艾永俊，盧坤，韋照艷

（廣東水電云南投資有限公司，云南 紅河 661100）

0 前言

1 繼電保護(hù)光纖復(fù)用技術(shù)

繼電保護(hù)是電力系統(tǒng)中非常重要的一部分，其作用是在電力系統(tǒng)發(fā)生故障時，通過對故障信號進(jìn)行檢測、判斷和處理，保護(hù)電力設(shè)備的安全運(yùn)行。繼電保護(hù)的主要任務(wù)是在故障發(fā)生時迅速切除故障部分，保護(hù)電力設(shè)備不受進(jìn)一步損壞，同時確保電力系統(tǒng)的可靠運(yùn)行。

在傳統(tǒng)的繼電保護(hù)系統(tǒng)中，通信方式主要采用硬線傳輸，即通過電纜或?qū)Ь€進(jìn)行信號傳輸。然而，隨著電力系統(tǒng)的不斷發(fā)展和擴(kuò)大，傳統(tǒng)的繼電保護(hù)系統(tǒng)已經(jīng)無法滿足日益增長的通信需求。光纖復(fù)用技術(shù)作為一種新興的通信技術(shù)，逐漸應(yīng)用于繼電保護(hù)系統(tǒng)中，以滿足系統(tǒng)的高可靠性和高效性需求[3]。

光纖復(fù)用技術(shù)是指通過將多個信號在不同頻率上進(jìn)行復(fù)用，通過光纖傳輸進(jìn)行傳輸?shù)募夹g(shù)。它可以將不同的繼電保護(hù)信號進(jìn)行合并傳輸，提高信號傳輸?shù)男屎涂煽啃?。光纖復(fù)用技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)多信號同時傳輸，避免了傳統(tǒng)繼電保護(hù)系統(tǒng)中需要大量的傳輸線路的問題，同時還可以提供更高的帶寬和更低的傳輸損耗[4]。

繼電保護(hù)光纖復(fù)用技術(shù)的應(yīng)用不僅可以提高信號傳輸?shù)男屎涂煽啃裕€可以減少傳輸線路的數(shù)量和占用的空間。此外，光纖復(fù)用技術(shù)還具有抗電磁干擾、抗干擾能力強(qiáng)的特點(diǎn)，能夠更好地適應(yīng)復(fù)雜的電力系統(tǒng)環(huán)境。

2 光纖復(fù)用技術(shù)繼電保護(hù)系統(tǒng)

光纖復(fù)用技術(shù)的核心是光纖復(fù)用器，其主要功能是將多個繼電保護(hù)通道的信號進(jìn)行復(fù)用，并通過一根光纖進(jìn)行傳輸。光纖復(fù)用器具有多個輸入通道和一個輸出通道，每個輸入通道對應(yīng)一個繼電保護(hù)通道。在復(fù)用器內(nèi)部，通過光纖復(fù)用技術(shù)將多個輸入通道的信號進(jìn)行復(fù)用，然后通過一根光纖將復(fù)用后的信號傳輸?shù)竭h(yuǎn)端的解復(fù)用器[5]，如圖1 所示。

圖1 繼電保護(hù)裝置和SDH光傳輸系統(tǒng)示意圖

2.1 繼電保護(hù)的基本原理

在電力系統(tǒng)中，繼電保護(hù)主要分為兩類，一類是主保護(hù)，一類是后備保護(hù)。主保護(hù)是指在電力系統(tǒng)發(fā)生故障時，第一時間啟動的保護(hù)設(shè)備，其作用是迅速切除故障部分，保證電力系統(tǒng)的正常運(yùn)行。后備保護(hù)是指在主保護(hù)失效或無法滿足保護(hù)要求時啟動的保護(hù)設(shè)備，其作用是提供備用的保護(hù)措施，保證電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行。繼電保護(hù)的工作原理主要基于電力系統(tǒng)的電流和電壓的測量，通過比較測量值和設(shè)定值的差異來判斷是否存在故障，然后根據(jù)故障的類型和位置來采取相應(yīng)的保護(hù)措施。

