光纖通信技術(shù)在電力通信網(wǎng)建設(shè)中的應(yīng)用

◎國(guó)網(wǎng)江蘇省電力有限公司宿遷供電公司 王池

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)快速更新發(fā)展，以及電力工業(yè)的快速發(fā)展，電力通信網(wǎng)要保持更高的容量與可靠性，才能滿足當(dāng)前應(yīng)用需求。另外，由于光纖通信方式的優(yōu)點(diǎn)為容量大、通信質(zhì)量好、可靠性高等，給人們?cè)陔娏νㄐ欧矫鎺?lái)了極大的便利性，而且光纖的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)使其成為未來(lái)發(fā)展的主要通信手段。本文主要敘述了光纖通信的技術(shù)特點(diǎn)，并且結(jié)合實(shí)際對(duì)光纖通信在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用進(jìn)行研究分析。

引言

當(dāng)前電力系統(tǒng)通信網(wǎng)規(guī)模較大，發(fā)展較為完善，而且作為電力系統(tǒng)的組成部分，除了承載較多的通信業(yè)務(wù)，其還承載著一些關(guān)于電力的保護(hù)以及市場(chǎng)需要的寬帶數(shù)據(jù)等。所以只有電力通信網(wǎng)絡(luò)保持較高的穩(wěn)定性、可靠性，才能確保整個(gè)電力系統(tǒng)的管理工作正常進(jìn)行，而光纖通信則滿足這個(gè)要求。所以其被廣泛應(yīng)用在電力通信網(wǎng)絡(luò)中，有效推動(dòng)了電力行業(yè)的發(fā)展。

一、光纖通信特點(diǎn)

光纖通信是將光波作為載波，以光導(dǎo)纖維作為傳輸媒介進(jìn)行傳輸。在信息技術(shù)高速發(fā)展環(huán)境下，由于光纖技術(shù)優(yōu)勢(shì)十分明顯，被應(yīng)用到很多的行業(yè)領(lǐng)域中，主要是因?yàn)槠浯嬖谝韵聨追矫嫣攸c(diǎn)：

（一）傳輸速度快，通信容量大

在電力通信系統(tǒng)中存在非常復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，而系統(tǒng)中也具有多種類型的設(shè)備。由于設(shè)備之間的信息轉(zhuǎn)換方式差異，會(huì)影響電力通信效果。光纖通信技術(shù)具有傳輸速度快、帶寬大的優(yōu)點(diǎn)，能有效緩解電力通信的壓力。此外，光纖通信技術(shù)還具有通信容量大的優(yōu)點(diǎn)，在使用光線傳輸信息過(guò)程中，其傳輸速度不僅非常快，傳輸?shù)娜萘恳卜浅４蟆Ｒ虼?，在信息化背景下，為提高信息傳輸量，?yīng)用光纖通信技術(shù)具有一定意義。

（二）損耗低

光纖不僅具有損耗低的特點(diǎn)，也具有超長(zhǎng)的中繼距離，合理應(yīng)用此特點(diǎn)，減少通信線路中基站數(shù)量，可以降低投入的成本，提高電力通信網(wǎng)運(yùn)行效率，對(duì)增強(qiáng)通信質(zhì)量也具有重要作用。

（三）不受電磁干擾

由于光纖的材料特殊，是屬于非金屬的介質(zhì)材料，所以不會(huì)受到電磁的干擾。在雷電較多的環(huán)境下，應(yīng)用無(wú)金屬結(jié)構(gòu)的光纖進(jìn)行通信設(shè)施的安裝，可以預(yù)防雷電，也能對(duì)通信機(jī)房設(shè)備形成一定保護(hù)。

（四）方便架設(shè)與維護(hù)

電力系統(tǒng)光纖通信在安裝過(guò)程中，可以借助電力系統(tǒng)中的桿塔資源與電力線路，采取同桿架設(shè)的方式實(shí)現(xiàn)。而且電力線路是彼此獨(dú)立的，兩者之間不產(chǎn)生影響，所以對(duì)于光纜與輸電線路可進(jìn)行正常的維修。

