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1、1概述 光纤纵联电流差动保护是近年来发展相当快的输电线路保护之一，它借助光纤通道传送输电线路两端的信息，以基尔霍夫电流定律为依据，能简单、可靠地判断出区内、区外故障。对于线路保护来说，分相电流差动保护具有天然的选相能力和良好的网络拓扑能力，不受系统振荡、非全相运行的影响，可以反映各种类型的故障，是理想的线路主保护。光纤通信与输电线无直接联系，不受电磁干扰的影响，可靠性高，通信容量大。光纤纵联电流差动保护既利用了分相电流差动的良好判据，又克服了传统导引线方式的种种缺陷，具有其他保护无以比拟的优势，因此，近年来国内外各大公司均加强在该领域的研究开发，各自相继推出了此类保护产品。 就光纤纵差保护的应
2、用环境来说，随着国家电力工业的发展，通讯技术的日新月异，光缆及光纤设备费用的急剧下降，光纤通讯网在电力系统的架设越来越普遍。如广东目前已建成了光缆1300km，SDH（Synchronous Digital Hierarchy）站点30多个，以珠江三角洲为中心的SDH自愈环电力光纤网络。目前，许多地方都把发展光纤通信主干网作为电力通信的发展方向和重要任务，这都为继电保护所需要的稳定、可靠的数字化信息传输通道创造了有利条件。在光纤网络敷设的光缆中，除提供数据共用光纤通道接口，满足数据通信、宽带多媒体、图像信息等的需求外，还提供了继电保护专用的纤芯，这为高压输电线的电流纵联差动保护提供了复用光纤通
3、道（与SDH共用的数据通道）和专用光纤通道（利用光纤网络中继电保护用纤芯构成）。另外，由于光纤电流差动保护简单、可靠，不受线路运行方式的影响，在城网和短输电线路中大量采用。如上海电网已把采用光纤分相电流纵差保护作为电网继电保护“十五”规划的一个重要配置原则来执行，目前已投运和即将投运的光纤电流差动保护达194套。因城网中输电线大多较短，光纤芯直接接入不需附加复接设备，管理也较方便，故在城网中光纤电流差动保护以专用光纤通道方式为多。 光纤传输通道的稳定与否是光纤纵联差动保护正确工作的基础，一旦光纤传输通道发生故障，光纤纵联差动保护将不能正常工作。实际上，为提高保护装置的可靠性，当光纤传输通道发生
4、故障时，保护装置会将电流纵联差动保护自动退出。光纤通道的可靠性虽然较高，但也有损坏的可能性，如光缆断芯、熔纤质量不好、光纤跳线接头松动、光纤受潮或接头积灰导致损耗增大等。如1999年6月7日，塘镇站到机场站的2158/2159两条220kV线路光纤保护告警，故障原因是：线路龙门架上OPGW（Optical Fiber Composition Ground Wire）与站内普通光缆接线盒由于雨天受潮引起一束光纤（4根芯）衰耗增大。2000年7月20日，吴泾第二发电厂到长春站4410线的两套光纤差动保护均通道告警，原因是该线OPGW光缆中有几芯熔接质量不好，光纤调换到备用芯后恢复正常。 考虑光纤信
5、息传输通道有可能损坏，为保证高压输电线的安全运行，作为主保护的纵差保护不致由于通道故障而退出运行，确实有必要为同一套纵差保护装置配置备用光纤通道。不论采用专用光纤通道或复用通道，在工程设计中，敷设的光缆要留有一定的备用芯线，当工作的纤芯由于受潮或断芯等故障导致数据传输误码率增大或中断时，可切换到备用芯线继续进行数据通信，提高供电安全性。2光纤备用的几种方式 由于光纤差动保护的动作行为完全依赖于光纤通道，通道的安全性十分重要，应考虑通道的双重化，对于普通光缆，一般要求敷设两根光缆，且两根光缆最好不要置于一根管道中。对于OPWG光缆，安全性较高，可只配备一根光缆。考虑到经济性，在敷设的光缆中增加备
6、用纤芯是通道冗余的一种常用方法，为线路保护敷设专用光纤通道时，选择光缆时除保证主用通道所需的纤芯外，还应考虑备用通道的纤芯数。选择备用通道的纤芯数时，最好按100%后备考虑，采用一备一的方式，即一根工作纤芯应配置一根备用纤芯。例如，当一条220kV高压输电线路的两套主保护（一套主保护为分相光纤差动保护，另一套主保护为高频距离加光纤接口装置）都采用专用光纤通道传送数据时，光纤纵联电流差动保护装置的收、发讯各占一根纤芯，高频距离保护的光纤接口装置的收、发讯也各占一根纤芯，则两套保护共需4根工作纤芯，当采用一备一方式时，应有4根备用纤芯，因此至少应选择8芯光缆。 当纵联电流差动保护装置采用复用光纤通
