電力系統(tǒng)中光纖通信技術(shù)應(yīng)用探討

張輝 聶正璞 萬(wàn)瑩

1，華北電力大學(xué)電氣與電子工程學(xué)院，北京 102206；

2，華北電網(wǎng)有限公司通信管理中心，北京 100053

電力系統(tǒng)中光纖通信技術(shù)應(yīng)用探討

張輝1聶正璞2萬(wàn)瑩2

1，華北電力大學(xué)電氣與電子工程學(xué)院，北京 102206；

2，華北電網(wǎng)有限公司通信管理中心，北京 100053

電力系統(tǒng)中光纖通信網(wǎng)在電力調(diào)度、自動(dòng)化和繼電保護(hù)等方面有著非常重要的作用。針對(duì)需求日益旺盛的電力系統(tǒng)通信需求，務(wù)必加強(qiáng)對(duì)現(xiàn)有電力系統(tǒng)的光纖通信網(wǎng)進(jìn)行研究。本文分析了當(dāng)前我國(guó)電力系統(tǒng)中常用的特種光纖種類，并重點(diǎn)分析了電力系統(tǒng)中光纖通信網(wǎng)的組網(wǎng)技術(shù)。

電力系統(tǒng)；光纖通信；特種光纖；組網(wǎng)技術(shù)

電力系統(tǒng)通信是電網(wǎng)生產(chǎn)運(yùn)行中的重要環(huán)節(jié)，是電力安全穩(wěn)定運(yùn)行的三大支柱之一。隨著我國(guó)電力工業(yè)的不斷發(fā)展，電力系統(tǒng)對(duì)對(duì)電力通信系統(tǒng)的容量與可靠性提出了更高要求。由于光纖通信特有的抗強(qiáng)電磁干擾和電絕緣性能，且光纖通信方式具有容量大、適應(yīng)向數(shù)字化發(fā)展等諸多優(yōu)點(diǎn)，尤其是光波分復(fù)用、光交換等技術(shù)的日益成熟，使光纖通信在電力綜合通信網(wǎng)、調(diào)度通信網(wǎng)、保護(hù)裝置通信網(wǎng)、光纖通道保護(hù)、復(fù)用段保護(hù)等方面得到了廣泛的應(yīng)用。隨著我國(guó)電力事業(yè)的不斷發(fā)展，人們對(duì)電力通信系統(tǒng)提出了更高的要求，加強(qiáng)對(duì)電力系統(tǒng)的光纖通信技術(shù)研究有著非常重要的意義。

1、電力通信系統(tǒng)簡(jiǎn)介

電力通信是是電力市場(chǎng)運(yùn)營(yíng)商業(yè)化的重要前提，實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)和安全穩(wěn)定控制系統(tǒng)的重要基礎(chǔ)，是實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)現(xiàn)代化管理的重要保障。電力通信系統(tǒng)是由主干線、各支干線、程控交換機(jī)、調(diào)度總機(jī)等設(shè)備組成的多功能、多用戶的綜合通信系統(tǒng)。其主干線由光纖、微波及衛(wèi)星電路構(gòu)成組成，各支路采用電力線載波、特種光纜等電力系統(tǒng)獨(dú)特的通信方式，通信手段主要有明線、電纜、無(wú)線等方式。

隨著電力系統(tǒng)的發(fā)展，電力通信系統(tǒng)作為電力系統(tǒng)的專用通信系統(tǒng)也是需要與時(shí)俱進(jìn)的。公網(wǎng)發(fā)展緩慢導(dǎo)致通信能力不足，不能滿足電力部門特殊通信需求。因此，必須加強(qiáng)電力通信系統(tǒng)的技術(shù)提高以保證電力專業(yè)化生產(chǎn)高效有序地進(jìn)行。電力通信業(yè)務(wù)可分為事務(wù)管理業(yè)務(wù)和關(guān)鍵運(yùn)行業(yè)務(wù)。管理信息數(shù)據(jù)、行政、會(huì)議電話和會(huì)議電視等屬于事務(wù)管理業(yè)務(wù)，具有業(yè)務(wù)種類多、通信流量大、變化快等特點(diǎn)。能量管理系統(tǒng)、繼電保護(hù)信號(hào)和調(diào)度電話、數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制系統(tǒng)、遠(yuǎn)動(dòng)信號(hào)等屬于關(guān)鍵運(yùn)行業(yè)務(wù)的范疇，要求準(zhǔn)確性、實(shí)時(shí)性、可靠性。