2）督導(dǎo)評價。教學(xué)督導(dǎo)人員通常由校內(nèi)專業(yè)技術(shù)水平高、教學(xué)經(jīng)驗(yàn)豐富的高年資教師擔(dān)任，監(jiān)督“教”“學(xué)”并引導(dǎo)教師提高教學(xué)水平和指導(dǎo)學(xué)生提升學(xué)習(xí)效率。高校成立專門的教學(xué)督導(dǎo)隊(duì)伍，督導(dǎo)人員通過隨機(jī)聽課、跟蹤聽課、觀摩教學(xué)、教學(xué)檢查等形式參與實(shí)踐教學(xué)，對教學(xué)質(zhì)量進(jìn)行評價，并及時將評價意見反饋給師生，指出存在問題，提出改進(jìn)建議，幫助教師和學(xué)生增強(qiáng)“教”“學(xué)”效果。

在繼電保護(hù)中，光纖復(fù)用技術(shù)主要用于傳輸保護(hù)信號和故障信息。傳統(tǒng)的繼電保護(hù)系統(tǒng)需要使用多條獨(dú)立通道來傳輸不同的保護(hù)信號，造成光纖資源的浪費(fèi)。而光纖復(fù)用技術(shù)可以將多個保護(hù)信號通過一條光纖傳輸，節(jié)省了光纖資源，提高了系統(tǒng)的可靠性和經(jīng)濟(jì)性[6]。此外，光纖復(fù)用技術(shù)還可以實(shí)現(xiàn)對保護(hù)信號的監(jiān)測和調(diào)度，提高了繼電保護(hù)系統(tǒng)的運(yùn)行效率。

2.2 SDH光傳輸設(shè)備的基本原理

繼電保護(hù)光纖復(fù)用技術(shù)是一種將繼電保護(hù)信號通過光纖傳輸?shù)募夹g(shù)，它可以有效解決傳統(tǒng)繼電保護(hù)系統(tǒng)中存在的信號干擾、傳輸距離受限等問題。而SDH 光傳輸設(shè)備作為繼電保護(hù)光纖復(fù)用技術(shù)的關(guān)鍵組成部分，具有重要的作用。

SDH（Synchronous Digital Hierarchy） 光傳輸設(shè)備是一種同步數(shù)字層次傳輸技術(shù)，它基于光纖傳輸介質(zhì)，通過光電轉(zhuǎn)換和數(shù)字調(diào)制等技術(shù)，將繼電保護(hù)信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，并通過光纖進(jìn)行傳輸。SDH 光傳輸設(shè)備采用同步傳輸?shù)姆绞?，能夠?qū)崿F(xiàn)高速、可靠的信號傳輸，具有很高的抗干擾能力和傳輸距離受限小的特點(diǎn)。在繼電保護(hù)光纖復(fù)用技術(shù)中，SDH 光傳輸設(shè)備起到了連接繼電保護(hù)設(shè)備和光纖傳輸網(wǎng)絡(luò)的橋梁作用，能夠?qū)⒗^電保護(hù)信號傳輸?shù)竭h(yuǎn)距離的終端設(shè)備，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控和控制[7]。

SDH 光傳輸設(shè)備的應(yīng)用廣泛，不僅可以用于繼電保護(hù)系統(tǒng)中，還可以用于電力、通信、鐵路等領(lǐng)域的數(shù)據(jù)傳輸。在繼電保護(hù)光纖復(fù)用技術(shù)中，SDH 光傳輸設(shè)備可以與繼電保護(hù)設(shè)備相配合，實(shí)現(xiàn)對電力系統(tǒng)的快速故障檢測和定位，提高電力系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性[5]。同時，SDH 光傳輸設(shè)備還可以用于通信領(lǐng)域，實(shí)現(xiàn)電話、寬帶等數(shù)據(jù)的高速傳輸。在鐵路領(lǐng)域，SDH 光傳輸設(shè)備可以用于信號控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對列車運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)控和控制[8]。

2.3 光纖復(fù)用技術(shù)的基本原理

光纖復(fù)用技術(shù)是一種在光纖通信系統(tǒng)中利用一根光纖傳輸多個信號的技術(shù)。它通過在不同波長或時間上將多個信號合并在一根光纖中傳輸，實(shí)現(xiàn)了光纖資源的高效利用。光纖復(fù)用技術(shù)主要分為波分復(fù)用（Wavelength Division Multiplexing，WDM） 和時分復(fù)用（Time Division Multiplexing，TDM）兩種[9]。

