高頻微波及載波通道目前正在逐年的淘汰中，因此我們主要介紹主流的光纖通道，光纖通道傳送的信號頻率在10¹⁴左右。光纖通信的原理是在發(fā)送端首先要把傳送的信息變成電信號，然后調制到激光器發(fā)出的激光束上，使光的強度隨電信號的幅度(頻率)變化而變化，并通過光纖發(fā)送出去；在接收端，檢測器收到光信號后把它變換成電信號，經解調后恢復原信息。光纖通信原理圖如圖2所示。

圖2 光纖通信原理圖

1.光纖的基本型式

光纖有三種基本型式：

（1）多模（折射率）階躍式，簡稱多模階躍式，數據傳輸速率較低，只能用于短距離數據傳輸，優(yōu)點是直徑較大，機械強度大，光源和光纖的對準比較容易；

（2）多模（折射率）漸變式，簡稱多模漸變式，可用于中等距離、中等信號速率的數據傳輸；

（3）單模（折射率）階躍式，簡稱單模階躍式，有效地消除了色散現象，可用于遠距離高數據速率的傳輸，缺點是光纖太細，機械強度較小，需要非常精密的光源與光纖對準工具。

所謂階躍式是指光纖芯中和包層中光的折射率都是均勻分布的，而漸變式是指在光纖芯中從軸線沿著徑向方向折射率逐漸減少。多模是指可傳送多束光線，單模則指沿軸線傳送一束光線。

2.五種光纜敷設的方法

（1）包在架空地線的鋁絞線內，稱為架空地線復合光纜OPGW；

（2）用金屬絲捆在架空地線上；

（3）埋在沿線路的電纜溝中；

（4）用掛環(huán)掛在輸電線導線或架空地線導線上；

（5）專門敷設平行于輸電線的架空光纜線路。

以上五種光纜敷設方法中，第一種方法最好，在我國都已得到大量應用。光纖通道用于50-70km以下的短距離輸電線時，不需要中繼站，而且沒有過電壓、電磁干擾等問題。對于其他長距離的輸電線路，只需要每經過50-70km設立一個中繼站。同時，光纖通信是單方向的，發(fā)送和接受各用一根光纖。因光纖通信容量大，也可與其他通信部門復用。

輸電線的縱聯差動保護是用某種通信通道將輸電線兩端的保護裝置縱向連接起來，將各端的電氣量(電流、功率的方向等)傳送到對端，比較兩端的電氣量，以判斷故障在本線路范圍內還是在線路范圍外，從而決定是否跳閘。因此，從理論上講這種縱聯差動保護有絕對的選擇性。比較不同的電氣量構成不同原理的縱聯保護。目前，光纖縱聯電流差動保護得到了廣泛的應用。

光纖縱聯電流差動保護工作原理：在圖3 (a)所示的系統(tǒng)圖中，設流過兩側保護的電流為、其方向如圖中箭頭所示。以兩側電流的相量和作為繼電器的動作電流

該電流有時也稱作差動電流，另以兩側電流的相量差作為繼電器的制動電流

圖3 縱聯電流差動保護原理圖

(a)系統(tǒng)圖；(b)動作特性圖；(c)內部短路；(d)外部短路

縱聯電流差動繼電器的動作特性一般如圖3 (b)所示，陰影區(qū)為動作區(qū)。這種動作特性稱作比率制動特性。圖中為差動繼電器的啟動電流，為制動系數。圖3 (b)的動作特性以數學形式表述為

當線路內部短路時，如圖3 (c)所示，兩側電流的方向與規(guī)定的正方向相同。根據基爾霍夫電流定理

故

此時動作電流等于短路點的電流，動作電流很大。

制動電流較小，小于短路點的電流，差動繼電器動作。當線路外部短路時，、中有一個電流反相。例如在圖3 (d)中，流過本線路的是短路電流，則

因而，動作電流

制動電流

此時動作電流是零，制動電流是2倍的短路電流，制動電流很大，因此差動繼電器不動作。所以這樣的差動繼電器可以區(qū)分線路外部短路(含正常運行)和線路內部短路。繼電器的保護范圍是兩側TA之間的范圍。

