在500 kV的输电线路中继电保护通常采用纵联差动保护。纵联差动保护是指利用某种通信方式，将被保护的输电线路两端的继电保护装置建立起纵向的联系，当电力系统发生故障时，配置在每段输电线路上的继电保护装置对两端送来的电气量进行同一时刻的比较。通过对电气量的比较，来判断故障发生在保护装置保护的区域内还是区域外，以决定继电保护装置是否执行动作^[1]。

目前纵联保护装置与光纤通信系统的连接并非直接连接，而是通过光电转换装置连接在一起的，实际应用中发现这样的连接方式存在一些问题如光电转换装置的供电、接地问题有可能引起保护装置误动或拒动，从而降低保护装置的可靠性。

1 几种常见的继电保护通信方式 1.1 导引线通信

导引线通信是指利用二次线缆将输电线路两侧的继电保护装置发出的信号以导引线为信号通道，将两端继电保护装置联系起来，在导引线中传输继电保护信号。导引线通信需要重新架设新的电缆，其投资规模的大小与线路长度呈正相关。在110 kV及中性点接地的系统中，发生接地故障时地中电流会引起地电位升高，从而产生感应电压，这样可能会引起继电保护装置的误动或拒动，严重时甚至会威胁到继电保护装置和运维人员的人身安全^[2]。

在导引线中直接传输的继电保护信号为交流电量，又因导引线本身就存在的电阻和分布式电容这将会对继电保护信号的传输产生影响，从而影响到继电保护装置的可靠性，这在技术上限制了采用导引线作为保护通道在长线路中的使用。因此导引线保护通道的方式不会在超高压输电线路保护中使用。

1.2 载波通信

载波通信是利用已经存在的输配电线线路、收发信机、整合信号加工设备构成的一种有线通讯方式，它以输配电线路为继电保护信号的传输通道。以载波通道构成的输电线路保护有时候也被称之为高频线路保护。当单独使用一台收发信机时被称为专用保护方式。高频保护也可以采用音频接口接到通信载波机上，与远动通信复用收发信机，这种方式被称之为复用方式^[3]。

载波通道它直接利用已有的输配电线路作为信号的传输通道，减少了在传输通道方面的投资。这种保护通道方式在20世纪80年代被广泛使用^[4]。

载波通信的缺点如下：

1) 载波通信是直接采用的输配电线路作为继电保护信号的传输通道，在通道中所传输的信号为交流电信号，很容易受到各种强电磁的干扰，对传输的信号质量产生影响，从而造成继电保护装置的误动或拒动。

2) 根据运维经验，收发信机的故障率偏高，这将会直接影响到保护的可靠性。

3) 受自然环境的影响较大，载波通信中需要在输配电线路上加装阻波器在风大时阻波器容易摆动对传输的信号造成影响，从而造成线路跳闸，这是一个不可忽视的安全隐患。

因此，载波通信方式在过去的方向纵联保护中广泛使用，但是现在已经不是首选的继电保护通道方式。

1.3 微波通道

微波通信是一种无线通信方式，它是由天线、连接线缆、收发信机构成。它采用的频率范围是300 MHz~300 GHz即对应的波长在1 mm~1 m之间的电磁波。电力系统微波通信系统的专用频段为2 000 MH、6 000~8 000 MHz。

在电力系统中微波通道与输配电线路不发生直接的联系，当输电线路本身发生故障时不会对微波通信系统的通道产生影响。同时微波通信也是一种多路通信系统，它可以提供足够的通信信道，可以解决继电保护通道拥挤的问题。但是微波通信在空中传输容易受到天气的影响，噪声干扰严重且通道稳定性较差。山东地区目前没有500 KV输电线路保护采用微波通道^[4]。

1.4 光纤通信

本世纪初，光纤通信技术的发展就已经趋于成熟。由于光纤通信技术有着其它通信方式无法比拟的抗干扰性、可靠性、稳定性、整定维护简便的优势。目前，光纤保护通道已经成为继电保护通道的首选方式^[5]。

光纤通信的优势如下：

1) 在光纤中传输的光信号的质量很高，误码率较低。根据光纤纵联差动保护的技术要求继电保护通道的误码率最高不超过10^-7，而目前光纤通道所能提供的通道误码率在10^-9 ~10^-11之间，这可以很好的满足光纤纵联保护对通道误码率的要求。为通信设备正常工作提供了良好的通信通道条件。

2) 光纤通信，在单位时间内传输的信息量大。这样可以满足输电线路两端继电保护装置信号交换对时间的要求。从而大大提高继电保护装置动作的正确率和可靠性。

3) 光纤的抗干扰能力强。光信号可以有效防御雷电、电力系统故障时产生的电磁干扰，因此光纤通信更适合用于继电保护的通信。

2 光纤通信与继电保护装置配合方式 2.1 专用光纤通信

专用光纤通信是指采用专用纤芯或专用光缆中供继电保护使用的两根光纤，电力系统中专用光纤通信一般适合用于长度不大于50 km的线路中。在专用光纤通信中，传输的继电保护信号为光信号是没有经过光电转换装置MUX-2M的转换，传输的过程相对直接，但是纤芯利用率较低，每条线路保护就占用了两根纤芯。如图 1所示采用专用光纤方式的连接方式^[6]。

2.2 复用光纤通信

在电力系统继电保护通信中，目前使用比重最大的为复用光纤通信方式，光纤差动保护装置输出的继电保护信号为光信号，需要通过光电转换装置MUX-2M把光信号转换为电信号，如图 2 MUX-2M光电转换装置原理图。