7、道方式进行通信时，也应考虑备用通道的问题。当复用通道为光纤通道时，可利用光缆中预留给继电保护的芯线或备用芯线，构建专用光纤通道作为复用通道方式的备用。当复用通道或复用设备故障时，可切换至专用光纤通道方式工作。实际上，当光纤专用通道和复用通道同时具备时，由于复用通道要求设备多，故障几率大，而专用通道简单、中间环节少、可靠性较高，可作为主用通道，当专用通道故障时，自动切换到复用通道。这样，既保持了专用通道的可靠性，又利用了复用通道SDH自愈环的优越性。3备用光纤通道的切换方法 备用光纤通道的切换可以手动切换，也可自动切换。手动切换简单，不需额外设备，但切换需人工干预，所需时间也较长,适用于一般输电
8、线路的保护。自动切换需采用专用的通道切换设备或具有通道切换功能的通道接口，自动切换所需时间短，主要用于超高压输电线路或重要的联络线保护上。 1)手动切换方案 在工程实际中，现场敷设的光缆需经光缆终端箱，通过溶纤工序和尾纤熔接在一起，然后由尾纤直接或经光缆终端箱上的法兰盘和光纤跳线接至保护装置的光纤接口。施工时，往往是熔纤后主用通道的尾纤和备用通道的尾纤捆放在一起，需用哪个通道则将哪个通道的尾纤接至保护装置。这样做，不但尾纤容易折断，通道易混淆，而且操作也十分不便。针对此种情况，我们对光缆终端箱进行了设计改进，不但考虑了备用通道的切换，还考虑了开关旁代时通道切换的需要。下面给出一种改进的光缆终端
9、箱的方案，这些方案可满足开关旁代切换的要求。 目前，光纤电流纵联差动保护装置（如CSL 103系列电流纵联差动保护装置，LFP 931光纤差动保护装置）均有光纤通道监视功能，保护装置实时显示数据传送的错帧数或误码率，一旦错误的数据帧或误码率大于某一限定值，装置会自动告警，提示相关人员进行处理，检查光纤传输通道，如确认工作光纤通道故障，则切换至备用通道。 所提出的通道切换方式的工作原理如下，在工作开关投入运行的情况下，A经光纤跳线接至C，A经光纤跳线接至C（参见图1），此时工作开关利用光缆主用通道纤芯传送数据；光纤电流差动保护装置运行时若主用通道纤芯故障，保护装置发通道告警信号，通知相关人员进行
10、处理，断开AC，AC连接，将AD，AD用光纤跳线接通（见图2），此时工作开关利用光缆备用通道纤芯继续传送数据；在旁代开关投入运行，工作开关退出时，A经光纤跳线接至C，A经光纤跳线接至C（图3），此时旁代开关利用光缆主用通道纤芯进行数据通信；当光缆主用通道纤芯故障，同样保护装置发通道告警信号，通知相关人员进行处理，断开BC，BC连接，将BD，BD用光纤跳线连接（图4），此时旁代开关则利用光缆备用通道纤芯继续进行数据通信。 以上工作开关和旁代开关的切换实际上是保护装置光端机的切换。 2) 自动切换方案 自动切换则是在保护装置检测到主用通道通信异常时，自动将主用通道切换到备用通道。要实现传输通道的自
11、动切换，需增加切换模块和光端机等设备。通道切换的具体实现手段有电路切换、软件切换和光路切换三种方法。 电路切换时，同一套保护装置要求通信接口有切换电路和两套光端机，图5给出了一个通道电路切换的原理框图。 主用通道正常时，保护装置通过工作光纤通道传送数据信息，当通信模块（通信CPU或保护CPU中通信子程序）检测到数据通信异常（收不到信号或通信误码率高）时，发出切换信号，控制切换电路将通信通道切换到备用光纤通道上，同时，发送远方命令，通知对侧的切换电路也切换到备用光纤通道上，从而实现了主用通道、备用通道的互为热备用。在以上切换时，要注意的是当备用通道为复用通道时，由于利用复用通道通信时取系统同步时
12、钟，故通信模块需发主/从时钟切换控制信号，让通信接口切换到从时钟方式。 软件切换则不在通信接口中增加切换电路，而是在通信模块原有的硬件资源上编制切换软件程序来进行通道切换。采用该方法进行通道切换时，同一套保护装置要求两个相同的通信接口，即两个光端机和两套码型变换等电路。两套通信接口电路同时工作，传送同样的数据信号给通信模块。通信模块同时收到两路数据信号，利用其中一路数据信号作为主用数据信号。当通信模块检测到该路通道数据消失或误码率高（CRC校验）时，自动取用另一路数据信号。图6给出软件切换所需的双通信通道原理框图。 两个通道的数据分别存放在两个缓冲区中，通信模块分别对它们进行CRC校验以检查两
