光纖通信技術(shù)在電力系統(tǒng)中的運(yùn)用

任海旭 郭青青

（四川通信科研規(guī)劃設(shè)計(jì)有限責(zé)任公司 四川省成都市 610000）

在我國(guó)經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展的背景下，人們對(duì)于電力系統(tǒng)的需求不斷提高，特別是電力用戶對(duì)電能運(yùn)行質(zhì)量提出更高的技術(shù)要求，因此確保電力系統(tǒng)安全、穩(wěn)定、正常運(yùn)行已經(jīng)顯得十分重要。電力系統(tǒng)的建設(shè)中需要應(yīng)用光纖通信技術(shù)，提高我國(guó)電力系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行安全性和穩(wěn)定性。

1 光纖通信技術(shù)的組成

1.1 多天線傳輸技術(shù)

多通道天線數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)是一種新型信息天線傳輸技術(shù)，其可以利用其他有源信號(hào)天線技術(shù)實(shí)現(xiàn)合理天線列陣，使其在毫米載波和其他有源信號(hào)天線之間實(shí)現(xiàn)無縫連接，在很在較大程度上大幅改善了有源天線網(wǎng)絡(luò)使用性能，使其網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍進(jìn)一步得到擴(kuò)大，通過充分應(yīng)用多通道天線數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)，可以有效率地降低企業(yè)能源消耗，促進(jìn)5G企業(yè)移動(dòng)通信的健康節(jié)能環(huán)保發(fā)展及大大提升企業(yè)用戶5G通信業(yè)務(wù)使用體驗(yàn)。

1.2 密集網(wǎng)絡(luò)技術(shù)

隨著移動(dòng)智能手機(jī)的快速普及，人們每天需要消費(fèi)的海量數(shù)據(jù)和信息流逐年快速增長(zhǎng)。此外，數(shù)據(jù)流量大、信息流大的應(yīng)用用戶數(shù)量逐年快速增長(zhǎng)。傳統(tǒng)的超級(jí)移動(dòng)通信應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)不能完全滿足當(dāng)今社會(huì)大規(guī)模數(shù)據(jù)和信息流應(yīng)用的需求，密集型的網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)在實(shí)現(xiàn)移動(dòng)通信信息系統(tǒng)的高效應(yīng)用，使得該系統(tǒng)首先可以同時(shí)提供超大的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸流量，其次是通過在室外不同通信位置和應(yīng)用區(qū)域之間設(shè)置密集式的網(wǎng)絡(luò)，將通信天線合理分布設(shè)計(jì)在室內(nèi)宏基變電站各個(gè)不同位置，使室外室內(nèi)移動(dòng)通信系統(tǒng)覆蓋面的空間進(jìn)一步得到擴(kuò)大，實(shí)現(xiàn)較好的通信噪聲和比益，并且這種密集式的網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)技術(shù)不僅具有較好的網(wǎng)絡(luò)可靠性，也可以使得5通信系統(tǒng)應(yīng)用更加靈活，可以有效滿足用戶多樣化的移動(dòng)通信應(yīng)用需求。

1.3 新型網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)技術(shù)

目前，LE兩種接口的組合入網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)全部采用了全方位網(wǎng)絡(luò)化的雙線扁平化組合入網(wǎng)系統(tǒng)架構(gòu)，減小了整個(gè)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)內(nèi)部建網(wǎng)過程時(shí)延，降低了網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)內(nèi)部建網(wǎng)設(shè)備過程維護(hù)成本和整個(gè)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)維護(hù)人員管理過程成本。C-RAN這是基于無線網(wǎng)絡(luò)集中化實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理、協(xié)作式網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)模擬無線電和基于移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)無線電的云計(jì)算網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施構(gòu)架的一個(gè)完全綠色化的無線網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)接口和可進(jìn)入網(wǎng)無線基礎(chǔ)設(shè)施構(gòu)架。C-RAN的基本網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)思想是用戶可以充分利用低成本、高速的光纖將網(wǎng)絡(luò)信號(hào)傳輸?shù)綗o線網(wǎng)絡(luò)，為方便用戶搭建一套無線鏈路信號(hào)網(wǎng)絡(luò)接入無線網(wǎng)絡(luò)傳輸系統(tǒng)，在無線數(shù)據(jù)中心節(jié)點(diǎn)服務(wù)機(jī)構(gòu)的遠(yuǎn)程無線通信基站天線和節(jié)點(diǎn)之間直接傳輸各種無線網(wǎng)絡(luò)傳輸信號(hào)。哪一種可以覆蓋每個(gè)區(qū)域的數(shù)百個(gè)無線通信基站和每個(gè)服務(wù)中心節(jié)點(diǎn)，甚至數(shù)百平方公里。C-RAN綜合網(wǎng)絡(luò)管理架構(gòu)技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)適于網(wǎng)絡(luò)用戶隨時(shí)采用網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)頻譜協(xié)同處理網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，能夠有效率地減小用戶網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)干擾，降低功耗，提升網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)頻譜集中處理工作效率，同時(shí)它還能夠?qū)崿F(xiàn)便于網(wǎng)絡(luò)用戶隨時(shí)實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)信息動(dòng)態(tài)集中處理使用的綜合網(wǎng)絡(luò)管理智能化組網(wǎng)，集中處理網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)也更有利于有效率地降低用戶網(wǎng)絡(luò)管理成本，便于后期網(wǎng)絡(luò)維護(hù)，減少其他網(wǎng)絡(luò)管理運(yùn)營(yíng)商的成本以及支出。[1]

