繼電保護(hù)-光纖保護(hù)

光纖保護(hù)

隨著國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，光纖通信技術(shù)在電力系統(tǒng)的應(yīng)用正在逐步推廣，由光纖作為通

道構(gòu)成的光纖保護(hù)是輸電線路的一種理想保護(hù)，光纖通道容量大、抗腐蝕不受潮，敷設(shè)、檢

修方便、還可以節(jié)省大最有色金屬，并且可以解決縱聯(lián)保護(hù)中導(dǎo)引線保護(hù)以及高頻保擰的通

道易受電磁干擾、高頻信號(hào)衰耗等問題。由于光纖通道的通信距離不夠長，在長距離輸電線

路中使用時(shí)需要中繼器和其它附屬設(shè)備，因此，對(duì)于整定配合比較困難的短線路，光纖保護(hù)

的優(yōu)點(diǎn)更為突出。

一、光纖保護(hù)的基本原理

光纖保護(hù)是將線路兩側(cè)的電氣量調(diào)制后轉(zhuǎn)化為光信號(hào)，以光纜作為通道傳送到對(duì)側(cè)，

解調(diào)后直接比較兩側(cè)電氣量的變化，然后根據(jù)特定關(guān)系，判定內(nèi)部或外部故障的i種保護(hù)。

光纖保護(hù)主要由故障判別7匕件和信號(hào)傳輸系統(tǒng)（PCM端機(jī)、光端機(jī)以及光纜通道）組

成，如圖6-16所示。

故障判別元件即繼電保護(hù)裝置，利用線路兩側(cè)輸入電氣量的變化，根據(jù)特定關(guān)系來區(qū)

分正常運(yùn)行、外部故隙以及內(nèi)部故障。光端機(jī)的作用是接收、發(fā)送光信號(hào)。光端機(jī)的光發(fā)部

分通過PCM端機(jī)的調(diào)制器將發(fā)送電氣量的模擬信號(hào)調(diào)制數(shù)字信號(hào)進(jìn)行發(fā)送，經(jīng)光纜通道傳

圖6-16光纖保護(hù)的組成方框圖

輸?shù)骄€路對(duì)側(cè)；光端機(jī)的光收部分收到被保護(hù)線路對(duì)側(cè)的數(shù)字光信號(hào)后，通過PCM端機(jī)的

解調(diào)器還原成電氣量模擬信號(hào)，然后提供給保護(hù)，作為故障判別的依據(jù)。PCM端機(jī)調(diào)制器

的作用是將各路模擬信號(hào)進(jìn)行采樣和模/數(shù)轉(zhuǎn)換、編碼，與鍵控信號(hào)的并行編碼一同轉(zhuǎn)換成

適合光纜傳輸?shù)拇写a；PCM端機(jī)解調(diào)器的作用是將接收到的PCM串行碼轉(zhuǎn)換成并行碼，

并將這些并行碼經(jīng)數(shù)/模轉(zhuǎn)換和犍控解碼，解調(diào)出各路的模擬信號(hào)和鍵控信號(hào)。光纜通道的

作用是將被保護(hù)線路一側(cè)反應(yīng)電氣量的光信號(hào)，傳輸?shù)谋槐Ｗo(hù)線路的另一側(cè)。

二、信號(hào)傳輸系統(tǒng)

光纖傳輸系統(tǒng)是如圖6-16所示除繼電保護(hù)以外的其余部分，即兩側(cè)PCM端機(jī)、光端機(jī)

和光纜組成光纖數(shù)字傳輸系統(tǒng)。

（一）PCM端機(jī)

1

1.PCM調(diào)制器

PCM（PulseCodeModulation）調(diào)制器的原理是脈沖編碼調(diào)制。PCM調(diào)制器由時(shí)序電路、

模擬信號(hào)編碼電路、鍵控信號(hào)編碼電路、并/串轉(zhuǎn)換及匯合電路組成。

2.PCM解調(diào)器

PCM解調(diào)器由時(shí)序電路、串/并轉(zhuǎn)換電路、同步電路、模擬解調(diào)電路及鍵控解碼電路組

成。

（二）光端機(jī)