13、个通道的通信状况，两个通道的数据互为备用，当某个通道的数据帧丢失时，可直接从缓冲区取用相应帧的数据信息，因而避免数据重发，提高通信效率。 光路切换是利用光路切换开关在工作通道的纤芯和备用通道纤芯之间进行切换的方法。常用的光路切换器件是光开关（OPTICAL SWITCH）。光开关是一种具有一个或多个可选择的传输端口，可对光传输线路或集成光路中的光信号进行相互转换或逻辑操作的器件。光开关在通信领域中常作光路切换用。光开关能直接通断、切换和转换光信号通路，它为主、备用光通道系统之间进行通道自动切换提供了简单、经济的手段。 光开关分为机械式光开关和电子式光开关。机械式光开关以机械方式驱动光纤和棱镜等
14、光学器件进行光路转换；电子式光开关利用电光和声光效应来切换光路。由于电子式光开关无机械惯性，响应速度快，缺点是插入损耗大，价格高。目前常用的光开关多为机械式的。虽然机械式光开关切换时间较长，但主损耗低，串扰小，且价格低廉，使用也十分方便。 图7给出了棱镜移动式机械光开关的动作原理。 使用自聚焦透镜的1X2机械式光开关（如图7示），是用一个棱镜和两个带有光纤的自聚焦透镜组成，当棱镜向上移动时，中心光纤1和光纤2耦合；当棱镜向下移动时，中心光纤1和光纤3耦合。棱镜的移动，则依靠电磁驱动或微型电机驱动，其控制信号可为电平或继电器触点。表1给出了某机械式光开关的主要技术参数 光开关的最大优点是信号可在
15、光上直接转化应用，用它实现光纤电流差动保护通信通道的自动切换，不但简单可靠，而且大大简化了系统的结构。现有的光纤电流差动保护装置可以不做任何改动，外加一个光开关模块即可实现主备用通道的自动切换。图8给出了利用1X2光开关进行通道切换的原理框图。 在该系统中，保护装置和光缆终端箱之间装有光开关模块，利用光纤电流差动保护装置的通道告警触点作为光开关模块的切换控制信号。一旦主通道的光缆纤芯故障，保护装置发出通道告警信号（TDGJ），该告警信号转换成高电平控制光开关模块动作，将光路自动切换到备用纤芯上。一侧光路进行切换时，无须保护装置向对侧传送同时告警信号，因为一旦光纤通道故障，对侧保护装置也同样发出
16、通道告警信号，同时控制对侧光开关模块对光路进行切换。为方便通道的校对调整，该电路中增加了手动调整按钮。4结语 针对输电线光纤纵联电流差动保护主通道和备用通道的切换问题，提出了光纤通道备用的几种方式，给出了通道的手动切换和自动切换的几种方案。本文给出的几种不同的切换方案，通道的硬件冗余程度各不相同，软件自动切换硬件冗余最多，实际上是两个光纤数据通道同时工作，相对于其他方法，可靠性最高，但花费代价也最高；光路自动切换采用光开关在电讯领域里已有产品，因其简单、有效、成本低，具有应用和推广价值。测量学模拟试卷一、 单项选择题（每小题1 分，共20 分）在下列每小题的四个备选答案中选出一个正确的答案，并
17、将其字母标号填入题干的括号内。得分评卷人复查人1经纬仪测量水平角时，正倒镜瞄准同一方向所读的水平方向值理论上应相差（A ）。A 180 B 0 C 90 D 2702. 1：5000地形图的比例尺精度是（ D ）。A 5 m B 0.1 mm C 5 cm D 50 cm 3. 以下不属于基本测量工作范畴的一项是（ C）。A 高差测量 B 距离测量 C 导线测量 D 角度测量4. 已知某直线的坐标方位角为220，则其象限角为（D ）。A 220 B 40 C 南西50 D 南西405. 由一条线段的边长、方位角和一点坐标计算另一点坐标的计算称为（A ）。A 坐标正算 B 坐标反算 C 导线计算
