光纤纵联电流差动保护通道异常

1概述
光纖縱聯電流差動保護是近年來發展相當快的輸電線路保護之一，它借助光纖通道傳送輸電線路兩端的資訊，以基爾霍夫電流定律為依據，能簡單、可靠地判斷出區內、區外故障。

對於線路保護來說，分相電流差動保護具有天然的選相能力和良好的網路拓撲能力，不受系統振盪、非全相運行的影響，可以反映各種類型的故障，是理想的線路主保護。

光纖通信與輸電線無直接聯繫，不受電磁干擾的影響，可靠性高，通信容量大。

光纖縱聯電流差動保護既利用了分相電流差動的良好判據，又克服了傳統導引線方式的種種缺陷，具有其他保護無以比擬的優勢，因此，近年來國內外各大公司均加強在該領域的研
究開發，各自相繼推出了此類保護產品。

就光纖縱差保護的應用環境來說，隨著國家電力工業的發展，通訊技術的日新月異，光纜及光纖設備費用的急劇下降，光纖通訊網在電力系統的架設越來越普遍。

如廣東目前已建成了光纜1300km，SDH （Synchronous Digital Hierarchy）站點30多個，以珠江三角洲為中心的SDH自愈環電力光纖網路。

目前，許多地方都把發展光纖通信主幹網作為電力通信的發展方向和重要任務，這都為繼電保護所需要的穩定、可靠的數位化資訊傳輸通道創造了有利條件。

在光纖網路敷設的光纜中，除提供數據共用光纖通道介面，滿足數據通信、寬頻多媒體、圖像資訊等的需求外，還提供了繼電保護專用的纖芯，這為高壓輸電線的電流縱聯差動保護提供了複用光纖通道（與SDH共用的數
據通道）和專用光纖通道（利用光纖網路中繼電保護用纖芯構成）。

另外，由於光纖電流差動保護簡單、可靠，不受線路運行方式的影響，在城網和短輸電線路中大量採用。

如上海電網已把採用光纖分相電流縱差保護作為電網繼電保護“十五”規劃的一個重要配置原則來執行，目前已投運和即將投運的光纖電流差動保護達194套。

因城網中輸電線大多較短，光纖芯直接接入不需附加複接設備，管理也較方便，故在城網中光纖電流差動保護以專用光纖通道方式為多。

光纖傳輸通道的穩定與否是光纖縱聯差動保護正確工作的基礎，一旦光纖傳輸通道發生故障，光纖縱聯差動保護將不能正常工作。

實際上，為提高保護裝置的可靠性，當光纖傳輸通道發生故障時，保護裝置會將電流縱聯差動保護自動退出。

光纖通道的可靠性雖然較高，但也有損壞的可能性，如光纜斷芯、熔纖品質不好、光纖跳線接頭鬆動、光纖受潮或接頭積灰導致損耗增大等。

如1999年6月7日，塘鎮站到機場站的2158/2159兩條220kV線路光纖保護告警，故障原因是：線路龍門架上OPGW（Optical Fiber Composition Ground Wire）與站內普通光纜接線盒由於雨天受潮引起一束光纖（4根芯）衰耗增大。

2000年7月20日，吳涇第二發電廠到長春站4410線的兩套光纖差動保護均通道告警，原因是該線OPGW光纜中有幾芯熔接品質不好，光纖調換到備用芯後恢復正常。

考慮光纖資訊傳輸通道有可能損壞，為保證高壓輸電線的安全運行，作為主保護的縱差保護不致由於通道故障而退出運行，確實有必要為同一套縱差保護裝置配置備用光纖通道。

不論採用專用光纖通道
或複用通道，在工程設計中，敷設的光纜要留有一定的備用芯線，當工作的纖芯由於受潮或斷芯等故障導致數據傳輸誤碼率增大或中斷
時，可切換到備用芯線繼續進行數據通信，提高供電安全性。

2光纖備用的幾種方式
由於光纖差動保護的動作行為完全依賴於光纖通道，通道的安全性十分重要，應考慮通道的雙重化，對於普通光纜，一般要求敷設兩根光纜，且兩根光纜最好不要置於一根管道中。

