG.655：非零色散光纤，是新一代的：非零色散光纤，是新一代的SMF，适用于波，适用于波分复用系统，提供更大的传输容量。分复用系统，提供更大的传输容量。光纤通信基本知识光纤通信基本知识光发射机光发射机n光源：光源：发光二极管（发光二极管（LEDLED）：自发辐射，输出光功率）：自发辐射，输出光功率小，谱宽，稳定，长寿命（小，谱宽，稳定，长寿命（10107 7），价低，适用），价低，适用于小容量、短距离传输系统。于小容量、短距离传输系统。激光二极管（激光二极管（LDLD）：受激辐射，输

12、出光功率）：受激辐射，输出光功率大，谱窄，波长稳定，长寿命（大，谱窄，波长稳定，长寿命（10105 5至至10106 6），），价高，适用于大容量、长距离传输系统。价高，适用于大容量、长距离传输系统。n光调制器：光调制器：目前采用强度调制（由于光源频谱不纯，尚未实目前采用强度调制（由于光源频谱不纯，尚未实现相干光通信）；分内调制和外调制，对于数字现相干光通信）；分内调制和外调制，对于数字调制，用光脉冲的有无代表数字信息（调制，用光脉冲的有无代表数字信息（0 0和和1 1）。）。光纤通信基本知识光纤通信基本知识光接收机光接收机n光检测器的功能：光信号的解调（光检测器的功能：光信号的解调（O/E）

13、n光检测器的类型：光检测器的类型：PIN光电二极管、雪崩光电二极光电二极管、雪崩光电二极管（管（APD）n光接收机的灵敏度取决于噪声特性（包括光检测光接收机的灵敏度取决于噪声特性（包括光检测器的噪声和电放大器的噪声）和误码率指标器的噪声和电放大器的噪声）和误码率指标nAPD是有增益的光电二极管适用于灵敏度要求较是有增益的光电二极管适用于灵敏度要求较高的场合，但需采用复杂的温度补偿电路，故成高的场合，但需采用复杂的温度补偿电路，故成本高；在灵敏度要求不高的场合，宜采用本高；在灵敏度要求不高的场合，宜采用PIN管。管。n光接收机中还有电的放大器、自动增益控制电路、光接收机中还有电的放大器、自动增益

14、控制电路、均衡再生电路等。均衡再生电路等。光纤通信基本知识光纤通信基本知识光纤通信发展阶段光纤通信发展阶段n1966年高琨指出了用光纤进行信息传输的可能性和技术途年高琨指出了用光纤进行信息传输的可能性和技术途径；径；n第一阶段（第一阶段（19661976年），从基础研究到商业应用的开年），从基础研究到商业应用的开发时期，实现了短波长（发时期，实现了短波长（0.85 m ）低速率（）低速率（45或或34Mb/s）多模光纤通信系统，无中继距离约多模光纤通信系统，无中继距离约10km；n第二阶段（第二阶段（19761986年），大发展时期，光纤从多模发年），大发展时期，光纤从多模发展到单模，工作波长

15、从短波长发展到长波长（展到单模，工作波长从短波长发展到长波长（1.31和和1.55 m ）,实现了实现了1.31m、传输速率、传输速率140565Mb/s的单模光的单模光纤传输系统纤传输系统（PDH） ，其无中继距离为其无中继距离为50100km；n第三阶段（第三阶段（1986年），全面深入开展新技术研究，实现年），全面深入开展新技术研究，实现了了1.55 m单模光纤通信系统（单模光纤通信系统（SDH） ，速率达，速率达2.510Gb/s,无中继距离为无中继距离为100150km；1996年后，研发年后，研发波分复用光纤通信系统，每波长传输速率波分复用光纤通信系统，每波长传输速率10或或40G

16、及光波及光波网络。网络。光纤通信基本知识光纤通信基本知识光纤通信特点与应用光纤通信特点与应用n传输容量很大：传输容量很大：2.5G10G/波长；每光纤采用波分波长；每光纤采用波分复用技术，可容纳几十至上百个波长；每根光缆可含复用技术，可容纳几十至上百个波长；每根光缆可含几十至上百根光纤。几十至上百根光纤。n传输质量很高，误码率很低（小于传输质量很高，误码率很低（小于109）。）。n中继距离很长（中继距离很长（50150km）。）。n抗电磁干扰性能好。抗电磁干扰性能好。n泄漏小，保密性能好。泄漏小，保密性能好。n应用广泛：大容量骨干网、计算机局域网与广域网、应用广泛：大容量骨干网、计算机局域网与