2 光纖通信技術(shù)在電力系統(tǒng)中應(yīng)用的必要性

2.1 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)相對(duì)復(fù)雜的電力系統(tǒng)對(duì)通信技術(shù)要求更高

在整個(gè)電力系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)通信的運(yùn)行過程中，需要同時(shí)使用的電力通信設(shè)備網(wǎng)絡(luò)類型多種多樣，而不同通信設(shè)備之間的網(wǎng)絡(luò)連接傳輸方式和網(wǎng)絡(luò)信息轉(zhuǎn)換的方式也各不相同，這種復(fù)雜的信息傳輸方式就會(huì)導(dǎo)致整個(gè)電力系統(tǒng)中間的通信網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)以及網(wǎng)絡(luò)群的構(gòu)成變得十分復(fù)雜，對(duì)于電力通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的應(yīng)用要求也就會(huì)相應(yīng)較高。電力系統(tǒng)中經(jīng)常使用各種信息傳輸技術(shù)線路，如電力干線信息傳輸和電力用戶線信息擴(kuò)展、載波通信設(shè)備和微波通信設(shè)備，直接進(jìn)行電力信息交換和傳輸，不同電力設(shè)備的信息轉(zhuǎn)換和傳輸技術(shù)手段不同，這直接導(dǎo)致了我國(guó)整個(gè)電力通信技術(shù)系統(tǒng)行業(yè)中信息交換和傳輸技術(shù)手段的多樣化?；谶@種實(shí)際情況，光纖電力通信傳輸技術(shù)具有容量大、質(zhì)量高、抗干擾能力強(qiáng)等主要特點(diǎn)，已成為我國(guó)電力通信技術(shù)系統(tǒng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展不可或缺的一部分。

2.2 信息傳輸損耗低

當(dāng)前，隨著當(dāng)代社會(huì)主義經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，為了有效縮小城鄉(xiāng)地區(qū)的收入差距，促進(jìn)我國(guó)的綜合發(fā)展，電力企業(yè)認(rèn)為，應(yīng)盡快建立完善的通信中繼站，形成封閉的數(shù)字電力通信網(wǎng)絡(luò)傳輸技術(shù)網(wǎng)絡(luò)，使所有家庭都能安全使用這種電力通信傳輸技術(shù)。比如，針對(duì)目前我國(guó)西部部分地區(qū)來說，為了盡快形成新的電力通信傳輸網(wǎng)絡(luò)，就需要陸續(xù)建設(shè)很多的電力傳輸線和網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)，但是由于西部部分地區(qū)地理位置的一些特殊性，給我國(guó)電力通信傳輸網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)建設(shè)發(fā)展帶來了很大的技術(shù)難度。因此，我國(guó)政府相關(guān)地方政府部門應(yīng)該大力支持光纖通信技術(shù)的推廣應(yīng)用，從而大大減少光纖通信網(wǎng)在使用中的成本，降低網(wǎng)絡(luò)信息源在傳輸中的損耗。[2]

3 光纖通信技術(shù)在電力系統(tǒng)中的具體應(yīng)用

3.1 架空地線復(fù)合光纜

架空光纜接地鋁線鋼芯復(fù)合碳纖維光纜結(jié)構(gòu)由外向內(nèi)分為架空鋁線、鋼芯和光纖三層。根據(jù)高纖光纜網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的巨大差異，大致可分為三類：層絞高纖光纜、骨架高纖光纜、中心高纖光纜和束管高纖光纜。這種傳輸光纜在電力系統(tǒng)中的廣泛應(yīng)用，將有助于大大提高電力系統(tǒng)的導(dǎo)電傳輸性能和機(jī)械傳輸強(qiáng)度，提高系統(tǒng)在使用和傳輸過程中的電力安全性，并具有較高的系統(tǒng)抗沖擊性和無損保護(hù)性能。目前，該傳輸光纜已在多個(gè)領(lǐng)域應(yīng)用于110kV輸電線路，可實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)傳輸光纜線路與電力光纜線路的同步發(fā)電建設(shè)。由于傳輸光纜的電流短路和大電流控制輸出系統(tǒng)采用鋁合金、純銅鋁絲網(wǎng)和保護(hù)層，因此在應(yīng)用設(shè)計(jì)中，特別是在應(yīng)用設(shè)計(jì)過程中，必須充分考慮系統(tǒng)的安全負(fù)載，應(yīng)對(duì)該傳輸電纜本身采取有效的安全保護(hù)措施，利用雙層塑料保護(hù)層外套等方式，避免接受紫外線的直接危害。