兩側(cè)裝置中，每一側(cè)光端機(jī)包括光發(fā)送部分和光接收部分。光信號(hào)在光纖中單向傳輸，

兩側(cè)光端機(jī)需要兩根光纖，一般采用四芯光纜，兩芯運(yùn)行，兩芯備用。光端機(jī)與光纜經(jīng)過光

纖活動(dòng)連接器連接?；顒?dòng)連接器?端為裸纖，與光纜的裸纖焊接，另?端為插頭，可與光端

機(jī)插接。

1.光發(fā)送部分

光發(fā)送部分主要由試盤信號(hào)發(fā)生器、PCM碼放大器、驅(qū)動(dòng)電路和發(fā)光管心石。組成。其

核心元件是電流驅(qū)動(dòng)的發(fā)光管心瓦尢驅(qū)動(dòng)電流越大，輸出光功率越高。PCM碼經(jīng)過放大，

電流驅(qū)動(dòng)電路驅(qū)動(dòng)工作，使輸出的光脈沖與PCM碼的電脈沖信號(hào)一一對(duì)應(yīng)，即輸入脈

沖為“1”碼時(shí)，輸出一個(gè)光脈沖，輸入“0”碼時(shí)，沒有光信號(hào)輸出。

2.光接收部分

光接收部分的核心元件是光接收管PIN.它將接收到的光脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換為微弱的電流脈

沖信號(hào)，經(jīng)前置.放大器、主放大器放大，成為電壓脈沖信號(hào)，經(jīng)比較整形后，還原成PCM

碼。

（三）光纜

由光纖組成。光纖是一種很細(xì)的空心石英絲或玻璃絲，直徑僅為100〃加~200〃〃:。光

在光纖中單向傳播。

三、繼電保護(hù)部分

近年常用的電流差動(dòng)光纖保護(hù)有綜合比較三相電流和分相電流差動(dòng)比較兩種比較原理。

以分相電流差動(dòng)比較原理為例進(jìn)行分析。

（一）分相電流差動(dòng)比較原理的動(dòng)作判據(jù)和動(dòng)作區(qū)

分相電流差動(dòng)比較原理的動(dòng)作判據(jù)的分析方法原則上可以分為兩類：一類以差動(dòng)電流

/KD和制動(dòng)電流/R的關(guān)系，KD=/（/R）表不，稱為制動(dòng)特性，另一類用線路兩側(cè)電流

2

的相位關(guān)系表示，稱為相位特性。下面，以制動(dòng)特性為例進(jìn)行分析。

1.動(dòng)作判據(jù)

動(dòng)作判據(jù)功能要求：

（1）內(nèi)部故障電流較小時(shí)，有足夠的靈敏度；

（2）外部故障電流閱讀，允許電流誤差相應(yīng)增大，以提高保護(hù)防誤動(dòng)能力。

（3）如圖6-17所示帶有負(fù)荷的單電源系統(tǒng)，保護(hù)范圍內(nèi)經(jīng)過渡電阻號(hào)短路時(shí)，，”從故

障點(diǎn)流出，與人反向，保護(hù)應(yīng)能動(dòng)作。設(shè)

/?=-KimfKcl,要求當(dāng)人」與時(shí),保護(hù)能正

確動(dòng)作，即一側(cè)電流有50%“溢出”時(shí)，保護(hù)能動(dòng)作。圖6-17單側(cè)電源供電系統(tǒng)

滿足此要求的動(dòng)作判據(jù)為

0+g-K巾/+%卜周乙+乙-&/。+/〃卜/“（6-17）

式中，乙、乙一線路兩側(cè)的三相電流或零序電流；

Ki、42、代一固定常數(shù)，分別取值為0.5、1、2；

。一固定值（電流偏移量），當(dāng)/N=5A時(shí)，取0.5；

/OP—整定值；

一+乙一動(dòng)作量;