20世紀(jì)70年代，我國(guó)電力通信系統(tǒng)開(kāi)始了初步發(fā)展，但發(fā)展出期發(fā)展進(jìn)程較為緩慢。只是在一些對(duì)信息需求量大和重要的部門采用微波通信。這段時(shí)期，電力線載波通信一直占據(jù)著我國(guó)電力通信的主導(dǎo)位置。由于電力生產(chǎn)的特殊需求，國(guó)家在1978年正式批準(zhǔn)建設(shè)電力專用通信網(wǎng)。我國(guó)的電力通信在80年代開(kāi)始的快速發(fā)展時(shí)期，電網(wǎng)的快速發(fā)展也推動(dòng)了電網(wǎng)管理和技術(shù)的提高。這一時(shí)期，新興的通信技術(shù)在電力系統(tǒng)中也得到推廣和運(yùn)用，電網(wǎng)規(guī)模逐步增大，大電站、大機(jī)組、超高壓輸電線路不斷增加。1990年，我國(guó)電力系統(tǒng)已建成6座衛(wèi)星地面站、110KV及以上輸電線載波電路、37條光纖電路337km、18000km微波電路、2萬(wàn)多部無(wú)線移動(dòng)電臺(tái)26萬(wàn)話路公里，30多臺(tái)程控交換機(jī)達(dá)、容量約4萬(wàn)門（線），初步構(gòu)成了以微波、衛(wèi)星通信為主干線路，主要用于部、網(wǎng)、省匯接中心，電力系統(tǒng)內(nèi)已經(jīng)有200多個(gè)單位的交換機(jī)實(shí)現(xiàn)了直撥聯(lián)網(wǎng)，電力通信系統(tǒng)已經(jīng)覆蓋全國(guó)大部分省區(qū)。繼軍隊(duì)、鐵路之后，電力通信網(wǎng)已成為我國(guó)第三大專用通信網(wǎng)。我國(guó)電力通信系統(tǒng)在90年代得到了進(jìn)一步的發(fā)展。并成立了電力通信系統(tǒng)專門的建設(shè)和管理機(jī)構(gòu)。

近年來(lái)以來(lái)，電力通信系統(tǒng)的飛速發(fā)展，交換網(wǎng)、傳輸網(wǎng)也得到進(jìn)一步完善，各種新技術(shù)新設(shè)備得到應(yīng)用，逐步引入和建立了互聯(lián)網(wǎng)、數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)網(wǎng)、支撐網(wǎng)、監(jiān)測(cè)網(wǎng)。

1.1 電力通信主要方式

1.1.1 電力線載波通信。電力線載波通信是將話音及其他信息通過(guò)載波機(jī)變換成高頻弱電流，利用電力線路輸送工頻電流。電力線載波通信通道能夠與電網(wǎng)建設(shè)同步，具有可靠性高、投資少、見(jiàn)效快等優(yōu)點(diǎn)。電力線載波通信中還有利用電力線路架空地線傳送載波信號(hào)的絕緣地線載波等方法。絕緣地線載波與普通電力線載波相比，一方面不受輸電線路發(fā)生接地故障或線路停電檢修等方面的影響；另一方面，絕緣地線載波中地線處于絕緣狀態(tài)，可以避免大量的電能損耗。

1.1.2 光纖通信。光纖通信有著諸多優(yōu)點(diǎn)，其傳輸容量大、頻帶寬、傳輸衰耗小、同時(shí)具有很強(qiáng)的抗電磁干擾能力，光纖通信一出現(xiàn)便率先應(yīng)用于電力部門，且得到了迅速發(fā)展。另外在電力通信中，一些專用特種光纖也被大量使用。

1.2 電力系統(tǒng)通信的特點(diǎn)