3.2 金屬自撐架空光纜

此類型的化纖新型光纜結(jié)構(gòu)復(fù)雜，多數(shù)情況是通過借助于高模量新型光纖光纜塑料管的內(nèi)部外套，引入一層彈性防水物，再將此類新型光纖塑料軟管內(nèi)部套入其中，光纜塑料管套管理中心還不僅僅只需額外對(duì)其進(jìn)行一層防水加強(qiáng)型的防水涂層處理，四周連接處還不僅需額外進(jìn)行涂抹一層防水聚乙烯，以有效度地增強(qiáng)此類光纖塑料套管的此類光纜內(nèi)部防水性、耐熱性，管套中還不僅需額外涂抹一層防水保護(hù)油膏以有效度地保護(hù)此類新型光纖光纜內(nèi)部結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)對(duì)此類光纜內(nèi)部余長(zhǎng)的遠(yuǎn)程自動(dòng)控制，提升此類化纖光纜塑料管套中心抗拉伸的使用性能。此外，此類光纜安裝可使光纜的內(nèi)外部套管或安裝襯管配套光滑異常，有助于有效率地減少安裝光纜間的安裝摩擦，避免光纜遭受較強(qiáng)紫外線的直接照射造成危害。具體在我國(guó)現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)電力系統(tǒng)建設(shè)中的實(shí)際應(yīng)用中，還是很有必需能夠看到網(wǎng)絡(luò)防水供電保護(hù)作用化合物的大量應(yīng)用加入，以有效率地增強(qiáng)現(xiàn)代電力系統(tǒng)光纖無線網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)防水供電保護(hù)作用性能。

3.3 非金屬自撐架空光纜

此類碳纖光纜產(chǎn)品抗拉保護(hù)性能強(qiáng)，最大抗拉距離長(zhǎng)達(dá)1km，主要結(jié)構(gòu)采用優(yōu)質(zhì)芳綸聚酯纖維材料構(gòu)成，本發(fā)明具有重量輕、強(qiáng)度高、抗彈性強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)。外層采用雙馬拉松層或雙絞線連接，具有較強(qiáng)的光纜抗電磁和防腐能力。這些寬帶光纜大多適用于200kV及以上的特高壓寬帶傳輸光纜線路。一般情況下，在施工和配電維護(hù)期間，無需停電維護(hù)即可正常運(yùn)行。該工藝簡(jiǎn)單，但仍存在一些主要缺點(diǎn)，如干線寬帶光纜的充電容易直接引起放電。干帶狀光纜一旦放電，就會(huì)落入灰塵中，直接降低光纜的電場(chǎng)均勻性，繼而可能引發(fā)光纜漏電短路現(xiàn)象。此外，一旦供電線路發(fā)生放電，會(huì)直接導(dǎo)致供電光纜內(nèi)部表層材料遭受過熱灼傷，破壞內(nèi)部光纜供電線路。

3.4 電力調(diào)度自動(dòng)化

光纖通信技術(shù)也可廣泛應(yīng)用于電力系統(tǒng)遠(yuǎn)程自動(dòng)調(diào)度。它可以提供多種通信結(jié)構(gòu)，支持火電廠電網(wǎng)的正常運(yùn)行。例如，這種通信技術(shù)可以使火電廠與其他上下級(jí)電力調(diào)度中心進(jìn)行有效的通信，確保調(diào)度操作之間的有效集成，提高調(diào)度自動(dòng)化控制系統(tǒng)運(yùn)行的效率和便利性。由于我國(guó)光纖無線通信電氣技術(shù)系統(tǒng)屬于高度統(tǒng)一的信息集中和自動(dòng)化過程控制管理方式，可以對(duì)電氣系統(tǒng)在日常運(yùn)行中的狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)自動(dòng)監(jiān)控。在該核心技術(shù)的支持下，電氣系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度可長(zhǎng)期保持在0.01～0.05秒之間，實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)正常運(yùn)行的同步自動(dòng)監(jiān)控。

3.5 光聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)

