電力光纖到戶關(guān)鍵技術(shù)應(yīng)用方案

劉增輝

【摘要】 PFTTH（Power Fiber To The Home）是指在低壓通信接入網(wǎng)中采用光纖復(fù)合低壓電纜（OPLC），將光纖隨低壓電力線敷設(shè)，實現(xiàn)到表到戶，并配合無源光網(wǎng)絡(luò)（PON）技術(shù)，承載用電信息采集、智能用電雙向交互、“三網(wǎng)融合”等業(yè)務(wù)。目前，智能電網(wǎng)各項技術(shù)正逐步成型并且走向應(yīng)用，PFTTH將會成為未來若干年的電網(wǎng)和通信網(wǎng)的焦點，研究智能用電并結(jié)合通信行業(yè)的優(yōu)勢來建設(shè)現(xiàn)代化居住小區(qū)具有重要的意義。

【關(guān)鍵詞】 PFTTH 組網(wǎng)技術(shù) OPLC

一、緒論

PFTTH即電力光纖到戶是指在低壓通信接入網(wǎng)中采用光纖復(fù)合低壓電纜（OPLC），將光纖隨低壓電力線敷設(shè)，實現(xiàn)到表到戶，配合無源光網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，承載用電信息采集、智能用電雙向交互、“三網(wǎng)融合”等業(yè)務(wù)。隨著科技的發(fā)展，人們用電將趨向智能化以及信息化，這必然要求電網(wǎng)的發(fā)展將和通信行業(yè)聯(lián)合在一起來中創(chuàng)造出一條新的適應(yīng)未來人們需求的發(fā)展路線。

二、PFTTH的組網(wǎng)技術(shù)研究

2.1 PFTTH關(guān)鍵技術(shù)

PFTTH（Power Fiber To The Home）即電力光纖到戶是指在低壓通信接入網(wǎng)中采用光纖復(fù)合低壓電纜（OPLC），將光纖隨低壓電力線敷設(shè)，實現(xiàn)到表到戶，配合無源光網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，承載用電信息采集、智能用電雙向交互、“三網(wǎng)融合”等業(yè)務(wù)。

在運用PFTTH技術(shù)組網(wǎng)建設(shè)智能用電小區(qū)的時候，實際運用到的技術(shù)是很多的，其操作也是相當復(fù)雜的，本文無法將所用到的全部技術(shù)都一一介紹，本文重點就光纖復(fù)合低壓電纜（OPLC），以太網(wǎng)無源光網(wǎng)絡(luò)（OPLC）以及光纖技術(shù)等相關(guān)關(guān)鍵技術(shù)作較為詳細的介紹。以期更多的人能了解這樣的一個新興技術(shù)。

1、OPLC。

電力光纖，實際上就是低電壓電纜內(nèi)復(fù)合了一根光纖，更確切地說，是光纖復(fù)合低壓電纜（Optical Fiber Composite Low-voltage Cable，簡稱OPLC； Optical Fiber Composite Insulated Power Cable for Low Voltages，簡稱OPIC ），從英文縮寫分析，有稱OPLC的，也有稱OPIC。光纖復(fù)合低壓電纜是一種具有電力轉(zhuǎn)輸和光通信能力的絕緣電纜，簡單點說就是一根既可以傳輸電力同時可實現(xiàn)光纖通信傳輸?shù)碾娎|[2]。傳輸電力的線芯以及傳輸信號的光單元可共同組合成光纖復(fù)合低壓電纜，其中電力電纜線芯是由銅或鋁材質(zhì)的金屬導(dǎo)體和絕緣層組合而成，其結(jié)構(gòu)及要求都應(yīng)符合GB/T12706.1-2008標準。若干根光纖、松套管、加強件和護層共同組合而成光單元，且需將阻水油膏填充在松套管與光纖束之間。因為正常運行時電力纜線芯中的導(dǎo)體最高溫度可達到90℃，而光單元中光纖比較脆弱且受溫度影響較大，一般其工作溫度需要控制在70℃以下，所以必須使光單元受導(dǎo)體工作溫度影響較小即遠離電力電纜線芯。

2、EPON技術(shù)。

EPON（Ethernet Passive Optical Network）是PON技術(shù)中最新的一種，由IEEE 802.3 EFM（Ethernet for the First Mile）最先提出。EPON是點到多點的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、無源光纖傳輸方式、基于高速以太網(wǎng)平臺以及TDM時分MAC（Media Access Control）媒體訪問控制方式、提供多種綜合業(yè)務(wù)的寬帶綜合接入技術(shù)?？梢蕴峁?shù)據(jù)、語音、居民用戶用電信息采集以及視頻的綜合業(yè)務(wù)接入，并且具有良好的經(jīng)濟性能。