1.2.1 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)復(fù)雜。電力系統(tǒng)通信網(wǎng)中，各種不同性質(zhì)的設(shè)備、機(jī)型，它們通過(guò)不同的接口方式和不同的轉(zhuǎn)接方式。例如用戶線延伸、中繼線傳輸、電力線載波設(shè)備與光纖、微波等設(shè)備的轉(zhuǎn)接及其他各種設(shè)備的轉(zhuǎn)接等。并且通信手段也較多，這使得電力系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)具有復(fù)雜性。

1.2.2 傳輸信息量少、實(shí)時(shí)性強(qiáng)。電力系統(tǒng)通信所傳輸?shù)男畔⒂欣^電保護(hù)信號(hào)、話音信號(hào)、電力負(fù)荷監(jiān)測(cè)信息、遠(yuǎn)動(dòng)信號(hào)、計(jì)算機(jī)信息及其他圖像信息、數(shù)字信息等，信息量不多，但要求很強(qiáng)的實(shí)時(shí)性。

③通信范圍點(diǎn)多面廣。電力通信服務(wù)的對(duì)象包括發(fā)電廠、供電局等通信集中的地方，還包括供電區(qū)內(nèi)所有的變電站、電管所。

1.2.4 要求有較高的可靠性和靈活性。電力是人們的生產(chǎn)生活乃至國(guó)民經(jīng)濟(jì)基礎(chǔ)，安全穩(wěn)定電力供應(yīng)工作的首要任務(wù)；在電力生產(chǎn)存在著不容間斷性和運(yùn)行狀態(tài)變化的突然性，這就要求電力通信有高度的可靠性和靈活性。

1.2.5 有很強(qiáng)的抗沖擊能力。當(dāng)電力系統(tǒng)發(fā)生事故時(shí)，波及的范圍較廣，通信業(yè)務(wù)量會(huì)驟然增多。這就要求通信的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、傳輸通道的配置有較強(qiáng)的抗沖擊能力。

2、電力系統(tǒng)光纖通信網(wǎng)中特種光纖

我國(guó)電力由于電力系統(tǒng)的特殊性，電力系統(tǒng)光纖通信網(wǎng)建設(shè)是一項(xiàng)復(fù)雜的系統(tǒng)工程，一些專門用于電力光纖通信系統(tǒng)的的特種光纖也逐漸產(chǎn)生。電力特種光纖主要包括光纖復(fù)合相線、光纖復(fù)合地線、金屬自承光纜、相/地線纏繞光纜、相/地捆綁光纜和全介質(zhì)自承光纜等幾種。目前，光纖復(fù)合地線和光纖復(fù)合相線在我國(guó)應(yīng)用較多，以下進(jìn)行介紹。

2.1 光纖復(fù)合地線（Optical Fiber Composite Overhead Ground Wire：OPGW）。光纖復(fù)合地線又稱地線復(fù)合光纜、光纖架空地線，是指在電力傳輸線路的地線中含有供通信用的光纖單元，兼具地線和光纖的作用，具有使用可靠，不需維護(hù)等優(yōu)點(diǎn)。但總投資額較大，主要適用于新建線路或舊線路更換地線時(shí)使用。光纖復(fù)合地線不僅可以對(duì)輸電導(dǎo)線抗雷閃放電提供屏蔽保護(hù)，還可以通過(guò)復(fù)合在地線中的光纖來(lái)傳輸信息。除了具有優(yōu)越的光學(xué)性能外，還完全滿足架空地線的機(jī)械、電氣性能要求。常見(jiàn)的光纖復(fù)合地線主要有不銹鋼管型、鋁管型和鋁骨架型三大類。由于我國(guó)地域廣闊，電力傳輸線路長(zhǎng)，特別是是水電資源大部分集中在西部，而工業(yè)城市主要集中在東部沿海地區(qū)，因此這就需要大量的長(zhǎng)距離超高壓架空線來(lái)輸送電力，光纖復(fù)合地線對(duì)于進(jìn)一步發(fā)展我國(guó)電力工業(yè)，進(jìn)一步提高輸電容量有著非常重要的意義。