18、 D 水准计算6. 闭合导线在X轴上的坐标增量闭合差（ A ）。A为一不等于0的常数 B 与导线形状有关 C总为0 D 由路线中两点确定7. 在地形图中，表示测量控制点的符号属于（D ）。A 比例符号 B 半依比例符号 C 地貌符号 D 非比例符号8. 在未知点上设站对三个已知点进行测角交会的方法称为（A ）。A 后方交会 B 前方交会 C 侧方交会 D 无法确定9. 两井定向中不需要进行的一项工作是（C ）。A 投点 B 地面连接 C 测量井筒中钢丝长度 D 井下连接10. 绝对高程是地面点到（ C ）的铅垂距离。A 坐标原点 B任意水准面 C 大地水准面 D 赤道面11下列关于等高线的叙述
19、是错误的是：（A ）A 高程相等的点在同一等高线上B 等高线必定是闭合曲线，即使本幅图没闭合，则在相邻的图幅闭合C 等高线不能分叉、相交或合并D 等高线经过山脊与山脊线正交12下面关于非比例符号中定位点位置的叙述错误的是（B ）A几何图形符号，定位点在符号图形中心B符号图形中有一个点，则该点即为定位点C宽底符号，符号定位点在符号底部中心D底部为直角形符号，其符号定位点位于最右边顶点处13下面关于控制网的叙述错误的是（D ）A 国家控制网从高级到低级布设B 国家控制网按精度可分为A、B、C、D、E五等C 国家控制网分为平面控制网和高程控制网D 直接为测图目的建立的控制网，称为图根控制网14下图为
20、某地形图的一部分，各等高线高程如图所视，A点位于线段MN上，点A到点M和点N的图上水平距离为MA=3mm，NA=2mm，则A点高程为（A ）ANM373635A 36.4m B 36.6m C 37.4m D 37.6m100301303010030DCBA15如图所示支导线，AB边的坐标方位角为，转折角如图，则CD边的坐标方位角为（ B ）A B C D16三角高程测量要求对向观测垂直角，计算往返高差，主要目的是（D ）A 有效地抵偿或消除球差和气差的影响B 有效地抵偿或消除仪器高和觇标高测量误差的影响C 有效地抵偿或消除垂直角读数误差的影响D有效地抵偿或消除读盘分划误差的影响17下面测量读
21、数的做法正确的是（ C ）A 用经纬仪测水平角，用横丝照准目标读数B 用水准仪测高差，用竖丝切准水准尺读数C 水准测量时，每次读数前都要使水准管气泡居中D 经纬仪测竖直角时，尽量照准目标的底部18水准测量时对一端水准尺进行测量的正确操作步骤是（ D ）。A 对中-整平-瞄准-读数 A 整平-瞄准-读数-精平C 粗平-精平-瞄准-读数 D粗平-瞄准-精平-读数19矿井平面联系测量的主要任务是（ D ）A 实现井上下平面坐标系统的统一 B 实现井上下高程的统一C 作为井下基本平面控制 D 提高井下导线测量的精度20 井口水准基点一般位于（ A ）。A 地面工业广场井筒附近 B 井下井筒附近C 地面
22、任意位置的水准点 D 井下任意位置的水准点二、 填空题（每空2分，共20分）得分评卷人复查人21水准测量中，为了进行测站检核，在一个测站要测量两个高差值进行比较，通常采用的测量检核方法是双面尺法和 。22直线定向常用的标准方向有真子午线方向、_磁北方向_和坐标纵线方向。23地形图符号一般分为比例符号、_半依比例符号_和不依比例符号。24 井下巷道掘进过程中，为了保证巷道的方向和坡度，通常要进行中线和_的标定工作。25 测量误差按其对测量结果的影响性质，可分为系统误差和_偶然误差_。26 地物注记的形式有文字注记、 _ 和符号注记三种。27 象限角的取值范围是： 0-90 。28 经纬仪安置通常
23、包括整平和 对中 。29 为了便于计算和分析，对大地水准面采用一个规则的数学曲面进行表示，这个数学曲面称为 参考托球面 。30 光电测距仪按照测量时间的方式可以分为相位式测距仪和 差分 。三、 名词解释（每小题5分，共20分）得分评卷人复查人31竖盘指标差竖盘分划误差32水准测量利用水准仪测定两点间的高差33系统误差由客观原因造成的具有统计规律性的误差34视准轴仪器望远镜物镜和目镜中心的连线四、 简答题（每小题5分，共20分）得分评卷人复查人35简述测回法测量水平角时一个测站上的工作步骤和角度计算方法。对中，整平，定向，测角。观测角度值减去定向角度值36什么叫比例尺精度？它在实际测量工作中有何