波分復(fù)用是指利用不同波長的光信號傳輸多個獨(dú)立的信道。在波分復(fù)用系統(tǒng)中，光信號經(jīng)過調(diào)制器調(diào)制成不同波長的光，在光纖中傳輸，最后經(jīng)過解調(diào)器解調(diào)還原成原始信號。波分復(fù)用技術(shù)具有傳輸容量大、靈活性高、擴(kuò)展性強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于長距離光纖通信系統(tǒng)中[9]。

時分復(fù)用是指通過將多個信號按照時間片的方式分時傳輸，實(shí)現(xiàn)多個信號在同一根光纖中傳輸。在時分復(fù)用系統(tǒng)中，每個信號在不同的時間段內(nèi)傳輸，通過光開關(guān)控制信號的接收和發(fā)送時間。時分復(fù)用技術(shù)具有傳輸效率高、系統(tǒng)簡單可靠的優(yōu)點(diǎn)，適用于短距離光纖通信系統(tǒng)[10]。

光纖復(fù)用技術(shù)的應(yīng)用可以提高光纖通信系統(tǒng)的傳輸能力和資源利用率，滿足日益增長的通信需求。在繼電保護(hù)系統(tǒng)中，光纖復(fù)用技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)多個保護(hù)通道在同一根光纖中傳輸，提高通信帶寬和可靠性。同時，光纖復(fù)用技術(shù)還可以減少光纖敷設(shè)的成本和維護(hù)費(fèi)用，提高繼電保護(hù)系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性和可持續(xù)發(fā)展能力。

3 應(yīng)用案例分析

3.1 應(yīng)用場景

某電廠電力通信網(wǎng)傳輸A 網(wǎng)2011 年投運(yùn)，業(yè)務(wù)涵蓋了水情業(yè)務(wù)、自動化業(yè)務(wù)、繼電保護(hù)與安全自動裝置控制信息、電力調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)、調(diào)度會議系統(tǒng)等,承擔(dān)著某電廠安全生產(chǎn)、辦公等重要業(yè)務(wù)的基礎(chǔ)通信服務(wù)。2022 年云南電網(wǎng)規(guī)劃建設(shè)研究中心文件要求，需對地區(qū)220 kV線路進(jìn)行加強(qiáng)工程規(guī)劃建設(shè)。目前某電廠的調(diào)度傳輸A 網(wǎng)已使用了10 年之久，由于相關(guān)廠家停止了設(shè)備的更新，缺乏有效的技術(shù)支持和維護(hù)。因此，引入新技術(shù)應(yīng)用成為最終解決方案，以確保數(shù)據(jù)高效傳輸和設(shè)備的安全、可靠運(yùn)行。

3.2 技術(shù)應(yīng)用

根據(jù)地區(qū)電網(wǎng)規(guī)劃意見及電廠現(xiàn)狀得知，項(xiàng)目規(guī)劃建設(shè)后，220 kV 某電廠的電力線路情況由220 kV 開關(guān)站改接至500 kV 開關(guān)站，線路全長發(fā)生改變。目前220 kV 某電廠所使用的A 網(wǎng)SDH 光傳輸設(shè)備最小的光接口速率為STM-1（155 Mbit/s）的2 Mbit/s 電信號（E1，HDB3 碼），并不支持2 Mbit/s 光接口。由于繼電保護(hù)裝置（如PSL-603UA2-N-Z 保護(hù)裝置）只能傳輸（2Mbit/s）光，因此它們不能和SDH光傳輸設(shè)備進(jìn)行有效的聯(lián)系，必須使用光電轉(zhuǎn)換設(shè)備（如MUX2M）來有效地連接其光傳輸設(shè)備。通過MUX2M，我們可以將光信號轉(zhuǎn)換成2 Mbit/s 的電信號，并通過同軸電纜傳輸?shù)絊DH 光傳輸設(shè)備的E1 接口。然后，SDH 光傳輸裝置將這些電信號重新映射成VC-4 信號，通過電光轉(zhuǎn)換實(shí)現(xiàn)高階光信號的傳輸。如果信號傳輸過來，我們可以通過反向運(yùn)算來實(shí)現(xiàn)信號的傳輸，從而使得信號能夠被傳送給指定的繼電保護(hù)設(shè)備[11]，如圖2 所示。

