电力光纤在继电保护中的应用

电力光纤在继电保护中的应用

（新版）

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tosociety.Systematicdesign,serviceandmanagement.

（安全管理）

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编号：AQ-SN-0770

电力安全技术IPowerSafetyTechnology

电气安全

电力光纤在继电保护中的应用（新版）

说明：安全技术防范就是利用安全防范技术为社会公众提供一种安全服务的产

业。既然是一种产业，就要有产品的研制与开发，就要有系统的设计、工程的

施工、服务和管理。可以下载修改后或直接打印使用。

光纤作为继电保护的通道介质，具有不怕超高压与雷电电磁干

扰、对电场绝缘、传输容量大、频带宽、衰耗低和资源丰富等优点,

随着电力光纤网络的逐步完善，光纤保护必将在继电保护领域得到

更为广泛的应用。

1光纤的工作原理

1.1光纤的结构与分类

光纤为光导纤维的简称，由直径大约0.1mm的细玻璃丝构成。

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。

按光在光纤中的传输模式，光纤可分为单模光纤和多模光纤。

多模光纤的中心玻璃芯较粗，可传多种模式的光，但其模间色散较

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大，限制了传输数字信号的频率，而且随着距离的增加，其限制效

果更加明显。单模光纤的中心玻璃芯很细，只能传一种模式的光，

因此，其模间色散很小，适用于远程传输，但仍存在着材料色散和

波导色散，这样单模光纤对光源的带宽和稳定性有较高的要求，带

宽要窄，稳定性要好。

L2继电保护用光纤的特点

继电保护用光纤对衰耗值要求较高，不同波长的光信号衰耗值

不同，单模光纤的传输衰耗值最小，波长1.31um处是光纤的一个

低损耗窗口，所以继电保护用光纤均使用单模光纤，使用L3un）的

波长段。

2电力光纤网络和电力光缆

2.1电力光纤网络现状

光纤网络的传输性能、稳定性及其自适应的保护恢复能力，对

光纤继电保护工作的可靠性起到关键作用。目前，在电力网络通信

领域中，广泛使用的是以电时分复用为基本工作原理的SDH/S0NET

同步数字体系，它具有强大的保护恢复能力和固定的时延性能。但

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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、

自承式光缆和架空地线复合光缆。可以发现，架空地线复合光缆虽

然造价较高，但在高电压等级及同杆双向和多问线路使用时，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220kV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，架

空地线复合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，架空地线复合光缆在电力光

纤网络中将得到广泛的应用。

3光纤保护的基本方式及其特点

光纤保护目前已在国内部分地区得到较为广泛的使用，对已投

入运行的光纤保护，按原理划分主要有光纤电流差动保护和光纤闭

锁式、允许式纵联保护两种。

3.1光纤电流差动保护

光纤电流差动保护是在电流差动保护的基础上演化而来的，基

本保护原理也是基于克希霍夫基本电流定律，它能够理想地使保护

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实现单元化，原理简单，不受运行方式变化的影响，而且由于两侧

的保护装置没有电联系，提高了运行的可靠性。

目前电流差动保护在电力系统的主变压器、线路和母线上大量

使用，其灵敏度高、动作简单可靠快速、能适应电力系统震荡、非

全相运行等优点是其他保护形式所无法比拟的。光纤电流差动保护

在继承了电流差动保护这些优点的同时，以其可靠稳定的光纤传输

通道保证了传送电流的幅值和相位正确可靠地传送到对侧。

差动保护的优点：

原理简单，基于基尔霍夫定律；具有天然的选相功能，同杆双

回线跨线故障；弱电源，保护自动投入，自适应系统运行方式；不

受振荡影响，任何故障快速动作；不受TV断线影响，优于方向保护;

耐受过渡电阻能力强；不受功率倒向影响；适应于串补线路；适用

于短线路。

差动保护的缺点：

对光纤通道的依赖性强，要求通道不中断、误码率要低；不同

光纤差动保护需要不同的通道；只能和同型号的光纤差动构成整套

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主保护，用旁路断路器带线路断路器时不易配合；一个半接线方式,

TV饱和，有原理上的缺陷，解决办法：引入两组TV的电流。

时间同步和误码校验问题是光纤电流差动保护面临的主要技术

问题。同步方式有数值同步、硬件采样同步、模型同步、GPS同步。

在复用通道的光纤保护上，保护与复用装置时间同步的问题，对于

光纤电流差动保护的正确运行起到关键的作用，因此目前光纤差动

电流保护都采用主从方式，以保证时钟的同步，现以差动保护为例

介绍基于主从方式的时钟同步。

3.2光纤闭锁式、允许式纵联保护

光纤闭锁式、允许式纵联保护是在目前高频闭锁式、允许式纵

联保护的基础上演化而来，以稳定可靠的光纤通道代替高频通道，

从而提高保护动作的可靠性。光纤闭锁保护的鉴频信号能很好地对

光纤保护通道起到监视作用，这比目前高频闭锁保护需要值班人员

定时交换信号，以鉴定通道正常可靠与否灵敏了许多，提高了闭锁

式保护的动作可靠性。此外由于光纤闭锁式、允许式纵联保护在原

理上与目前大量运行的高频保护类似，在完成光纤通道的敷设后，

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只需更换光收发讯机即可接入目前使用的高频保护上，因此具有改

造方便的特点。与光纤电流纵差保护比较，光纤闭锁式、允许式纵

联保护不受负荷电流的影响，不受线路分布电容电流的影响，不受

两端TA特性是否一致的影响。

4光纤保护实际应用中存在的问题

4.1施工工艺问题

光纤保护是超高压线路的主保护，通道的安全可靠对电力系统

的安全、稳定运行起到重要的作用。由于光缆传输需要经过转接端

子箱、光缆机、电缆层和高压线路等连接环节，并且光纤的施工工

艺复杂、施工质量要求高，因此如果在保护装置投入运行前的施工、

测试中存在误差，则会导致保护装置的误动作，进而影响全网的安

全稳定运行。

4.2通道双重化问题

光纤保护用于220kV及以上电网时，按照220kV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，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

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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一直限

制着光纤保护的大规模推广应用。

4.3光纤保护管理界面的划分问题

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。配线架以上包