圍+|小兒+小+/〃一制動(dòng)量，且

G=KK3IOP

G當(dāng)G>0時(shí);

⑻=?(6-18)

0當(dāng)GV0時(shí)c

這種原理是將線路兩惻的人、比C三相電流及零序電流四個(gè)量直接傳輸至對(duì)側(cè)，分相

進(jìn)行差動(dòng)比較。

2.動(dòng)作區(qū)及其特點(diǎn)

根據(jù)分相電流差動(dòng)保護(hù)的動(dòng)作判據(jù)可作出制動(dòng)特性

曲線=動(dòng)作區(qū)如圖6-18所示陰影區(qū)。圖中，

直線4、5為50%溢出線處于動(dòng)作邊界，實(shí)際裝置應(yīng)考慮

元件的誤差，為使裝置可靠動(dòng)作，動(dòng)作邊界向曲線1有

3

圖6-18電流差動(dòng)保護(hù)制動(dòng)特性

加

法

調(diào)調(diào)加

器

相f幅整流器i法

本側(cè)——器器1L加S

50Hz法4

器

前置電路3

七，二

%調(diào)lOOHz

較

幡

器整流器3跳網(wǎng)

2

指示燈

E-

圖6T9分相電流比較差動(dòng)保護(hù)原理方框圖

四、按分相差動(dòng)比較原理構(gòu)成的分相比較光纖縱聯(lián)保護(hù)

按分相差動(dòng)比較原理構(gòu)成的分相比較光纖縱聯(lián)保護(hù)方框圖加圖6-20所示，主要由電流/

電壓變換器、差動(dòng)元件、負(fù)序突變量起動(dòng)元件、邏輯回路和PCM調(diào)制、解調(diào)器以及光端機(jī)

組成。

保護(hù)從系統(tǒng)取得三相電流和零序電流，變換成電壓后，一路送至本側(cè)的差動(dòng)元件和電流

檢測(cè)元件，另一路經(jīng)PCM調(diào)制器調(diào)制后傳送至對(duì)側(cè)。

傳輸系統(tǒng)傳送的經(jīng)電流/電壓變換器轉(zhuǎn)換后的回路電壓信號(hào)和遠(yuǎn)跳或外部遠(yuǎn)傳的四個(gè)鍵

控信號(hào)KLK,被調(diào)制成一路脈沖信號(hào)，由光端機(jī)的發(fā)送電路（石/O-光電轉(zhuǎn)換電路）轉(zhuǎn)換成

光脈沖信號(hào)待傳輸。同時(shí)，由光端機(jī)接收的對(duì)側(cè)光脈沖信號(hào)被其接收電路（。/￡）轉(zhuǎn)換成電

脈沖信號(hào)，由PCM解調(diào)器解調(diào)后，還原成四個(gè)模擬量和四個(gè)鍵控信號(hào)，分送至各相電流差

動(dòng)元件和邏輯電路。差動(dòng)元件對(duì)兩側(cè)電流信號(hào)進(jìn)行比較，差動(dòng)元件的動(dòng)作應(yīng)滿足動(dòng)作判據(jù)。

本側(cè)電流信號(hào)均通過帶通濾波器濾除直流分量和高次諧波，對(duì)側(cè)電流在解調(diào)電路中被濾波,

相位調(diào)節(jié)電路用以補(bǔ)償對(duì)側(cè)電流在傳輸過程中的相位滯后。電流檢測(cè)元件為電流互感器回路

斷線時(shí)提供閉鎖信號(hào)并經(jīng)邏輯回路輸出告警信號(hào)o

起動(dòng)元件由三相式負(fù)序電流濾過器、三相全波整流器、負(fù)序電流突變量形成電路組成。

5

J

4K：由K,

IIII

PCM

%

調(diào)制

光纖通道