圖2 繼電保護(hù)裝置和SDH光傳輸系統(tǒng)連接圖

根據(jù)圖2 分析，繼電保護(hù)裝置通過SDH 光傳輸網(wǎng)絡(luò)與對側(cè)保護(hù)裝置連接的情況，這種連接方式有8 個隱患點(diǎn)。一旦保護(hù)通道出現(xiàn)故障，就很難檢查哪個環(huán)節(jié)出了問題。必須派人到開關(guān)站兩端及發(fā)電廠側(cè)進(jìn)行聯(lián)合調(diào)整，并通過分段自環(huán)定位故障。此外，應(yīng)急維修不僅涉及通信和保護(hù)部門的工作人員，而且線路兩側(cè)屬于不同的供電公司，將導(dǎo)致需要兩個單位和四個部門或更多的人力來長時間的聯(lián)系、調(diào)試和消除故障。且繼電保護(hù)裝置不能直接與SDH 光傳輸設(shè)備連接，接口標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一，協(xié)議編碼轉(zhuǎn)換過多，這些是影響繼電保護(hù)通道可靠性的主要因素[12]。

所以，解決220 kV 某電廠安全可靠運(yùn)行的關(guān)鍵是：減少中間光電轉(zhuǎn)換設(shè)備、優(yōu)化繼電保裝置業(yè)務(wù)和SDH 光傳輸設(shè)備連接方式[13]，如圖3 所示。

圖3 繼電保護(hù)裝置和SDH光傳輸設(shè)備通過2M光接口直連

3.3 應(yīng)用效果

1）繼電保護(hù)光纖復(fù)用技術(shù)的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了地區(qū)電網(wǎng)對電力系統(tǒng)中各個繼電保護(hù)設(shè)備的監(jiān)控和管理。在傳統(tǒng)的電力系統(tǒng)中，對繼電保護(hù)設(shè)備的監(jiān)控和管理往往需要人工進(jìn)行，效率低下且容易出現(xiàn)人為錯誤。而繼電保護(hù)光纖復(fù)用技術(shù)的應(yīng)用可以實(shí)現(xiàn)對繼電保護(hù)設(shè)備的遠(yuǎn)程監(jiān)控和管理。通過光纖的傳輸和復(fù)用，可以將各個繼電保護(hù)設(shè)備的狀態(tài)信息實(shí)時傳輸?shù)奖O(jiān)控中心，監(jiān)控人員可以通過監(jiān)控中心對繼電保護(hù)設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控和管理，大大提高了監(jiān)控的效率和準(zhǔn)確性。

2）通過對繼電保護(hù)光纖復(fù)用技術(shù)的應(yīng)用，與傳統(tǒng)電接口方式相比，其通信接口屏、DDF數(shù)字配線架以及光傳輸網(wǎng)2M 端子板等節(jié)點(diǎn)設(shè)備設(shè)施減少，不僅有效節(jié)省了機(jī)房屏位空間，簡化了電網(wǎng)業(yè)務(wù)信號的編解碼環(huán)節(jié)，減少了設(shè)備連接線纜的數(shù)量，而且還解決了保護(hù)業(yè)務(wù)的光電轉(zhuǎn)換設(shè)備不能遠(yuǎn)程網(wǎng)管監(jiān)控的問題，不會因中間線纜或光電轉(zhuǎn)換裝置發(fā)生故障而影響系統(tǒng)業(yè)務(wù)。

3）使各廠家之間保護(hù)裝置實(shí)現(xiàn)有效互通，打破原有技術(shù)壁壘，提高通道可靠性，推進(jìn)設(shè)備國產(chǎn)化，節(jié)約投資，專業(yè)運(yùn)維界面更加清晰，增加電力系統(tǒng)間業(yè)務(wù)通道保障的靈活性，優(yōu)化電力通信網(wǎng)絡(luò)環(huán)境。