輸電線路縱聯電流差動保護中所用的差動繼電器的動作特性如圖3 (b)所示的比率制動特性。輸電線路縱聯差動保護的原理接線圖如圖4 所示。

圖4 輸電線路縱聯差動保護的原理接線圖

（a）區(qū)內故障時的情況；（b）正常運行或區(qū)外故障時的情況

利用輸電線路兩端功率方向相同或相反的特征可以構成方向比較式縱聯保護。如大家熟悉的南瑞RCS-901保護裝置，當系統(tǒng)中發(fā)生故障時，兩端保護的功率方向元件判別流過本端的功率方向，功率方向為負者發(fā)出閉鎖信號，閉鎖兩端的保護，稱為閉鎖式方向縱聯保護；或者功率方向為正者發(fā)出允許信號，允許兩端保護跳閘，稱為允許式方向縱聯保護。

縱聯方向保護原理：比較輸電線路兩端四個方向元件的動作行為，滿足故障線路特征時保護就發(fā)跳閘命令，否則就把保護閉鎖。核心元件是方向元件的縱聯保護就稱作縱聯方向保護。

輸電線路每一端都裝有兩個方向元件：一個是正方向方向元件F+，保護方向正方向，反方向短路時不動作，一個是反方向方向元件F-，保護方向反方向，正方向短路時不動作。

如圖5中NP為故障線路，MN為非故障線路。√表示方向元件動作，×表示方向元件不動作。

圖5 線路配置有閉鎖式距離縱聯保護的電力系統(tǒng)圖

如圖5所示電力系統(tǒng)，線路全部配置閉鎖式距離縱聯保護，當在K1點(線路BC出口處)和K2點(線路CB出口處)短路時，線路AB和線路BC上保護的工作過程如下。需要注意的是，閉鎖式距離縱聯保護的工作過程需要考慮距離保護的動作情況，尤其是距離I段。閉鎖式距離縱聯保護的原理接線圖如圖6所示。

圖6 閉鎖式距離縱聯保護的工作邏輯圖

啟動元件：現在一般都采用兩相電流差的突變量啟動元件和零序電流啟動元件。動作過程以圖5的N端保護為例進行分析：

故障線路NP的N端：低定值啟動，與門1有輸出立即發(fā)信；同時高定值啟動，F+元件啟動，與門2有輸出，給與門5一個動作條件；與此同時發(fā)信機一直發(fā)信，收信機一直收到信號，一方面將與門7閉鎖，閉鎖跳閘回路，另一方面延時元件T1計延時，計滿8ms后T1有輸出，或門4有輸出給與門5另一個動作條件，與門5有輸出給與門6一個動作條件；由于F-元件不動作，與門3沒有輸出，與門6沒有被閉鎖；與門6有輸出后，一方面閉鎖與門1，與門1沒有輸出發(fā)信機停信，另一方面給與門7一個動作條件；本端信號停了以后要看對端的發(fā)信情況，對端保護的動作情況與本端一樣，所以對端在收信機收到8ms信號以后也停信，兩端都停信解除了對與門7的閉鎖；于是與門7有輸出，經T2的8ms延時發(fā)跳閘命令。

非故障線路MN的N端：低定值啟動，與門1有輸出立即發(fā)信；同時高定值啟動，F+元件不動作，與門2沒有有輸出，所以與門5沒有輸出，與門6沒有動作條件；F-元件如果動作，與門3有輸出，閉鎖與門6，與門6也不會有輸出，就不會去閉鎖與門1，與門1一直有輸出，所以N端保護一直發(fā)信、不停信。與門6沒有輸出，與門7就沒有動作條件，收信機一直收到本端信號，閉鎖與門7，所以與門7一定沒輸出，N段保護一定不會發(fā)跳閘信號。

遠方起信功能：由于某種原因N側的兩個啟動元件都未啟動（如啟動定值輸錯），M側方向元件的動作行為是F-元件不動，F+元件如果動作，8ms后停信，N側由于啟動元件未啟動而根本未發(fā)過信，于是M側收不到閉鎖信號而造成保護誤動，為避免這種誤動可設置遠方起信功能。

遠方起信條件：1）低定值啟動元件未啟動；2）收信機收到對側的高頻信號。

遠方起信動作情況：收發(fā)信機發(fā)信10s，閉鎖對側保護。

綜上所述，高頻閉鎖方向保護能發(fā)跳閘命令一定要滿足以下條件：

1）高定值啟動元件動作；只有高定值啟動元件動作后才能進入方向元件及各個邏輯功能的計算判斷；

2）F-元件不動作；

3）曾經連續(xù)收到過8ms的高頻信號；

4）F+元件動作；（同時滿足上述四個條件時去停信）

5）收信機收不到信號。（同時滿足上述五個條件8ms后即可起動出口繼電器，發(fā)跳閘命令。）

縱聯距離保護的構成原理和方向比較式縱聯保護相似，只是用阻抗元件替代功率方向元件。如大家熟悉的南瑞RCS-902保護裝置，它較方向比較式縱聯保護的優(yōu)點在于：當故障發(fā)生在保護Ⅱ段范圍內時相應的方向阻抗元件才啟動，當故障發(fā)生在距離保護Ⅱ段以外時相應的方向阻抗元件不啟動，減少了方向元件的啟動次數從而提高了保護的可靠性。