17、广域网、光纤接入网、有线电视网等。光纤接入网、有线电视网等。 光缆种类光缆种类 目前电力光纤网络使用的光缆主要有三种：普通非金属光缆、自承式(ADSS)光缆和架空地线复合(OPGW)光缆。可以发现，OPGW（Optical Fiber Composite Overhead Ground Wire）兼具地线与通信光缆双重功能，被安装在电力架空线杆塔顶部）光缆虽然造价较高，但在高电压等级及同杆双回和多回线路使用时占线路综合造价比例较低，并可以兼作继电保护通道。以1条220 kV线路为例，采用光纤保护与采用高频保护的价格相当，但高频保护在线路两侧还需要增设阻波器、耦合电容器和结合滤波器等设备，OPG

18、W光缆则显得更为经济，而且还具有可靠性高、维护费用低的优点。随着光缆综合价格的下降，OPGW光缆在电力光纤网络中将得到广泛的应用分复用原理。光缆可以接起来，利用光缆熔接机，可以将2根光缆接成1根光缆。一般光缆厂出厂的长度是2公里，对于10公里的线路，就要用5根光缆，熔接4个接头。光缆可以用杆架设，也可以直接埋在土 里，还可以穿在管道里。 目前目前500kV系统中线路保护利用光纤通信传输有以下两种系统中线路保护利用光纤通信传输有以下两种方式：保护专用方式：保护专用PCM复用通信用光端机和保护专用光纤芯。复用通信用光端机和保护专用光纤芯。 1、保护专用、保护专用PCM复用通信用光端机连接方式：保护

19、设备复用通信用光端机连接方式：保护设备通过光纤与通信机房的光电转换器或保护光接口设备相连，通过光纤与通信机房的光电转换器或保护光接口设备相连，光电转换器或保护光接口设备以光电转换器或保护光接口设备以64k数据信号与保护专用数据信号与保护专用PCM相连，保护专用相连，保护专用PCM通过通过2M电信号接入通信用光端机。电信号接入通信用光端机。这种方式一般适用于传输中长距离的线路保护信号。这种方式一般适用于传输中长距离的线路保护信号。 光纤传输方式光纤传输方式2、保护专用光纤芯是保护设备直接与光纤相连，通保护专用光纤芯是保护设备直接与光纤相连，通过过OPGW光纤进行传输。由于保护设备光传输距离的光纤

20、进行传输。由于保护设备光传输距离的限制，这种方式一般仅适用于传输短线路的线路保护限制，这种方式一般仅适用于传输短线路的线路保护信号。信号。通道双重化问题通道双重化问题n通道双重化问题通道双重化问题光纤保护用于光纤保护用于220 kV及以上电网时，按照及以上电网时，按照220 kV及以上线及以上线路主保护双重化原则的要求，纵联保护的信号通道也要求双重化，路主保护双重化原则的要求，纵联保护的信号通道也要求双重化，高频保护由于是在不同的相别上耦合，因此能满足双通道的要求，高频保护由于是在不同的相别上耦合，因此能满足双通道的要求，如果使用如果使用2套光纤保护作为线路的主保护，通道双重化的问题则套光纤保

21、护作为线路的主保护，通道双重化的问题则一直限制着光纤保护的大规模推广应用。一直限制着光纤保护的大规模推广应用。同一光缆的不同纤芯能否构成通道的双重化需要根据光缆的同一光缆的不同纤芯能否构成通道的双重化需要根据光缆的型式来确定。对于普通光缆和型式来确定。对于普通光缆和ADSS光缆，由于其可靠性较差，光缆，由于其可靠性较差，同一光缆内的光芯不同不能视为通道双重化，只能通过光缆的双同一光缆内的光芯不同不能视为通道双重化，只能通过光缆的双重化达到通道双重化的要求。对于重化达到通道双重化的要求。对于OPGW光缆，由于其具有较高光缆，由于其具有较高的可靠性，在目前光纤网络未能形成环网的现状下，同一光缆纤的