二、電力通信簡(jiǎn)述

電力通信網(wǎng)建設(shè)具有非常重要作用，其不僅要為電力系統(tǒng)生產(chǎn)以及調(diào)度提供服務(wù)，又承載著繼電點(diǎn)保護(hù)、數(shù)據(jù)綜合網(wǎng)等相關(guān)業(yè)務(wù)。因此，現(xiàn)階段對(duì)電力通信網(wǎng)絡(luò)傳輸技術(shù)的性能，提出了更實(shí)際的要求，以下對(duì)電力通信網(wǎng)的要求進(jìn)行分析：

（一）可靠性高

電力通信最主要的特點(diǎn)是：要保持實(shí)時(shí)傳輸通信，這與電力系統(tǒng)行業(yè)特點(diǎn)有關(guān)，不僅要求數(shù)據(jù)在傳輸過(guò)程中較高的可靠性，以及具備容量大的特點(diǎn)，同時(shí)又要求傳輸線路安全性高，且具有能抵抗外力破壞的能力。例如在一些天氣環(huán)境惡劣的地區(qū)，使電力通信保持暢通具有重要意義。另外，光纖傳輸質(zhì)量非常高，這是由于其在光纖內(nèi)部是通過(guò)傳輸信號(hào)運(yùn)行的。因此，自然環(huán)境變化對(duì)其幾乎不會(huì)產(chǎn)生影響，而且其具有較強(qiáng)的穩(wěn)定性、較強(qiáng)的抗電磁干擾能力，能更好的適應(yīng)電力系統(tǒng)所特有的高電壓、高電磁場(chǎng)的環(huán)境。

（二）投資效益高

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展以及電力企業(yè)的發(fā)展壯大，人們對(duì)電力方面需求越來(lái)越大，所以對(duì)于降低電力通信網(wǎng)運(yùn)營(yíng)成本，也提出了一定要求。通信系統(tǒng)在配置過(guò)程中要求，必須要對(duì)網(wǎng)絡(luò)的擴(kuò)展性、投資效益性、設(shè)備的可承接性等性能進(jìn)行綜合考慮。

（三）能源環(huán)境保護(hù)性

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，對(duì)于保障人們正常生活的能源來(lái)說(shuō)，其需求也越來(lái)越大，能源供應(yīng)同樣面臨很大挑戰(zhàn)。因此，電力通信網(wǎng)在建設(shè)過(guò)程中，需要對(duì)能源環(huán)境問(wèn)題進(jìn)行全面考慮。由于光纖傳輸?shù)闹饕橘|(zhì)是光纖，而光纖主要介質(zhì)材料是SiO2，此資源在自然界中儲(chǔ)量充足，所以大力發(fā)展光線通信，進(jìn)一步提高人們關(guān)于能源應(yīng)用方面的便利性，不會(huì)遇到資源供應(yīng)不足的問(wèn)題。同時(shí)，由于科學(xué)技術(shù)得到了快速發(fā)展，光纖通信方面的技術(shù)也得到了大力發(fā)展，出現(xiàn)了多種相關(guān)技術(shù)。而且有些技術(shù)在應(yīng)用過(guò)程中，不需要使用大量線纜材料，降低了線上傳輸過(guò)程中能量的損耗，非常環(huán)保。因此，從綠色發(fā)展的角度來(lái)看，光纖通信技術(shù)與設(shè)備應(yīng)用到電力行業(yè)，是符合可持續(xù)發(fā)展要求的，而且其同樣也符合能源環(huán)境保護(hù)戰(zhàn)略的發(fā)展。

三、光纜應(yīng)用分析

光纖通信在近年來(lái)應(yīng)用越來(lái)越廣泛，其具有諸多優(yōu)點(diǎn)，對(duì)于促進(jìn)電力行業(yè)發(fā)展發(fā)揮重要作用。而且其在不斷發(fā)展過(guò)程中，研究出了很多具有不同實(shí)用性的光纖。除了應(yīng)用較為普遍的普通光纖之外，一些專用的特種光纖也被大量使用在電力通信中，從而進(jìn)一步優(yōu)化電力通信的性能，主要包括以下幾方面：