2.2 光纖復(fù)合相線（Optical fiber Phase Conductor：OPPC）。光纖復(fù)合相線是將光纖單元復(fù)合在輸電線路架空相線中的一種用于電力通信的新型特種電力光纜。光纖復(fù)合相線充分利用電力系統(tǒng)自身的線路資源，避免在頻率資源、路由協(xié)調(diào)、電磁兼容等方面與外界的矛盾、用于電力通信的一種新型特種電力光纜。光纖復(fù)合相線的出現(xiàn)，能解決上述35kV及以下等級(jí)的架空電力線路使用光纖復(fù)合相線等受限問(wèn)題，能杜絕110kV及以上線路使用光纖復(fù)合地線因雷擊而造成的光纜斷纖斷股事故。另外，使用光纖復(fù)合相線，使得使用地線絕緣運(yùn)行方式成為可能，從而節(jié)約因使用光纖復(fù)合地線逐基桿塔接地運(yùn)行方式而造成的電能損失。目前，在我國(guó)現(xiàn)行電網(wǎng)中，35KV以下的線路一般都采用三相電力系統(tǒng)傳輸，系統(tǒng)的電力通信則采用傳統(tǒng)的方式進(jìn)行。

2.3 金屬自承光纜(Metal Aerial Self Supporting：MASS)。金屬自承光纜和中心管單層絞線的光纖復(fù)合地線在結(jié)構(gòu)上并無(wú)差異，結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單，成本也較為低廉。金屬自承光纜應(yīng)用于電力系統(tǒng)光纖通信網(wǎng)時(shí)，不必像光纖復(fù)合地線需要考慮熱容量和短路電流，也不需要像光纖復(fù)合相線那樣要考慮阻抗和載流量，因此，金屬自承光纜也在電力光纖通信網(wǎng)中得到較多的應(yīng)用。

2.4 全介質(zhì)自承光纜(All Dielectric Self Supporting：ADSS)。全介質(zhì)自承光纜光纜在我國(guó)電力光纖通信網(wǎng)中輸電線路的35KV、110KV、220KV 電壓等級(jí)輸電線路上廣泛使用，具有直徑小、質(zhì)量輕，可以減少冰和風(fēng)對(duì)光纜的影響、電力輸電線跨度大、垂度大等優(yōu)勢(shì)。同時(shí)，全介質(zhì)自承光纜內(nèi)光纖張力理論值為零，且為全絕緣結(jié)構(gòu)，安裝及線路維護(hù)時(shí)可帶電作業(yè)，這樣可大大減少停電損失；具有相當(dāng)穩(wěn)定的光學(xué)特性，也是得到廣泛應(yīng)用的特種光纖之一。

3、電力系統(tǒng)光纖通信網(wǎng)的組網(wǎng)技術(shù)

當(dāng)前，電力系統(tǒng)的光纖通信網(wǎng)的組網(wǎng)技術(shù)主要采用波分復(fù)用技術(shù)和同步數(shù)字技術(shù)相結(jié)合的技術(shù)。

3.1 波分復(fù)用技術(shù)（WDM）。波分復(fù)用技術(shù)是指將多個(gè)不同波長(zhǎng)的光信號(hào)復(fù)合到同一根光纖上進(jìn)行傳輸?shù)募夹g(shù)，根據(jù)每一信道光波的波長(zhǎng)不同可以將光纖的低損耗窗口劃分成若干個(gè)信道，把光波作為信號(hào)的載波，在發(fā)送端采用波分復(fù)用器將不同規(guī)定波長(zhǎng)的信號(hào)光載波合并起來(lái)送入一根光纖進(jìn)行傳輸。在接收端，再由一波分復(fù)用器將這些不同波長(zhǎng)承載不同信號(hào)的光載波分開(kāi)的復(fù)用方式。由于不同波長(zhǎng)的光載波信號(hào)可以看作互相獨(dú)立，從而在一根光纖中可實(shí)現(xiàn)多路光信號(hào)的復(fù)用傳輸。將兩個(gè)方向的信號(hào)分別安排在不同波長(zhǎng)傳輸即可實(shí)現(xiàn)雙向傳輸。

