摘要：随着通信技术快速发展和智能电网的深入推进，光缆网络已成为电力系统的重要组成部分，支撑着电力生产中调度、保护、统一视频、营销、信息等多种业务的传输。本文简要介绍了光纤通信的原理、特点和优势，对目前电力系统中的三种继电保护传输通道进行比较，详细分析了专用纤芯和2M复用的技术原理，给出了保护通道的建设建议，旨在为电力通信、自动化的运维人员提供些许帮助。
关键词：电力系统；光纤通信；继电保护；传输通道；自动化
1光线通信的概述
光纤通信是指以光波为载波，以光导纤维作为传输媒介的一种通信方式，其将原始信号（语音、视频等）在发送端转换为电信号，然后调制到激光器发射的光束上，使光的强度随电信号参数（幅度、频率、相位）的变化而做出相应变化，并在光纤中通过全反射进行传输。在接收一端，光信号由检测器接收并且将其变为电信号，通过解调而恢复成原信号。从1967年华人科学家高锟提出光纤通信的概念，1977年第一条商用光纤在芝加哥实施，经过40余年的快速发展，光纤已经成为目前最主要的信息传输媒介。
光纤通信在电力系统的应用也非常广泛，相比传统的通信技术，光纤通信作为继电保护的传输通道，具有更高的可靠性、安全性和稳定性。
2光纤通信的特点及优势
光纤通信具有抗电磁干扰能力强、传输容量大、频带宽、传输衰耗小等诸多优点，一经问世便得到应用并迅速发展。
（1）传输容量大
光纤可利用的带宽约为50000GHz，一对光纤能同时传输24192路电话，如果再结合波分复用技术，同一根光纤的传输容量还能增加上十倍。
（2）抗干扰及保密性好
光纤是绝缘材料，不受高、低频电磁场的干扰和破坏，也不会产生感应电流、电压，在传输信息时不会收到外部环境的干扰，外部也无法对光纤中的信息进行窃听和篡改。
（3）损耗低，中继距离长
目前实用石英光纤的损耗低于0.2db/km，比其他任何传输介质的损耗都低，通过SDH设备的中继，光缆的传输距离可达数百公里。
（4）自然资源丰富，价格低
光纤的原材料是二氧化硅，在大自然中资源丰富，随着技术的发展，光纤和传输设备的价格大幅下降。
3继电保护及其传输通道
继电保护与控制装置是电网系统的重要组成部分，在电网系统的安全稳定运行中发挥着十分重要的作用。线路纵联保护是当输电线路发生故障时，使两侧开关同时快速跳闸的一种保护装置，是线路的主保护。它以线路两侧判别量的特定关系作为判据。两侧均将判别量借助通道传送到对侧，然后两侧分别按照对侧与本侧判别量之间的关系来判别是区内故障还是区外故障。
继电保护的传输通道主要有三种，如图1所示：
图1 电力系统中继电保护传输通道示意图
（1）载波保护（高频保护）
节省保护通道投资成本，随站点布置，有效利用线路资源；但频带较窄，高频信号衰减较大，受到的干扰也比较大，维护复杂。
（2）微波保护
频带宽，容量大，设备运行可靠；但基建及维护成本很高，易受地形、建筑物及信号衰落的影响。
（3）光纤保护
信息容量大，设备运行可靠，误码率低，传输质量高，抗击电磁干扰能力强。
近年来，由于光纤传输技术的优越性能及光纤传输技术建网成本的降低，目前我国在220kV及以上等级的输电线路建设中，都优先考虑采用光纤传输通道传输线路纵联保护信号。传输继电保护信号的通道由高频载波通道变成光纤传输通道已经成为一种技术趋势。
4继电保护中的光纤传输方式
目前继电保护的光纤传输通道主要有两种方式：一是为保护装置敷设专用的光纤传输通道；二是采用复用SDH光传输通道。
专用纤芯的方式采用点对点直连的方式（如图2所示），距离一般在80km以内，其优点是中间环节少，转接设备少，可靠性很高，缺点是传输距离有限且占有了一对纤芯，资源利用率较低。
图2 专用纤芯方式连接示意图
复用SDH光纤通信网络方式（如图3所示），通过现有的电力通信网络中SDH传输设备和光纤网络，保护装置通过2M接口接入传输设备，并进行信息传输。在这种方式下，通过传输设备的中继作用，信号可以传送到网络中的每一个节点。由于利用了复用技术，大大提高了对光纤资源的利用效率，但由于涉及光电信号的转换，增加了中间节点，因此系统的可靠性低于专用纤芯的方式。
图3 复用方式连接示意图
如果可以利用 SDH光纤自愈网传送输电线路两侧的继电保护信号，一方面可以增加继电保护传送通道的可靠性，另一方面也可以对现有网络已经形成的光纤资源和光纤传输设备进行合理利用。所谓自愈，即保护网络中当某个节点故障或光缆中断，无需人为干预，网络能在极短的时间内，自动进行业务的恢复。自愈能力需要网络具有冗余的路由或者网络成环。
如图4所示，假设信号在节点A、C间进行传输，在节点A信号通过光纤S1和P1传入节点C，传输路由为（S1：A—B—C；P1：A--D--C）。同理在光缆网络正常时，在节点C信通通过S2和P2传入节点A，传输路由为（S2：C—B—A；P2：C—D--A）。节点A和C在接收信号时，会对接收的两路信号择优选用。如果节点B和节点C之间的光缆中断，光纤S1和S2上的业务无法在节点A、C间进行传递，但由于业务是双发选收的模式，因此A、C点的业务可以在P1和P2上进行传输，在接收端可以直接切换到选收备环上来。
图4 二纤双向通道保护环示意图 5光纤传输通道的建设要求
继电保护业务通道属于安全级别较高的电力通信传输通道，是保证电力系统安全稳定运行的重要通信电路。在新建、改建或运行通信电路上进行有关继电保护通道设计和建设时，要严格遵守相关要求和标准。
（1）通道方式满足双设备双路由。
（2）通道双向路由必须一致，这是差动计算、保护动作正确与否的关键，只能采用双向通道保护。
（3）两个站点之间的正常路由及备用路由上均不要超过6个光方向，防止因为通信设备故障造成多条线路的保护通道故障。
（4）建设时钟同步网以保障保护装置和SDH传输设备的时钟同步。
结束语
光纤通信技术具有高安全、高稳定性、高传输量的优势。随着技术的发展，光纤技术在继电保护领域中的应用将会更加广泛，电力通信和自动化部门应加强新技术的研发和应用，以提高继电保护光纤通道的稳定性、可靠性和资源利用率。
参考文献：
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[2]王卫东.继电保护对信息传输通道的技术要求探究[J].山东工业技术2013（9）
[3]李海波.电力光纤通信技术分析[J]；通信电源技术2013（6）.
论文作者:严小勇,张龙
论文发表刊物:《基层建设》2018年第36期
论文发表时间:2019/1/25
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