3.4 經(jīng)濟(jì)效益

由于新技術(shù)的應(yīng)用，減少了人力資源的投入，降低了通信設(shè)施成本和維護(hù)成本，提高了資金利用效率。同時，地區(qū)電網(wǎng)通過對發(fā)電廠的實(shí)時監(jiān)控和數(shù)據(jù)分析，能夠及時獲取發(fā)電廠的運(yùn)行狀態(tài)，提高發(fā)電效率和能源利用率，進(jìn)一步減少了成本，獲得了良好的經(jīng)濟(jì)效益。

2022-2023 年，繼電保護(hù)光纖復(fù)用技術(shù)在某電廠獲得應(yīng)用，并順利投運(yùn)，完成了南方電網(wǎng)云南紅河地區(qū)電網(wǎng)的應(yīng)用先例。

4 結(jié)束語

本文研究了繼電保護(hù)光纖復(fù)用技術(shù)的應(yīng)用，并對研究結(jié)果進(jìn)行了總結(jié)和歸納。通過對相關(guān)文獻(xiàn)的綜述和實(shí)證研究，我們得出以下結(jié)論：

首先，光纖復(fù)用技術(shù)可以大大提高繼電保護(hù)的傳輸能力。傳統(tǒng)的繼電保護(hù)系統(tǒng)通常使用銅纜進(jìn)行信號傳輸，但銅纜的傳輸能力有限，無法滿足現(xiàn)代電力系統(tǒng)中龐大信號量的要求。而光纖復(fù)用技術(shù)可以將多個信號同時傳輸，大大提高了信號的傳輸能力。例如，通過使用波分復(fù)用技術(shù)，可以將多個信號同時傳輸在一個光纖上，從而節(jié)省了大量的傳輸資源。這使得繼電保護(hù)系統(tǒng)能夠同時處理多個故障信號，提高了系統(tǒng)的響應(yīng)速度和處理能力。

其次，光纖復(fù)用技術(shù)還可以提高繼電保護(hù)的可靠性。在傳統(tǒng)的繼電保護(hù)系統(tǒng)中，信號傳輸過程中容易受到外界干擾和電磁干擾的影響，從而導(dǎo)致信號的傳輸質(zhì)量下降。而光纖復(fù)用技術(shù)采用的是光信號傳輸，不受外界電磁干擾的影響，可以保證信號的傳輸質(zhì)量和穩(wěn)定性。此外，光纖復(fù)用技術(shù)還具有較低的傳輸損耗和較長的傳輸距離，可以在繼電保護(hù)系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離傳輸，提高了系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性。

最后，光纖復(fù)用技術(shù)還可以提高繼電保護(hù)系統(tǒng)的可擴(kuò)展性。隨著電力系統(tǒng)的不斷發(fā)展和擴(kuò)大，繼電保護(hù)系統(tǒng)的規(guī)模也會逐漸增大。而傳統(tǒng)的繼電保護(hù)系統(tǒng)往往需要大量的傳輸資源和設(shè)備來滿足系統(tǒng)的擴(kuò)展需求，增加了系統(tǒng)的成本和復(fù)雜性。而光纖復(fù)用技術(shù)可以通過在現(xiàn)有光纖網(wǎng)絡(luò)中增加光纖復(fù)用設(shè)備，實(shí)現(xiàn)對繼電保護(hù)系統(tǒng)的擴(kuò)展，節(jié)省了傳輸資源和設(shè)備的使用，降低了系統(tǒng)的成本和復(fù)雜性。

綜上所述，繼電保護(hù)光纖復(fù)用技術(shù)的應(yīng)用具有重要的現(xiàn)實(shí)意義和理論價值。一方面，光纖復(fù)用技術(shù)的應(yīng)用可以提高繼電保護(hù)的傳輸效率和抗干擾能力，保證電力設(shè)備的安全運(yùn)行。另一方面，研究繼電保護(hù)光纖復(fù)用技術(shù)的應(yīng)用探究，有助于深入理解光纖復(fù)用技術(shù)在繼電保護(hù)領(lǐng)域中的作用機(jī)制和應(yīng)用特點(diǎn)，為繼電保護(hù)技術(shù)的進(jìn)一步創(chuàng)新和發(fā)展提供理論指導(dǎo)和實(shí)踐依據(jù)。