3、光纖技術(shù)。

光纖是光導(dǎo)纖維的簡稱，光纖是用光脈沖的形式來傳輸信號的，材質(zhì)是以玻璃或者有機玻璃為主的網(wǎng)絡(luò)傳輸介質(zhì)。眾所周知，光纖的優(yōu)點是傳輸容量大、體積小、質(zhì)量輕、衰耗小、成本低和抗氧化腐蝕性強，另外它沒有電磁輻射（不受電磁干擾），運行穩(wěn)定，電氣絕緣好等特性，因此它是金屬傳輸媒質(zhì)無法相比的。此外也只有光纖具有這種特殊的電氣以及電磁性能，也只有這種性能才能夠把光纖與電力導(dǎo)體復(fù)合在一個結(jié)構(gòu)實體里，另外任何其它傳輸介質(zhì)都是行不通的。其次，光纖傳感、光纖器件以及光纖通信技術(shù)正在廣泛地應(yīng)用到通信業(yè)的生產(chǎn)、經(jīng)營以及管理當中，光纖網(wǎng)絡(luò)到戶將成為未來全世界信息通信的最終目標。

4、PFTTH相關(guān)技術(shù)標準。

電力光纖到戶技術(shù)作為一項新生事物，要進行規(guī)?；茝V，建立標準體系是相當重要的。首先需要將光纖復(fù)合低壓電纜進行規(guī)范，另外還需在檢測、組網(wǎng)設(shè)計、施工、驗收和運行等方面制定一系列標準，目前我國在電力光纖到戶技術(shù)方面正在建立起標準體系。電力光纖到戶所涉及到的標準大都是跨行業(yè)的結(jié)合，包括電力電纜以及光纖行業(yè)，前者是電力行業(yè)，后者為通信行業(yè)，因此在制定標準方面需開拓性地借鑒光纖通信和電力電纜的標準，并對其進行了融合再創(chuàng)造。當然，這里面還有其特殊性，如壽命、溫度、機械應(yīng)力和電磁干擾等問題，通過實驗、檢測等方式發(fā)現(xiàn)問題并解決問題，最終把它用標準規(guī)范下來。實際上，針對電力光纖到戶所制定的相關(guān)標準和電力光纖到戶技術(shù)一樣也是一種創(chuàng)新。

2.2 PFTTH組網(wǎng)分析

將光單元加入傳統(tǒng)的電力系統(tǒng)中以實現(xiàn)集電力傳輸網(wǎng)、廣播電視網(wǎng)、計算機通信網(wǎng)以及電信網(wǎng)為一體，即為“多網(wǎng)融合”已成為國際研究的重要課題。2010年電力光纖到戶試點工程項目以被相關(guān)單位在多個城市出臺，并研制出了一系列適用于不同環(huán)境以及不同布線方案的光纖復(fù)合電纜。在用PFTTH進行組網(wǎng)時考慮到現(xiàn)代化農(nóng)村、高檔寫字樓、智能別墅區(qū)以及高層居民區(qū)住宅樓的用戶類型以及分布狀況，將PON技術(shù)加以運用并改進以運用到PFTTH組網(wǎng)中，建立起一套“多網(wǎng)融合”的PFTTH方案。

在光電機房里，普通的電力電纜需進行電壓變換，而光單元在OLT中完成業(yè)務(wù)處理以及數(shù)據(jù)匯聚分發(fā)等功能，帶有信息流載體和電流，最終在光電機房內(nèi)交接為一根光纖復(fù)合電纜。從光電機房出來后，將電力電纜送入各地區(qū)的光電交接箱以進行電力配送以及光單元的交接，且將PON技術(shù)加入光單元中，來實現(xiàn)光信號的無源分配。而光分路器安置則不怎么受限制，可以放置在光電交接箱內(nèi)、光電機房里或者光電分線箱中。在組網(wǎng)時若考慮用戶分布狀況以及用戶類型，可將PFTTH方案劃分為農(nóng)村、智能別墅區(qū)、高層居民住宅區(qū)以及商住寫字樓等的PFTTH方案。

由于農(nóng)村用戶較多且分散性較大，電力系統(tǒng)方面單個家庭適用的載流量不是很大，導(dǎo)線截面積也較小，而光單元方面單個用戶所需帶寬也不是很高。因以上原因，在PFTTH組網(wǎng)時光信號在光電交接箱中需進行一級分光、而在光電分線箱中則進行二級分光后用入戶光纖復(fù)合電纜進入每個家庭。

在電力光纖組網(wǎng)時智能別墅區(qū)的情況與農(nóng)村很是相似，由于電力電纜的載流量以及設(shè)備類型多樣化，在智能別墅區(qū)組網(wǎng)時入戶用光纖復(fù)合低壓電纜可能會用到三芯。