配置在保护小室中的继电保护装置发出的保护信号为光信号，需要转换成电信号与通信机房中的数字复用接口设备PCM相连接，通过SDH设备及复用通道与对侧继电保护装置互连。这主要包括复用64k bit/s和2M bit/s两种方式，在长度大于50 km的输配电线路上一般都采用复用光纤的通信方式，这种通信方式与专用光纤通信方式相比较具有更高的通道利用效率^[7-10]。

目前在山东电网500 kV的输电线路中继电保护通道采用的是复用2M bit/s线路保护方式，继电保护通道由同步数字系列(SDH)光传输网提供。在每条输电线路上同时配置两套原理不同或者生产厂家不同的继电保护设备互为后备保护，为避免因通信通道故障造成继电保护设备Ⅰ和Ⅱ的误动或拒动，应当在重要的输配电线路上采用两个不同的通信路由、不同传输设备的复用光纤保护通道，连接方式如图 3所示。

由图 3可以看出目前的光纤纵联差动保护装置与光纤通信系统的连接并非直接连接，而是通过光电转换装置MUX-2M连接在一起的，在实际应用中发现这样的连接方式存在一些问题：如光电转换装置的供电、接地问题有可能引起保护装置误动或拒动，从而降低保护装置的可靠性。保护装置发出的信号起初为光信号，经过光电转换装置转换成电信号，然后又经过SDH设备把电信号再转换为光信号，最后光信号通过光纤被传到对侧。这样的多次转换不仅增加了信号的出错机率，同时也增加了信号的延时，对保护装置的可靠性和速动性产生了不利的影响。另外，在该方案中光电转换装置MUX-2M被设置在通信机房中，挤占了通信机房本来就狭小的空间，继电保护部门对其进行日常维护也不方便。

3 优化方案

从继电保护设备的改进与SDH设备之间的通信接口的角度分析，继电保护专业与信通专业将有以下两种改进方案。

3.1 方案一:研发标准统一的2M bit/s光接口

采用相同标准的数据传输协议，研发出接口统一、适合用于继电保护设备2M bit/s光接口与SDH设备直接连接的接口，实现继电保护装置2M bit/s的光接口与通信机房中的SDH设备直接连接，减少中间转换环节。

目前所使用的SDH设备没有2M bit/s光接口，因此这才不得不使用复用光纤保护方式，这中间需要采用大量继电保护通信接口设备，这会增加通道传输信号的时间，同时也会降低传输通道的可靠性。目前国内各继电保护生产厂家所生产的继电保护装置的通信编码格式、接口速率等不一致，与通信传输设备的2M bit/s接口不能实现互联互通。为更好的实现电力系统通信，电力系统可以定义一个2 M bit/s光通信接口协议，让继电保护设备厂家和SDH设备厂商生产兼容此协议的设备，使得继电保护设备输出的光信号能直接与SDH设备连接，如图 3所示。2M bit/s光接口标准可参照G.703E1接口协议^[7-9]。

方案一中提出的解决方法，可以解决因站内继电保护装置与光电转换器MUX-2M之间的光纤中断、传输设备光口与数字配线架之间的尾纤故障、通信接口PCM设备与光电转换之间的音频线缆故障以及光电转换设备电源失电和接地问题而引起的继电保护装置的拒动或误动等问题。对提高继电保护装置的安全性和可靠性具有十分重要的意义。

该方案提出的是一种新的2M bit/s光接口协议，并且要求继电保护设备厂家和传输设备厂家都要基于新的传输协议来开发新接口，研发的难度较大，周期也会较长。

3.2 方案二:SDH通信设备延伸

方案二是从通信设备方面考虑，在继电保护小室中设置一个小容量SDH光通信传输设备，现在继电保护装置使用的都是2M bit/s光接口与小容量SDH传输设备相连接，继电保护小室中的小容量SDH通过STM-n光接口与通信机房光传输设备相连接，以支路形式接入到光传输网将保护信号送至对侧继电保护设备，如图 5所示，在继电保护小室中设置小容量SDH设备。

该方案只需要在各继电保护设备厂家生产的继电保护装置中集成一个2M bit/s电接口，实施难度较小。SDH传输设备具有网络自愈和监管能力，而且产品成熟度高、可靠性好，可以解决目前继电保护装置通信接口所存在的问题，因此是一种比较好的方案。目前，小容量光传输设备价格与继保通信接口装置相比具有一定的价格优势，在每个继电保护设备小室中放置两台光传输设备冗余使用就能够很好的满足继电保护装置的可靠运行，另外，小容量的光传输设备的体积比继电保护通信接口装置的体积小的多，这样就可以与其它设备组装在一个机柜中，节约日趋紧张的机房空间。

把光电转换装置MUX-2M由通信机房迁移至保护小室节约了通信机房日趋紧张的空间，光电转换装置与继电保护装置集成在一起减少了因断缆引起的继电保护装置的误动或拒动。同时也减小了工程设备的投资和运维单位的压力。

4 结论

针对山东电网500 kV输电线路光纤纵联保护通道所存在的问题，提出了两种解决方案。方案一需要电力部门提出一种新的2M bit/s光接口标准，并且要求继电保护设备厂商和传输设备厂家共同开发符合新接协议的设备，研发难度较大，周期较长。但是该方案可以解决因接地，光电转换装置供电问题引起的误动和拒动，对提高继电保护装置运行的可靠性具有重要意义。方案二从技术角度上看实施难度较小，但是把小容量的SDH光传输设备放在继电保护室中容易受到强电磁干扰，对设备安全运行的可靠性会产生一定的影响。