22、可靠性，在目前光纤网络未能形成环网的现状下，同一光缆纤芯不同可视为通道双重化；当形成了光纤网络环网后，芯不同可视为通道双重化；当形成了光纤网络环网后，OPGW光光缆也应实现两条路由的双重化，能在一条光缆损坏后通过另一个缆也应实现两条路由的双重化，能在一条光缆损坏后通过另一个路由正常运行。随着波分复用技术的逐步应用和光纤容量的大幅路由正常运行。随着波分复用技术的逐步应用和光纤容量的大幅增加，光纤保护将来还要实现在同一根光缆里的多重化、在传输增加，光纤保护将来还要实现在同一根光缆里的多重化、在传输波长上的多重化，以及在传输路由上的多重化，从而最大限度地波长上的多重化，以及在传输路由上的多重化，从而

23、最大限度地提高光纤保护运行的可靠性。提高光纤保护运行的可靠性。光纤保护管理界面的划分问题光纤保护管理界面的划分问题 n 随着保护与通信衔接的日益紧密，继电保护专业与通信专随着保护与通信衔接的日益紧密，继电保护专业与通信专业管理界面日益难以区分，如不从制度上解决这一问题将直接影业管理界面日益难以区分，如不从制度上解决这一问题将直接影响到光纤保护的可靠运行。对于独立纤芯的保护，通信专业与继响到光纤保护的可靠运行。对于独立纤芯的保护，通信专业与继电保护专业管理的分界点在通信机房的光纤配线架上。配线架以电保护专业管理的分界点在通信机房的光纤配线架上。配线架以上包括保护装置的那段尾纤，属于继电保护专业维

24、护，这就要求上包括保护装置的那段尾纤，属于继电保护专业维护，这就要求运行人员进行巡视；配线架以下，一直到对侧变电站通信机房的运行人员进行巡视；配线架以下，一直到对侧变电站通信机房的配线架，均属通信专业管理维护，通信专业在配线架上工作要开配线架，均属通信专业管理维护，通信专业在配线架上工作要开第二种工作票，如果影响到保护用纤芯的可靠性，要通知继保管第二种工作票，如果影响到保护用纤芯的可靠性，要通知继保管理人员，由继保管理人员决定是否将光纤保护退出运行。对于使理人员，由继保管理人员决定是否将光纤保护退出运行。对于使用复用通道的保护，通信专业与保护专业管理的分界点在通信机用复用通道的保护，通信专业与

25、保护专业管理的分界点在通信机房脉冲编码调制房脉冲编码调制(PCM)的数字电接口上。接口以上包括数字接口的数字电接口上。接口以上包括数字接口装置、机房到保护装置的光纤均属继电保护专业管理维护；装置、机房到保护装置的光纤均属继电保护专业管理维护；PCM设备属通信专业管理维护，在设备属通信专业管理维护，在PCM设备上进行工作需要开设备上进行工作需要开第二种工作票，如果影响到保护用接口的可靠性，要通知继保人第二种工作票，如果影响到保护用接口的可靠性，要通知继保人员决定是否将光纤保护退出运行员决定是否将光纤保护退出运行 光纤保护在旁路代路上的问题光纤保护在旁路代路上的问题 线路光纤保护在旁路代路时不方便

26、操作，由于线路光纤保护在旁路代路时不方便操作，由于光纤活接头不能随便拔插，每次拔插都需要重新作衰光纤活接头不能随便拔插，每次拔插都需要重新作衰耗测试，而且经常性拔插也容易造成活接头的损坏，耗测试，而且经常性拔插也容易造成活接头的损坏，因此不宜使用拔插活接头的办法实现光纤通道的切换。因此不宜使用拔插活接头的办法实现光纤通道的切换。对于光纤闭锁式、允许式纵联保护可以采用切换二次对于光纤闭锁式、允许式纵联保护可以采用切换二次回路的方式，就是对于线路保护的收信、发信接点切回路的方式，就是对于线路保护的收信、发信接点切换到旁路保护屏上，但对于光纤差动电流保护则无法换到旁路保护屏上，但对于光纤差动电流保护则无法代路，原因主要是当旁路开关与线路开关并列运行时，代路，原因主要是当旁路开关与线路开关并列运行时，光纤通道传送的电流仍是线