對於OPWG光纜，安全性較高，可只配備一根光纜。

考慮到經濟性，在敷設的光纜中增加備用纖芯是通道冗餘的一種常用方法，為線路保護敷設專用光纖通道時，選擇光纜時除保證主用通道所需的纖芯外，還應考慮備用通道的纖芯數。

選擇備用通道的纖芯數時，最好按100%後備考慮，採用一備一的方式，即一根工作纖芯應配置一根備用纖芯。

例如，當一條220kV高壓輸電線路的兩套主保護（一套主保護為分相光纖差動保護，另一套主保護為高頻距離加光纖介面裝置）都採用專用光纖通道傳送數據時，光纖縱聯電流差動保護裝置的收、發訊各占一根纖芯，高頻距離保護的光纖介面裝置的收、發訊也各占一根纖芯，則兩套保護共需4根工作纖芯，當採用一備一方式時，應有4根備用纖芯，因此至
少應選擇8芯光纜。

當縱聯電流差動保護裝置採用複用光纖通道方式進行通信時，也應考慮備用通道的問題。

當複用通道為光纖通道時，可利用光纜中預留給繼電保護的芯線或備用芯線，構建專用光纖通道作為複用通道方式的備用。

當複用通道或複用設備故障時，可切換至專用光纖通道方
式工作。

實際上，當光纖專用通道和複用通道同時具備時，由於複用通道要求設備多，故障幾率大，而專用通道簡單、中間環節少、可靠性較高，可作為主用通道，當專用通道故障時，自動切換到複用通道。

這樣，既保持了專用通道的可靠性，又利用了複用通道SDH自愈環的優越性。

3備用光纖通道的切換方法
備用光纖通道的切換可以手動切換，也可自動切換。

手動切換簡單，不需額外設備，但切換需人工干預，所需時間也較長,適用於一般輸電線路的保護。

自動切換需採用專用的通道切換設備或具有通道切換功能的通道介面，自動切換所需時間短，主要用於超高壓輸電線路或重要的聯絡線保護上。

1)手動切換方案
在工程實際中，現場敷設的光纜需經光纜終端箱，通過溶纖工序和尾纖熔接在一起，然後由尾纖直接或經光纜終端箱上的法蘭盤和光纖跳線接至保護裝置的光纖介面。

施工時，往往是熔纖後主用通道的尾纖和備用通道的尾纖捆放在一起，需用哪個通道則將哪個通道的尾纖接至保護裝置。

這樣做，不但尾纖容易折斷，通道易混淆，而且操作也十分不便。

針對此種情況，我們對光纜終端箱進行了設計改進，不但考慮了備用通道的切換，還考慮了開關旁代時通道切換的需要。

下麵給出一種改進的光纜終端箱的方案，這些方案可滿足開關旁代切換的要求。

目前，光纖電流縱聯差動保護裝置（如CSL 103系列電流縱聯差動保護裝置，LFP 931光纖差動保護裝置）均有光纖通道監視功能，保護裝置即時顯示數據傳送的錯幀數或誤碼率，一旦錯誤的數據幀或誤碼率大於某一限定值，裝置會自動告警，提示相關人員進行處理，檢查光纖傳輸通道，如確認工作光纖通道故障，則切換至備用通道。

所提出的通道切換方式的工作原理如下，在工作開關投入運行的情況下，A經光纖跳線接至C，A′經光纖跳線接至C′（參見圖1），此時工作開關利用光纜主用通道纖芯傳送數據；光纖電流差動保護裝置運行時若主用通道纖芯故障，保護裝置發通道告警信號，通知相關人員進行處理，斷開A—C，A′—C′連接，將A—D，A′—D′用光纖跳線接通（見圖2），此時工作開關利用光纜備用通道纖芯繼續傳送數據；在旁代開關投入運行，工作開關退出時，A經光纖跳線接至C，A′經光纖跳線接至C′（圖3），此時旁代開關利用光纜主用通道纖芯進行數據通信；當光纜主用通道纖芯故障，同樣保護裝置發通道告警信號，通知相關人員進行處理，斷開B—C，B′—C′連接，將B—D，B′—D′用光纖跳線連接（圖4），此時旁代開關則利用光纜備用通道纖芯繼續進行數據通信。

以上工作開關和旁代開關的切換實際上是保護裝置光端機的切換。

2) 自動切換方案
自動切換則是在保護裝置檢測到主用通道通信異常時，自動將主用通道切換到備用通道。

要實現傳輸通道的自動切換，需增加切換模組和光端機等設備。

通道切換的具體實現手段有電路切換、軟體切換和光路切換三種方法。

電路切換時，同一套保護裝置要求通信介面有切換電路和兩套光
端機，圖5給出了一個通道電路切換的原理框圖。