（一）地線復(fù)合光纜（OPGW）

光纜是指架空地線內(nèi)含光纖，在電力傳輸線路中，包含供通信用的光纖單元。這種光纜在使用過(guò)程中，需要確保在設(shè)置光纖基礎(chǔ)上，保證地線的電性能和機(jī)械性不會(huì)受到影響。另外，光纖單元同樣也要保證完整性。

（二）光纖復(fù)合相線（OPPC）

光纖復(fù)合相線作為一種新型的特種光纜，是基于傳統(tǒng)相線結(jié)構(gòu)，使光線單元復(fù)合在導(dǎo)線中，其主要是借助了電力系統(tǒng)所擁有的線路資源。尤其是電力配網(wǎng)系統(tǒng)，為了防止在電磁兼容、路由協(xié)調(diào)等方面，在外界的干擾下發(fā)生問(wèn)題，其具備了傳輸電能功能與通信功能。

（三）全介質(zhì)自承式光纜（ADSS）

此光纜的特點(diǎn)為：傳輸損耗小、色散低、光纜的機(jī)械性能和環(huán)境性能較好。同時(shí)其也具有良好的結(jié)構(gòu)，能保證在惡劣的自然環(huán)境之下，光纖不受影響。而且由于光纜都是非金屬結(jié)構(gòu)，重量較輕、架設(shè)比較方便。而且其還具備抗電磁干擾能力較強(qiáng)、抗外界環(huán)境能力較強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。對(duì)于全介質(zhì)自承式光纜，要注意防止其在使用過(guò)程中發(fā)生腐蝕現(xiàn)象。例如，某地區(qū)所屬光纖通信線路，曾經(jīng)出現(xiàn)過(guò)光纜在使用幾年后，發(fā)生被燒斷的事故。同樣還有其它類似事故發(fā)生，對(duì)這些事故進(jìn)行分析，原因主要是由于在110kv～220kv高壓電網(wǎng)中，光纖通信系統(tǒng)應(yīng)用全介質(zhì)自承式光纜在安裝時(shí)，沒(méi)有選擇合適的位置，或者相關(guān)安全保護(hù)措施未做好，發(fā)生光纜被電腐蝕、斷纜等危險(xiǎn)情況是有很大可能的。但是可采用以下兩種方式，一是對(duì)全介質(zhì)自承式光纜以及其它部件噴涂“增水劑”；二是噴涂云母霧粉基、陶瓷粉基等絕緣劑，以阻止電腐蝕現(xiàn)象的發(fā)生。以下為全介質(zhì)自承式光纜組成，包括：光纖、纜芯填充油膏、杯套管、中心加強(qiáng)件、聚乙烯內(nèi)護(hù)套、包帶、芳綸纖維、外護(hù)套，根據(jù)實(shí)際情況，有的光纜可能會(huì)存在的填充繩，具體如圖1所示。

四、光纖通信技術(shù)在電力通信網(wǎng)建設(shè)中的應(yīng)用

（一）同步數(shù)字體系（SDH）

這是一種綜合信息傳送網(wǎng)絡(luò)，是由線路傳輸、復(fù)接以及交換功能為一體，由統(tǒng)一網(wǎng)管系統(tǒng)操作，此種體系在使用過(guò)程中，具有自我保護(hù)能力以實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)的高可靠性。而且其對(duì)于光接口與電接口進(jìn)行統(tǒng)一規(guī)范，使得兩者兼容性得到了較大的提高。而且同步數(shù)字體系應(yīng)用同步復(fù)用的方法，采用的是字節(jié)間插的方式，將低速信號(hào)復(fù)用到高速信號(hào)中。而且在此過(guò)程中，存在的大量字節(jié)，能增強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控功能。以下為同步數(shù)字體系傳輸圖示，體系組成中保護(hù)路徑較多，其中包括接入環(huán)、匯聚環(huán)以及核心環(huán)，將所需信息傳輸?shù)叫枨蠓?。具體如圖2所示。