圖7 線路配置有閉鎖式距離縱聯保護的電力系統(tǒng)圖

如圖7所示電力系統(tǒng)，線路全部配置閉鎖式距離縱聯保護，當在K1點(線路BC出口處)和K2點(線路CB出口處)短路時，線路AB和線路BC上保護的工作過程如下。需要注意的是，閉鎖式距離縱聯保護的工作過程需要考慮距離保護的動作情況，尤其是距離I段。閉鎖式距離縱聯保護的原理接線圖如圖8所示。

圖8 閉鎖式距離縱聯保護的工作邏輯圖

(1)K1點短路時：

　1)線路AB上的保護l和保護2：距離保護Ⅲ段啟動發(fā)信機發(fā)出閉鎖信號；保護1的距離保護Ⅱ段動作停信，但保護2的距離保護Ⅱ段不動作(由于是反方向故障)、不停信；保護1和保護2均不動作。

2)線路BC上的保護3和保護4：距離保護Ⅲ段啟動發(fā)信機發(fā)出閉鎖信號；K1點在距離保護3的Ⅰ段動作范圍內，距離保護3的Ⅰ段和Ⅱ段均啟動，且Ⅰ段瞬時跳閘、Ⅱ段動作停信； K1點在距離保護4的Ⅱ段動作范圍內，Ⅱ段啟動停信；保護4經延時跳閘。

 (2)K2點短路時：

1)線路AB上的保護l和保護2：距離保護Ⅲ段啟動發(fā)信機發(fā)出閉鎖信號；K2點超出了保護1的距離保護Ⅱ段的保護范圍，Ⅱ段不動作、不停信；保護2的距離保護Ⅱ段也不動作、不停信；保護1和保護2均不動作。

2)線路BC上的保護3和保護4：距離保護Ⅲ段啟動發(fā)信機發(fā)出閉鎖信號；K2點在距離保護4的Ⅰ段動作范圍內，距離保護4的Ⅰ段和Ⅱ段均啟動，且Ⅰ段瞬時跳閘、Ⅱ段動作停信；K2點在距離保護3的Ⅱ段動作范圍內，Ⅱ段啟動停信；保護3經延時跳閘。

圖7所示電力系統(tǒng)故障線路與非故障線路兩端都裝有具有方向性的阻抗繼電器，只要短路點在保護范圍內阻抗繼電器都能動作。

故障線路特征：兩端的阻抗繼電器均動作；

非故障線路特征：兩端至少有一端阻抗繼電器不動作。

對縱聯距離保護的核心元件阻抗繼電器的要求：1）良好的方向性；2）阻抗繼電器應在本線路全長范圍內都有足夠的靈敏度。

對距離縱聯保護的評價：距離元件不僅帶有方向性，而且動作范圍基本上是固定的，很少受系統(tǒng)運行方式、網絡結構和負荷變化的影響。故用距離元件構成方向比較式縱聯保護可以實現多種不同的保護邏輯，用戶可根據通道的情況進行選擇，因此具有很大的優(yōu)越性，在歐美各國得到了廣泛應用，幾乎成為高壓、超高壓輸電線的基本保護方式。距離縱聯保護的缺點主要是受系統(tǒng)振蕩的影響、電壓回路故障的影響、用于有串補電容線路上整定困難以及接地距離元件受零序互感的影響等。對于這些問題，各國繼電保護工作者做了大量的研究工作，也取得了巨大成果，在一般情況下，這些問題都得到解決，但都將使保護接線復雜化。

距離縱聯保護的另一優(yōu)點是可以兼作本線路和相鄰線路的后備保護，對于常規(guī)（非微機）保護，這種優(yōu)點又帶來主保護和后備保護彼此牽制，造成維護、檢修、調試等方面的困難。但對于微機保護，主保護和后備保護可裝設在獨立的插件上，這個缺點并不嚴重。尤其是高壓、超高壓輸電線路一般要求主保護雙重化，也即必然還要有另一套保護與此裝置互為備用，則調試維護、檢修可以分別進行，不會有什么困難。因此，距離縱聯保護應是高壓、超高壓和特高壓輸電線基本的主保護和后備保護原理。