光聯(lián)網(wǎng)電力系統(tǒng)在我國(guó)電力系統(tǒng)中也是具有廣泛應(yīng)用，由于其大大增加了電力網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍與電力節(jié)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)數(shù)量，因而可以賦予光電力網(wǎng)絡(luò)超大數(shù)據(jù)容量，強(qiáng)化了電力網(wǎng)絡(luò)透明性，實(shí)現(xiàn)了與多個(gè)不同電力系統(tǒng)及網(wǎng)絡(luò)信號(hào)的有效隔離連接，提升了電力網(wǎng)絡(luò)管理靈活性，促進(jìn)了我國(guó)電力通信系統(tǒng)效率與網(wǎng)絡(luò)性能大幅提升。一旦我國(guó)電力系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)重大故障，光聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)可迅速自動(dòng)恢復(fù)電力網(wǎng)絡(luò)，最大限度地有效降低故障時(shí)的危害，減少電力建網(wǎng)、運(yùn)行與設(shè)備維護(hù)期間成本。此外，基于電子光纖通信的新型光弧子放大、光弧子交換通信技術(shù)等也促進(jìn)了新型光弧子放大器的研發(fā)，為發(fā)展全光弧子網(wǎng)絡(luò)、光弧子網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)提供了重要技術(shù)支持，可有效率地解決我國(guó)電子間光交換網(wǎng)絡(luò)容量不足問題，提升網(wǎng)絡(luò)透明度與通信速率，節(jié)約中國(guó)電力公司建網(wǎng)與通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)升級(jí)的時(shí)間成本。[3]

4 光纖通信技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)

在未來的通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)快速發(fā)展中，全光通信網(wǎng)絡(luò)將發(fā)展作為主要的發(fā)展趨勢(shì)。全光無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)是目前光纖無線通信相關(guān)技術(shù)最頂級(jí)的重要發(fā)展戰(zhàn)略目標(biāo)。雖然目前傳統(tǒng)上的光纖數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)主要實(shí)現(xiàn)的不是節(jié)點(diǎn)的全部分光化，然而由于光纖網(wǎng)絡(luò)結(jié)點(diǎn)連接處還存在需要部分采用其他電子元器件才能實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)光纖通信的數(shù)據(jù)傳輸，對(duì)傳統(tǒng)光纖通信數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)容量增大產(chǎn)生一定的不利影響。全光傳輸網(wǎng)絡(luò)主要特點(diǎn)是以光纜的節(jié)點(diǎn)直接代替了光電纜的節(jié)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)信息無線傳輸?shù)娜糠止饣淳W(wǎng)絡(luò)信息從始至終一直可以采用光的發(fā)射形式直接進(jìn)行無線傳輸，而且根據(jù)光的波長(zhǎng)大小決定是否路由。全光通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)具有超高網(wǎng)絡(luò)帶寬、超大網(wǎng)絡(luò)容量、超高傳輸速率、網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可靠性、穩(wěn)定性、兼容性、可持續(xù)擴(kuò)展性、能夠隨時(shí)隨地增加新網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)且?guī)缀鯚o需額外安裝移動(dòng)設(shè)備的七大優(yōu)勢(shì)，要使移動(dòng)全光通信網(wǎng)絡(luò)能夠更好的為現(xiàn)代人們提供服務(wù)，還必然需要其與移動(dòng)因特網(wǎng)、移動(dòng)無線通信網(wǎng)良好的相互融合。雖然目前我國(guó)全光信息網(wǎng)絡(luò)的技術(shù)發(fā)展還只是處在一個(gè)起步初的階段，但其的發(fā)展趨勢(shì)和它的發(fā)展技術(shù)優(yōu)勢(shì)都非常明顯，可以將其作為未來信息網(wǎng)絡(luò)的技術(shù)核心。

5 結(jié)語

目前相比于其他傳統(tǒng)的通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，光纖通信技術(shù)仍然有著顯著的發(fā)展優(yōu)勢(shì)。隨著現(xiàn)代光纖通信技術(shù)在我國(guó)電力傳輸通信網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)建設(shè)過程中的廣泛應(yīng)用，它可以有效地提高我國(guó)電力傳輸和通信網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。簡(jiǎn)要分析了光纖傳輸通信網(wǎng)技術(shù)在我國(guó)電力傳輸通信網(wǎng)建設(shè)中的實(shí)際應(yīng)用，進(jìn)一步了解了該技術(shù)的發(fā)展優(yōu)勢(shì)和應(yīng)用特點(diǎn)，并對(duì)光纖通信技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行了分析和探究。就目前的實(shí)際情況而言，電力通信在電力系統(tǒng)中應(yīng)用的重要性不言而喻。只有不斷逐步提高電力通信網(wǎng)的建設(shè)技術(shù)水平，才能有效促進(jìn)我國(guó)電力系統(tǒng)的正常運(yùn)行和通信質(zhì)量的不斷提高。