浅谈光纤电流差动保护

【摘 要】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。

【关键词】光纤通道；差动保护

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。

一、光纤通道特点

光纤通道相对于其他传统通道（如：电缆、微波等）具有如下特点：（1）传输质量高，误码率低，一般在10-10以下。这种特点使得光纤通道很容易满足继电保护对通道所要求的“透明度”。即发端保护装置发送的信息，经通道传输后到达收端，使收端保护装置所看到的信息与发端原始发送信息完全一致，没有增加或减少任何细节。（2）光的频率高，所以频带宽，传输的信息量大。这样可以使线路两端保护装置尽可能多的交换信息，从而可以大大加强继电保护动作的正确性和可靠性。（3）抗干扰能力强。由于光信号的特点，可以有效的防止雷电、系统故障时产生的电磁方面的干扰，因此，光纤通道最适合应用于继电保护通道。以上光纤通道的三个特点，是继电保护所采用的常规通道形式所无法比拟的。在通道选择上应为首选。但是由于光缆的特点，抗外力破坏能力较差，当采用直埋或空中架设时，易受到外力破坏，造成机械损伤。若采用OPGW，则可以有效的防止类似事件的发生。

二、光纤通道与接口

光纤通道构成的保护称为光纤继电保护。它由光发送器，光纤和光接收器等部分构成。如图1所示：

图1

（1）光发送器。光发送器的作用是将电信号转变为光信号输出，一般由砷化镓或砷镓铝发光二极管或铝石钕榴石激光器构成。发光二极管的寿命可达百万小时，它是一种简单而又很可靠的电光转换元件。（2）光接收器。光接收器的作用是将接收的光信号转换为电信号输出，通常采用光电二极管构成。（3）光纤。光纤为光导纤维的简称，由直径大约0.1mm的很细的空心石英丝或玻璃丝构成。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，以节约大量有色金属材料，敷设方便，抗腐蚀不受潮，不怕雷击，不受外界电磁干扰，可以构成无电磁感应和可靠的通道，光纤通道容量大。如图2所示。

图2 光纤适配器（左）光纤连接器（右）

（4）工作可靠。载波通道受雷电和电力系统操作产生的电磁干扰很大，信号衰耗受天气变化的影响很大，有时甚至不能工作。微波通道受电磁干扰较小，但在恶劣天气条件下信号衰落很大。光纤通道不受电磁干扰，基本上不受天气变化的影响，因此工作可靠性远高于载波和微波通道。这对于电力系统特别重要。（5）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1.31μm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1.3μm的波长段。

三、光纤继电保护的收发转换

（1）光纤继电保护装置发送数据时，保护插件把差动CPU插件传来的数据帧变为同步串行数据，并经码型调制后送至光发模块，由光收发模块将串行数据信号转化为光信号，通过光纤向通道传送。接收数据时，由光收发模块将光信号转化为电信号，并将解码后的数据送至差动CPU。（2）线路差动保护采用光纤为两侧数据交换的通道，装置提供专用光纤通道和复用PCM通道两种通道方式选择。当被保护线路长度小于100KM时可使用专用光纤通道方式，否则使用复用PCM通道方式，可通过装置控制来选择。

图3 PSL603通信的时钟

采用专用光纤通道方式下时，装置间数据传输速率为1Mbps。采用复用PCM光纤通道方式下时，装置间数据传输速率为64kbps/2Mbps。（3）通信时钟相关说明见表1：

复用64kbpsPCM同向接口时，两侧设备的时钟必须按照上表的要求整定，否则会产生定期的滑码。（4）电流差动保护的采样同步。在复用接口与通信设备连接时，大部分接口均支持G703同向方式（也有些设备要求提供反向接口）。为了满足64kbps数据通道收发数据同步复接的要求，必须采用主从时钟方式。否则，将因时钟不同步，造成滑码的出现，保护装置反映出的就是CRC校验码告警。在某些保护装置中，对接口没有做出要求，但时钟必须设为主从方式，因为两端保护装置在计算差流时，必须保证同步，否则，对差流的计算就会造成误差。

四、电流差动保护的试验

（1）装置自环试验，将装置通道环回试验控制字值入“1”，将装置光纤接口的RX和TX用尾纤对接，有的装置还要整定本侧装置编码与对侧装置编码相同。即可单装置自环，模拟ABC三相区内故障。（2）光纤保护通道联调试验。光纤保护在现场调试中，光纤通道的测试也是一项细致工作，只有保证光纤通道正常，才能确保系统试验的进行。现场由于受到设备的限制，常用的通道试验方法是采用保护自发自收来检验光纤通道。具体分以下几步：一是从保护的光端机引出的尾纤上经光连接器自发自收，检验保护自身收发是否正常。二是将保护尾纤经光连接器与线路光纤连接，在线路的对端，光纤经光连接器自环，检验通道是否正常。对端也可以采用类似步骤测试光纤通道。三是测试光纤通道还可以采用专用测试设备，但这些设备很昂贵，一般情况下现场不具备条件。所以，上述方法是现场测试光纤通道的经济实用的方法。