高層居民住宅區(qū)的組網(wǎng)不像農(nóng)村和智能別墅區(qū)那樣用戶較分散，在光電交接箱中出來以后進入高層樓房內(nèi)光電分線箱，在光電分線箱里進行一級分光后引出到入戶用光纖復(fù)合電纜。

由于電力電纜供電半徑一般不超過1公里，光信號在光電機房內(nèi)需進行一級光功率分配，并依據(jù)用戶數(shù)量來選配光纖數(shù)量以及電力單元，光單元從光電機房出來以后只分纖而不分光。光纖可依據(jù)農(nóng)村、智能別墅區(qū)和高層居民住宅區(qū)、商住寫字樓等各段用戶量來匹配，并依據(jù)用戶電量需求選配電力單元。由于PON技術(shù)的特點，在各段可靈活運用光分路器，并采用一級或二級分光。在完成配網(wǎng)以后，可根據(jù)電力配網(wǎng)三相平衡原則，且結(jié)合用戶類型，用入戶光纖復(fù)合電纜至各用戶。

2.3 PFTTH組網(wǎng)模型

在電力光纖組網(wǎng)時，光纖復(fù)合低壓電纜用于10kV以下低壓配電線路，即從10kV變電站到樓宇配電箱，再到樓層電表箱，最終到達用戶家庭配電箱，以實現(xiàn)電力以及光纖同時入戶[12]。OPLC技術(shù)在電力光纖到戶系統(tǒng)用來構(gòu)建電力高速數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)平臺，為用戶提供數(shù)據(jù)、語音和視頻等業(yè)務(wù)的融合。在110kV變電站或10kV變電站配置光線路終端設(shè)備，為用戶提供網(wǎng)絡(luò)集中以及接入服務(wù)，可完成帶寬分配以及控制各信道連接，實時監(jiān)控、管理和維護等功能。

在用戶家內(nèi)以及樓層電表箱位置安置光網(wǎng)絡(luò)單元設(shè)備，用以太網(wǎng)協(xié)議，實現(xiàn)用戶數(shù)據(jù)、語音和視頻業(yè)務(wù)的透明傳送以及電表數(shù)據(jù)的上下傳輸功能。ONU功能集成在光纖電表中的光接口位置，可直接和OLT通信，以實現(xiàn)電表數(shù)據(jù)的采集以及控制等。

PFTTH系統(tǒng)的基本組成包括：光線路終端（OLT）、光網(wǎng)絡(luò)單元（ONU）和光分布網(wǎng)絡(luò)（ODN）三部分，其系統(tǒng)模型圖簡化示意如圖1所示：

圖1 PFTTH系統(tǒng)模型

系統(tǒng)中各部分的作用如下：

1.光線路終端（OLT）——OLT主要實現(xiàn)語音、數(shù)據(jù)和視頻業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)管理服務(wù)且提供互聯(lián)接口服務(wù)。

2.光分配網(wǎng)絡(luò)（ODN）——ODN主要負責(zé)連接OLT和其所對應(yīng)的ONU。ODN主要為OLT和ONU之間提供光傳輸手段，光信號功率分配是其主要功能。在PFTTH系統(tǒng)中ODN一般由光纖復(fù)合低壓電纜、普通光纖光纜、光交接/配線設(shè)備、光連接器、光分路器和安裝連接這些器件的配套設(shè)備等構(gòu)成。

3.光網(wǎng)絡(luò)單元（ONU）——ONU主要負責(zé)向終端用戶提供一些業(yè)務(wù)接口。

在光電機房內(nèi)，普通的電力電纜進行電壓變換，而光單元在OLT中完成數(shù)據(jù)匯聚分發(fā)和業(yè)務(wù)處理等功能，攜帶電流和信息流載體最后在光電機房內(nèi)交接統(tǒng)一成一根光纖復(fù)合電纜。從光電機房出來，進入各地區(qū)的光電交接箱進行電力配送和光單元的交接，并在光單元中引進PON技術(shù)，實現(xiàn)光信號無源分配。而光分路器根據(jù)需要可以放置在光電機房內(nèi)、光電交接箱內(nèi)或光電分線箱。

三、總結(jié)

電力光纖到戶技術(shù)能夠統(tǒng)一承載能源流、信息流是其非常大的優(yōu)勢，其在滿足智能電網(wǎng)客戶端信息交互的同時，又可為通信和廣電運營商提供可選的公共接入服務(wù)，電力光纖技術(shù)符合未來電力通信的發(fā)展要求。

參 考 文 獻

[1]金元.OPLC成纜質(zhì)量的控制[J].光纖與電纜及其應(yīng)用技術(shù)，2012（02）：50-66.

[2]高俊偉，趙海，張夢璐.上海電力光纖到戶城域傳送網(wǎng)建設(shè)方案[J].華東電力，2011（06）：11-15