电网220kV线路保护中光纤纵差保护通道切换探讨

张志林

摘要：各个地方供电局都将开发光纤通讯的主干网标榜为电力通讯的发展方向，为继电保护装置的数字化传输提供了强有力的基础条件。文章论述了光纤通道备用及切换的必要性、光纤电流差动保护的优越性、光纤备用的常用方法以及常见的备用光纤通道的切换方法，给出了220kV线路保护中光纤纵差保护通道的手动切换和自动切换的方案。

关键词：电网建设；220kV线路；光纤纵差保护；通道切换；电力通讯 文献标识码：A

中图分类号：TM773 文章编号：1009-2374（2016）29-0114-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.29.051

光纤传输通道的稳定性直接决定了光纤纵联差动动保护动作的正确性，是其正确运作的基本条件，若光纤传输通道断线，那么差动保护也无法正常运行，所以为了保证光纤纵联差动保护装置能够在线路中做出正确的动作，在光纤传输通道处于断线状态之后，保护装置就会自动将光纤纵联差动保护退出。此外，还需要将光纤传输通道有损坏的可能性纳入考虑范畴，因此就必须为其配置备用光纤通道，并配备切换功能，保证主保护的纵差保护一直处于正常工作状态。

1 光纤电流差动保护的优越性

光纤电流纵差保护功能是珠海电网现代保护开发相当快的220kV及以上线路保护之一，其通过光纤介质传送线路的信号，根据基尔霍夫电流定律，可以快速、可靠、简单地区别出区外、区内故障。光纤电流差动保护是以电流差动保护为基础不断发展进化而成的一种新型电流保护方式，能够实现理想的单元化保护，功能实现原理简单易懂、操作简便，不需要将线路的运行方式考虑在内，可以用于短输电线路和城网的线路保护。再加上这种保护方式两侧的保护装置之间并没有直接的联系，使得保护装置的运行的可靠性得到了较大幅度的提升。光纤电流差动保护除了继承电流差动保护灵敏度高、动作简单快速可靠且非全相运行以及能够适应电力系统震荡等优点之外，还凭借其自身能更加精准地传送电流的特性，使其在实际工程中的使用频率和使用效果得到了提升。

2 备用光纤通道的常用方法

一般而言，为了保证线路上的光线差动保护能够产生正确的动作，220kV及以上线路都应设置为双重化的光纤通道，在架设光缆时需要在光纤通道中敷设两根光缆，而且这两根光缆必须放置在两根不同的管道之中。除了保证主要通道所用的纤芯外，还要考虑到备用通道所需要的纤芯数。备用通道的纤芯数应当以1∶1的比例，也就是说一根工作纤芯至少需要准备一根备用纤芯。当一条220kV的高压输电线路中使用的两套主保护都是通过专用的光纤通道来传输数据时，保护装置以及光纤接口装置的收讯和发讯都需要各自占用一根纤芯，也就是说两套保护装置一共需要4根工作纤芯，同时需要准备至少4根的备用纤芯，简而言之，最少需要使用8芯的光缆。

3 备用光纤通道的切换方法

因为光纤通道决定220kV及以上线路光纤差动保护是否正确动作，光纤通道非常重要，应设置通道的双重化，一般架设光缆时，要求敷设两根且两根光缆不可放到同一管道里。对于安全性高的OPWG光缆，能够配备一根光缆。因为经济性因素，架设光缆中多设备用纤芯是通道有余的方法，220kV及以上线路保护敷设专用光纤通道时，除确保主要通道使用的纤芯，也要顾及备用通道使用的芯数。备用光纤通道的切换方法按照切换方式共分为两种：一种是自动切换；另一种是手动切换。手动切换的操作较为简单，不需要添加其他的辅助设备，但是必须依靠人工进行切换，而且切换所需要的时间也比较长，通常用在一般的输电线路保护之上。自动切换则需要依靠专用的通道切换设备或者是具有通道切换功能的通道接口作为功能支撑，切换过程所需的时间较短，适用于比较重要的联络线和超高压输电线路的保护。

3.1 自动通道切换

自动通道切换无需人工进行切换，切换效率较手动切换高，而且具有较强的时效性。在保护装置监测主通道通讯过程中，一旦发现异常工作状况，自动通道切换就会立即迅速自动将主通道切换到备用通道上，以此来保证线路的正常通讯。实现光纤传输通道的自动切换的必备条件是光端机和切换模块，实现的具体手段有三种，具体论述如下：