根據(jù)相鄰峰值波長(zhǎng)的間隔大小，波分復(fù)用技術(shù)又可以分為粗波分復(fù)用（CWDM）和密集波分復(fù)用（DWTM），其中密集波分復(fù)用是指相鄰波長(zhǎng)間隔為1～10nm的波分復(fù)用技術(shù)，是實(shí)現(xiàn)高容量信息傳輸和構(gòu)建新型網(wǎng)絡(luò)的最佳手段。WDM技術(shù)可充分利用光纖的帶寬資源，使一根光纖的傳輸容量比單波長(zhǎng)傳輸增加幾倍至幾十倍，在大容量長(zhǎng)途傳輸時(shí)可大量節(jié)約光纖；利用波分復(fù)用無(wú)需對(duì)原有電力通信系統(tǒng)作較大的改動(dòng)即可進(jìn)行擴(kuò)容操作。由于波分復(fù)用技術(shù)具有很多優(yōu)勢(shì)，因此在電力通信系統(tǒng)得到廣泛應(yīng)用。

3.2 同步數(shù)字體系（SDH）。同步數(shù)字系列是美國(guó)貝爾通信技術(shù)研究所提出來(lái)的先進(jìn)技術(shù)，是一種將復(fù)接、線路傳輸及交換功能融為一體、并由同一網(wǎng)管系統(tǒng)操作的綜合信息傳輸網(wǎng)絡(luò)。SDH技術(shù)通過(guò)對(duì)不同速度的數(shù)位信號(hào)提供相應(yīng)的等級(jí)，并通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)的復(fù)用方法和映射方法，將低等級(jí)的SDH信號(hào)復(fù)用為高等級(jí)的SDH信號(hào)，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)耐剑鉀Q了局部網(wǎng)絡(luò)與核心網(wǎng)逐漸的接入瓶頸問(wèn)題，大大提高了網(wǎng)絡(luò)帶寬的利用率。同步數(shù)字體系大大簡(jiǎn)化了復(fù)接和分接技術(shù)。SDH可以把2Mb/s直接復(fù)接入或分接140Mb/s，而不必逐級(jí)進(jìn)行，上下電路方便，大大提高了通信網(wǎng)的靈活性和可靠性。同時(shí)，SDH確定了全世界通用的光接口標(biāo)準(zhǔn)。這樣就使得不同廠家生產(chǎn)的設(shè)備可以按統(tǒng)一接口標(biāo)準(zhǔn)互通使用，節(jié)省網(wǎng)絡(luò)的成本。

SDH體系同時(shí)只有一套完善的自我保護(hù)體系，可以滿足電力通信高可靠性的要求，將SDH和DWDM技術(shù)相結(jié)合的組網(wǎng)技術(shù)，在為電力通信提供高效傳輸能力的同時(shí)，也保證了較高的安全性。近年來(lái)得到了廣泛的應(yīng)用。

4、電力系統(tǒng)光纖通信網(wǎng)的運(yùn)營(yíng)管理和維護(hù)

隨著光纖通信在我國(guó)電力系統(tǒng)中的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，網(wǎng)絡(luò)規(guī)模越來(lái)越龐大，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)也越來(lái)越復(fù)雜。加強(qiáng)對(duì)電力系統(tǒng)的光釬通信網(wǎng)的運(yùn)營(yíng)管理和維護(hù)是保障電力通信系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行是非常重要的。要加強(qiáng)對(duì)電力系統(tǒng)專業(yè)技術(shù)人員進(jìn)行業(yè)務(wù)技能培訓(xùn)，使得他們務(wù)必掌握光纖通信系統(tǒng)的工作原理和維護(hù)技能，并配備專業(yè)的技術(shù)設(shè)備和測(cè)試儀器，使得光纖通信網(wǎng)的安全運(yùn)營(yíng)得到全力保障。

5、結(jié)語(yǔ)

隨著我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，人們對(duì)電力系統(tǒng)通信系統(tǒng)提出了越來(lái)越高的要求。對(duì)電力系統(tǒng)光纖通信網(wǎng)的規(guī)模要以適應(yīng)未來(lái)5～10年的需求為原則。要認(rèn)真研究未來(lái)5～10年內(nèi)的電力通信實(shí)際需求，并預(yù)留足夠的纖芯資源，以適應(yīng)未來(lái)電力系統(tǒng)通信的急速增長(zhǎng)，滿足電力系統(tǒng)在管理、調(diào)度、自動(dòng)化和信息系統(tǒng)的實(shí)際需要。

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