继电保护-光纤保护

光纤保护

随着国民经济的发展，光纤通信技术在电力系统的应用正在逐步推广，由光纤作为通

道构成的光纤保护是输电线路的一种理想保护，光纤通道容量大、抗腐蚀不受潮，敷设、检

修方便、还可以节省大最有色金属，并且可以解决纵联保护中导引线保护以及高频保拧的通

道易受电磁干扰、高频信号衰耗等问题。由于光纤通道的通信距离不够长，在长距离输电线

路中使用时需要中继器和其它附属设备，因此，对于整定配合比较困难的短线路，光纤保护

的优点更为突出。

一、光纤保护的基本原理

光纤保护是将线路两侧的电气量调制后转化为光信号，以光缆作为通道传送到对侧，

解调后直接比较两侧电气量的变化，然后根据特定关系，判定内部或外部故障的i种保护。

光纤保护主要由故障判别7匕件和信号传输系统（PCM端机、光端机以及光缆通道）组

成，如图6-16所示。

故障判别元件即继电保护装置，利用线路两侧输入电气量的变化，根据特定关系来区

分正常运行、外部故隙以及内部故障。光端机的作用是接收、发送光信号。光端机的光发部

分通过PCM端机的调制器将发送电气量的模拟信号调制数字信号进行发送，经光缆通道传

图6-16光纤保护的组成方框图

输到线路对侧；光端机的光收部分收到被保护线路对侧的数字光信号后，通过PCM端机的

解调器还原成电气量模拟信号，然后提供给保护，作为故障判别的依据。PCM端机调制器

的作用是将各路模拟信号进行采样和模/数转换、编码，与键控信号的并行编码一同转换成

适合光缆传输的串行码；PCM端机解调器的作用是将接收到的PCM串行码转换成并行码，

并将这些并行码经数/模转换和犍控解码，解调出各路的模拟信号和键控信号。光缆通道的

作用是将被保护线路一侧反应电气量的光信号，传输的被保护线路的另一侧。

二、信号传输系统

光纤传输系统是如图6-16所示除继电保护以外的其余部分，即两侧PCM端机、光端机

和光缆组成光纤数字传输系统。

（一）PCM端机

1

1.PCM调制器

PCM（PulseCodeModulation）调制器的原理是脉冲编码调制。PCM调制器由时序电路、

模拟信号编码电路、键控信号编码电路、并/串转换及汇合电路组成。

2.PCM解调器

PCM解调器由时序电路、串/并转换电路、同步电路、模拟解调电路及键控解码电路组

成。

（二）光端机

两侧装置中，每一侧光端机包括光发送部分和光接收部分。光信号在光纤中单向传输，

两侧光端机需要两根光纤，一般采用四芯光缆，两芯运行，两芯备用。光端机与光缆经过光

纤活动连接器连接。活动连接器•端为裸纤，与光缆的裸纤焊接，另•端为插头，可与光端

机插接。

1.光发送部分

光发送部分主要由试盘信号发生器、PCM码放大器、驱动电路和发光管心石。组成。其

核心元件是电流驱动的发光管心瓦尢驱动电流越大，输出光功率越高。PCM码经过放大，

电流驱动电路驱动工作，使输出的光脉冲与PCM码的电脉冲信号一一对应，即输入脉

冲为“1”码时，输出一个光脉冲，输入“0”码时，没有光信号输出。

2.光接收部分

光接收部分的核心元件是光接收管PIN.它将接收到的光脉冲信号转换为微弱的电流脉

冲信号，经前置.放大器、主放大器放大，成为电压脉冲信号，经比较整形后，还原成PCM

码。

（三）光缆

由光纤组成。光纤是一种很细的空心石英丝或玻璃丝，直径仅为100〃加~200〃〃:。光

在光纤中单向传播。

三、继电保护部分

近年常用的电流差动光纤保护有综合比较三相电流和分相电流差动比较两种比较原理。

以分相电流差动比较原理为例进行分析。

（一）分相电流差动比较原理的动作判据和动作区

分相电流差动比较原理的动作判据的分析方法原则上可以分为两类：一类以差动电流

/KD和制动电流/R的关系，KD=/（/R）表不，称为制动特性，另一类用线路两侧电流

2

的相位关系表示，称为相位特性。下面，以制动特性为例进行分析。

1.动作判据

动作判据功能要求：

（1）内部故障电流较小时，有足够的灵敏度；

（2）外部故障电流阅读，允许电流误差相应增大，以提高保护防误动能力。

（3）如图6-17所示带有负荷的单电源系统，保护范围内经过渡电阻号短路时，，”从故

障点流出，与人反向，保护应能动作。设

/„=-KimfKcl,要求当人」与时,保护能正

确动作，即一侧电流有50%“溢出”时，保护能动作。图6-17单侧电源供电系统

满足此要求的动作判据为

0+g-K巾/+%卜周乙+乙-&/。+/〃卜/“（6-17）

式中，乙、乙一线路两侧的三相电流或零序电流；

Ki、42、代一固定常数，分别取值为0.5、1、2；

。一固定值（电流偏移量），当/N=5A时，取0.5；

/OP—整定值；

一+乙一动作量;

围+|小儿+小+/〃一制动量，且

G=KK3IOP

G当G>0时;

⑻=«(6-18)

0当GV0时c

这种原理是将线路两恻的人、比C三相电流及零序电流四个量直接传输至对侧，分相

进行差动比较。

2.动作区及其特点

根据分相电流差动保护的动作判据可作出制动特性

曲线=动作区如图6-18所示阴影区。图中，

直线4、5为50%溢出线处于动作边界，实际装置应考虑

元件的误差，为使装置可靠动作，动作边界向曲线1有

3

图6-18电流差动保护制动特性

加

法

调调加

器

相f幅整流器i法

本侧——器器1L加S

50Hz法4

器

前置电路3

七，二

%调lOOHz

较

幡

器整流器3跳网

2

指示灯

E-

图6T9分相电流比较差动保护原理方框图

四、按分相差动比较原理构成的分相比较光纤纵联保护

按分相差动比较原理构成的分相比较光纤纵联保护方框图加图6-20所示，主要由电流/

电压变换器、差动元件、负序突变量起动元件、逻辑回路和PCM调制、解调器以及光端机

组成。

保护从系统取得三相电流和零序电流，变换成电压后，一路送至本侧的差动元件和电流

检测元件，另一路经PCM调制器调制后传送至对侧。

传输系统传送的经电流/电压变换器转换后的回路电压信号和远跳或外部远传的四个键

控信号KLK,被调制成一路脉冲信号，由光端机的发送电路（石/O-光电转换电路）转换成

光脉冲信号待传输。同时，由光端机接收的对侧光脉冲信号被其接收电路（。/£）转换成电

脉冲信号，由PCM解调器解调后，还原成四个模拟量和四个键控信号，分送至各相电流差

动元件和逻辑电路。差动元件对两侧电流信号进行比较，差动元件的动作应满足动作判据。

本侧电流信号均通过带通滤波器滤除直流分量和高次谐波，对侧电流在解调电路中被滤波,

相位调节电路用以补偿对侧电流在传输过程中的相位滞后。电流检测元件为电流互感器回路

断线时提供闭锁信号并经逻辑回路输出告警信号o

起动元件由三相式负序电流滤过器、三相全波整流器、负序电流突变量形成电路组成。

5

J

4K：由K,

IIII

PCM

%

调制

光纤通道