（二）智能光網(wǎng)絡(luò)（ASON）

智能光網(wǎng)絡(luò)可直接在光層上按需提供服務(wù)，具備靈活性強(qiáng)、可拓展性高的特點(diǎn)。另外，在光傳輸組網(wǎng)技術(shù)上疊加基于IP技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)智能化技術(shù)，可使其存在一定智能性。在此過(guò)程中，主要是由用戶端首先發(fā)起相關(guān)的業(yè)務(wù)請(qǐng)求，自選路由，借助信令控制的方式，完成業(yè)務(wù)的相關(guān)需求。在此過(guò)程中，網(wǎng)絡(luò)連接具有自動(dòng)性。

由于當(dāng)前電力光纖通信網(wǎng)需要進(jìn)行優(yōu)化，才能滿足未來(lái)業(yè)務(wù)的增長(zhǎng)需要。因此，將智能光網(wǎng)絡(luò)引入到電力通信網(wǎng)中，有以下幾方面優(yōu)點(diǎn)：一是網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)的配置進(jìn)一步優(yōu)化，提高業(yè)務(wù)提供的效率；二是其應(yīng)用另一種組網(wǎng)方式，可以提升業(yè)務(wù)生存性，存在不同的保護(hù)和恢復(fù)方式，對(duì)于網(wǎng)絡(luò)多點(diǎn)故障，具有一定的抵抗作用；三是在提供業(yè)務(wù)等級(jí)方面，具有一定的靈活性，可以滿足當(dāng)前信息技術(shù)快速發(fā)展背景下，不同用戶的服務(wù)需求；四是能有效降低維護(hù)難度，提高業(yè)務(wù)的調(diào)配效果，從而提高相關(guān)的運(yùn)營(yíng)效率。此外，引入智能光網(wǎng)絡(luò)技術(shù)既能強(qiáng)化配電網(wǎng)、通信網(wǎng)服務(wù)速度，擴(kuò)大業(yè)務(wù)種類，也能與當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行融合，朝著全智能的方向發(fā)展。

圖1 全介質(zhì)自承式光纜組成

圖2 同步數(shù)字體系傳輸

（三）分組傳送網(wǎng)（PTN）

圖3 分組傳送網(wǎng)組成

圖4 以太無(wú)源光網(wǎng)絡(luò)組成

分組傳送網(wǎng)在進(jìn)行組網(wǎng)設(shè)計(jì)時(shí)，需要對(duì)電力通信網(wǎng)的特點(diǎn)進(jìn)行分析，通過(guò)分層結(jié)構(gòu)的方式，將地區(qū)及網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)分為三層，分別為接入層、匯聚層、骨干層。另外，為了保證電力通信網(wǎng)安全的運(yùn)行，通信網(wǎng)必須具備網(wǎng)絡(luò)及保護(hù)能力，這是為了確保傳輸?shù)臏?zhǔn)確性，以及使傳輸?shù)慕M件不被破壞，而且不同層應(yīng)用的保護(hù)類型也不盡相同，具體以實(shí)際情況為根據(jù)進(jìn)行保護(hù)層的應(yīng)用。而且其主要有環(huán)網(wǎng)與線網(wǎng)保護(hù)等。在現(xiàn)有的電力通信網(wǎng)絡(luò)資源中，應(yīng)該以網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的實(shí)際情況和發(fā)展方向?yàn)橐罁?jù)，逐步過(guò)渡到同步數(shù)字系數(shù)與分組傳送網(wǎng)，最終實(shí)現(xiàn)分組傳送網(wǎng)獨(dú)立組網(wǎng)。以下為分組傳送網(wǎng)組成圖示，如圖3所示。

（四）以太無(wú)源光網(wǎng)絡(luò)（EPON）

作為一種新型的光纖接入網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，主要是點(diǎn)到多點(diǎn)的結(jié)構(gòu)方式，而且是以無(wú)源光纖的方式進(jìn)行傳輸?shù)摹；谝蕴W(wǎng)提供相關(guān)業(yè)務(wù)，其在物理層以及鏈路層上，分別使用了pon技術(shù)以及以太網(wǎng)協(xié)議，并且借助pon的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)接入以太網(wǎng)。因此，它具有以太網(wǎng)技術(shù)以及pon技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)，低廉的成本、較高的寬帶、高拓展性、高效率的服務(wù)重組、管理便利性等等。