24、意义？图上0.1毫米在实地的距离。可以影响地物取舍37简述用极坐标法在实地测设图纸上某点平面位置的要素计算和测设过程。38高斯投影具有哪些基本规律。五、 计算题（每小题10分，共20分）得分评卷人复查人39在1：2000图幅坐标方格网上，量测出ab = 2.0cm, ac = 1.6cm, ad = 3.9cm, ae = 5.2cm。试计算AB长度DAB及其坐标方位角AB。abdceBA120014001600180040从图上量得点M的坐标XM=14.22m, YM=86.71m；点A的坐标为XA=42.34m, YA=85.00m。试计算M、A两点的水平距离和坐标方位角。测量学 标准答案
25、与评分说明一、 一、 单项选择题（每题1分）1 A； 2 D； 3 C； 4 D； 5 A； 6 C； 7 D； 8 A； 9 C； 10 C；11 A；12 D；13 B；14 A； 15 B；16 A；17 C；18 D； 19 A；20 A二、 二、 填空题 （每空2分，共20分）21 变更仪器高法22 磁北方向23 半依比例符号（或线状符号）24腰线25偶然误差26数字注记27 大于等于0度且小于等于90度（或0, 90）28 对中29 旋转椭球体面30 脉冲式测距仪三、 三、 名词解释（每题5分，共20分）31竖盘指标差：在垂直角测量中，当竖盘指标水准管气泡居中时，指标并不恰好指向其
26、正确位置90度或270度，而是与正确位置相差一个小角度x, x即为竖盘指标差。32 水准测量：利用一条水平视线并借助于水准尺，测量地面两点间的高差，进而由已知点的高程推算出未知点的高程的测量工作。33 系统误差：在相同的观测条件下，对某量进行了n次观测，如果误差出现的大小和符号均相同或按一定的规律变化，这种误差称为系统误差。34视准轴：望远镜物镜光心与十字丝中心（或交叉点）的连线。四、 四、 简答题（每题5分，共20分）35（1）在测站点O上安置经纬仪，对中，整平（1分）（2）盘左瞄准A点，读数LA，顺时针旋转照准部到B点，读数LB，计算上半测回角度O1=LB-LA； （2分）（3）旋转望远镜
27、和照准部，变为盘右方向，瞄准B点读数RB，逆时针旋转到A点，读数RA，计算下半测回角度O2=RB-RA； （3分）（4）比较O1和O2的差，若超过限差则不符合要求，需要重新测量，若小于限差，则取平均值为最终测量结果 O = （O1+O2）/2 （5分）36 图上0.1mm对应的实地距离叫做比例尺精度。（3分）其作用主要在于：一是根据地形图比例尺确定实地量测精度；二是根据地形图上需要表示地物地貌的详细程度，确定所选用地形图的比例尺。（5分）37 要素计算：从图纸上量算待测设点的坐标，然后结合已有控制点计算该点与控制点连线之间的方位角，进而确定与已知方向之间所夹的水平角，计算待测设点到设站控制点之
28、间的水平距离。（3分）测设过程：在设站控制点安置经纬仪，后视另一控制点，置度盘为0度，根据待定方向与该方向夹角确定方向线，根据距离确定点的位置。（5分）38 高斯投影的基本规律是：（1） （1） 中央子午线的投影为一直线，且投影之后的长度无变形；其余子午线的投影均为凹向中央子午线的曲线，且以中央子午线为对称轴，离对称轴越远，其长度变形也就越大；（2） （2） 赤道的投影为直线，其余纬线的投影为凸向赤道的曲线，并以赤道为对称轴；（3） （3） 经纬线投影后仍保持相互正交的关系，即投影后无角度变形；（4） （4） 中央子午线和赤道的投影相互垂直。评分说明：答对一条得2分，答对三条即可得满分。五、
29、五、 计算题（每题10分，共20分）39 bd = ad ab = 1.9cm， 因此X = -38m； ce = ae ac = 3.6cm, 因此Y = -72m; （3分） (或由图根据比例尺和距离计算A、B两点的坐标) 因此距离为：81.413m （6分）AB的方位角为：2421033 （10分）（方位角计算应说明具体过程，过程对结果错扣2分）40 X = XA XM = 28.12m, Y = YA YM = -1.71m (2分) 距离d = (X2 + Y2)1/2 = 28.17m （5分） 方位角为：356 3112 （应说明计算过程与主要公式） （10分） 可通过不同方法计算，如先计算象限角，再计算方位角。说明：在距离与方位角计算中，算法公式对但结果错各1分测量学试卷 第 15 页（共 7 页）