3.1.1 软件切换。软件切换需要通过切换软件程序而不是切换电路来实现通道切换。在使用软件切换来切换通道时，保护装置必须具备两个相同的通讯接口，也就是说，必须要具有两个光端机和两套码型变换等电路才行。这两套通讯接口装置一同运行，传送信号给通讯模块。若通讯模块检测到异常情况时，可以调用自动切换程序使用二路数据信号，这两个通道在传递数据信息的同时，通道内的数据信息也作为对方的备用数据，并保存在不同的缓冲区中，就算其中一个通道的数据传输失败，通讯模块也能够顺利将相应的数据信息数据传送到位。

3.1.2 光路切换。在实际运用中最为常用的光路切换器件为光开关，具有大于等于一个的可供选择的传输端口，而且能够实现对光传输线路和集成光路中的光信号进行互相之间的转换和逻辑操纵。光信号通路的通断、转换和切换都能够直接被光开关控制，这一特性为主用光通道和备用光通道之间的自动切换提供了一种折中的方式。在光开关中，又可以分为机械式开关和电子式开关两种，其中电子式没有机械惯性，响应的速度较快，但使用消耗和损伤较大而且价格较为昂贵。与机械式光开关相比而言，机械式光开关的主耗损较低、价格较为低廉，而且串扰很小，用起来也很便捷，所以当前实际运用中使用频率和数量较多的为机械式光开关。光开关实现光纤电流差动保护通讯通道的自动切换，最大优点是信号可在光上直接转化应用，光开关大大简化了系统的結构，简单可靠，实现主备用通道的自动切换只需要外加一个光开关模块即可，在现有的光纤电流差动保护装置基础上不做任何改动。

3.1.3 电路切换。电路切换的工作流程为：在主用通道正常运转的过程中，工作光纤通道主要负责传送数据信息，若通讯模块检测到数据通讯出现异常情况时，便会立即发出切换信号，同时控制切换电路，使其切换到备用光纤通道，再进一步向远处的接收方发送命令，使对侧的切换电路也与发送方一同切换到备用光纤通道。在使用电路切换的过程中，需要注意的是，若备用通道为复用通道，则通讯接口会受到通讯模块的控制切换。

3.2 手动切换

一般来说，手动切换都是直接靠人工手动切换主用光纤和备用光纤与保护装置之间的连接。在实际的线路施工过程中，大多数情况都是将熔纤后的主用通道的尾纤与备用通道的尾纤捆放在一起，而在需要某个通道时，再通过人工手动将对应通道的尾纤连接到保护装置中。由于需要人工手动区分对应的尾纤将其连接到保护装置，所以工作效率较低，而且难度也有所上升。但是这样一来，不仅尾纤变得容易折断，通道区分起来十分麻烦，而且操作起来也很不便利。为此我们对光缆终端箱的设计进行了一些改进，提出了三种旁代时光纤通道切换方法：（1）插拔尾纤法：把连接在通道的尾纤从运行设备上取下，连接到旁代保护上；（2）开关切换法：在需要旁代时，人工按下切换按键，即可直接将需要旁代的线路通道切换到旁代保护上；（3）光纤接线盒法：设计一种专用的光纤接线盒，在光缆经过光纤接线盒之后，将尾纤与保护装置相连，再通过旁路光纤切换与旁代保护相连便可。以上工作开关和旁代开关的切换实际上是保护装置光端机的切换。

4 结语

随着光纤纵差保护的深入发展，光纤纵差保护必将逐渐成为输电线路的一大主保护。而在管线纵差保护通道的切换过程中，需要根据实际情况（如电网线路的电压）来选择最适合的切换方法，以达到可靠、高效、经济、迅速的光纤纵差保护通道切换，确保纵差保护通道的可靠运行，提升线路保护的可靠性，为广大用户提供可靠、高效而又经济的供电线路。

参考文献

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[3] 孟智东.光纤电流纵联差动保护在大同电网的运行分析[D].华北电力大学（河北），2005.

[4] 李超群，包海龙，杜科，等.上海电网220kV线路保护标准化设计探讨[J].供用电，2011，4（11）.

（责任编辑：小 燕）