除此之外，使用以太無(wú)源光網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浼夹g(shù)，會(huì)優(yōu)化開(kāi)通業(yè)務(wù)的性能，使其更加便利迅速，并且會(huì)存在多種檢測(cè)方法，以確保后期的維護(hù)，并對(duì)故障點(diǎn)進(jìn)行精確的判斷。而且隨著電力系統(tǒng)的飛速發(fā)展，以太無(wú)源光網(wǎng)絡(luò)在寬帶、保護(hù)性、智能性、性價(jià)比方面都具有一定的優(yōu)勢(shì)，所以將其更好地應(yīng)用于電力配用電網(wǎng)系統(tǒng)，確保其運(yùn)行過(guò)程中具有全面的保障性。以下為以太無(wú)源光網(wǎng)絡(luò)的組成圖示，主要分為三部分，從左到右分別為：核心網(wǎng)、接入網(wǎng)、駐地網(wǎng)。以太無(wú)源光網(wǎng)絡(luò)是一種共享媒質(zhì)和點(diǎn)到點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)的結(jié)合。從下行方向上來(lái)看，其具備共享媒質(zhì)的連接性質(zhì)。但是從上行方向上來(lái)看，其行為性質(zhì)類似于點(diǎn)到點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)。以下分別對(duì)下行方向與上行方向進(jìn)行分析。

下行方向：如圖中所示，OLT發(fā)出的以太網(wǎng)數(shù)據(jù)報(bào)在通過(guò)無(wú)源光分路器，或者是幾級(jí)分路器后，被傳送到所有ONU。這種行為特征與共享媒質(zhì)網(wǎng)絡(luò)的性質(zhì)是一樣的。但是，從下行方向進(jìn)行分析，由于以太網(wǎng)存在廣播特性，與以太無(wú)源光網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)匹配：一些數(shù)據(jù)包，ONU的提取。

上行方向：以無(wú)源光合路器的方向特性為依據(jù)，無(wú)論哪一個(gè)ONU發(fā)出的數(shù)據(jù)包僅僅到達(dá)OLT，卻無(wú)法到達(dá)另外的ONU。以太無(wú)源光網(wǎng)絡(luò)在上行方向上存在行為特點(diǎn)，和點(diǎn)到點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)是一樣的。但是，這個(gè)過(guò)程卻不與實(shí)際意義上的點(diǎn)到點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)相同，在以太無(wú)源光網(wǎng)絡(luò)中，任何一個(gè)ONU的沖突域都是相同的――來(lái)源不一樣的ONU的數(shù)據(jù)包，如果在同一時(shí)間段內(nèi)進(jìn)行傳輸作用可能會(huì)產(chǎn)生沖突現(xiàn)象。在這種情況下，從上行方向進(jìn)行分析，以太無(wú)源光網(wǎng)絡(luò)需要采用某種相應(yīng)的功能機(jī)制，來(lái)防止數(shù)據(jù)發(fā)生沖突現(xiàn)象。具體如圖4所示。

五、結(jié)束語(yǔ)

總之，在當(dāng)前電力能源需求較大的情況下，光纖通信的應(yīng)用推動(dòng)了電力行業(yè)進(jìn)一步發(fā)展，使電力通信網(wǎng)建設(shè)具有成本低、容量大、業(yè)務(wù)多以及智能化的特點(diǎn)，有效保障電網(wǎng)生產(chǎn)的正常運(yùn)行，給電力企業(yè)帶來(lái)了巨大的經(jīng)濟(jì)效益。除此之外，光傳輸組網(wǎng)新技術(shù)的大量應(yīng)用，不僅在推動(dòng)我國(guó)智能電網(wǎng)建設(shè)發(fā)揮重要作用，而且電力通信技術(shù)的大力發(fā)展，也是確保電力網(wǎng)穩(wěn)定運(yùn)行的基礎(chǔ)。