光纖通信技術(shù)在配網(wǎng)自動(dòng)化中的應(yīng)用

曹華卿

（山西思極科技有限公司，山西 太原 030032）

在配網(wǎng)通信網(wǎng)絡(luò)中，點(diǎn)多、覆蓋面廣、分散是其主要特征，工作人員在選擇區(qū)域配網(wǎng)的具體通訊情況時(shí)，必須充分考慮實(shí)際情況，以確保正確的決策。傳統(tǒng)的電纜線路已經(jīng)無法滿足現(xiàn)代社會(huì)發(fā)展的要求，為了保證人們生產(chǎn)生活的正常進(jìn)行，需要對(duì)其改造升級(jí)。由于城市建筑物的阻礙、高負(fù)荷和復(fù)雜的雜散電波等多種因素的影響，無線通信在應(yīng)用過程中面臨著相當(dāng)大的挑戰(zhàn)。為了滿足當(dāng)前的需求，就要采取先進(jìn)的通信手段來提高供電質(zhì)量和運(yùn)行效率。在配電網(wǎng)通信技術(shù)中，光纖通信技術(shù)以其高效的通信容量、卓越的安全性、快速的傳播速度和遠(yuǎn)距離的傳輸能力而備受青睞。

1 光纖通信的特點(diǎn)

光纖通信技術(shù)運(yùn)用光作為載波，以光纖為傳輸媒介，實(shí)現(xiàn)信息的傳輸。它具有頻帶寬，容量大，保密性好等特點(diǎn)，已廣泛應(yīng)用于國(guó)民經(jīng)濟(jì)和國(guó)防建設(shè)中。在光纖的構(gòu)成中，主要包括如下結(jié)構(gòu)和作用：①纖芯、包層和涂層是不可或缺的元素。它們分別由不同材料制成。內(nèi)芯較細(xì)，為10～100 μm；②中間層，即被稱為包層的區(qū)域；③涂層則為保護(hù)層，主要起保護(hù)和絕緣的功能。在信號(hào)傳遞的過程中，纖芯扮演著不可或缺的角色；④包層和纖芯的折射率呈現(xiàn)出明顯的差異，表明它們?cè)诠鈱W(xué)性能方面存在顯著的差異；光纖的保護(hù)可以得到更好地提升，只需施加涂層技術(shù)即可。

隨著光纖通信技術(shù)的廣泛應(yīng)用，不難發(fā)現(xiàn)，相較于傳統(tǒng)的信息通信技術(shù)，先進(jìn)的光纖通信技術(shù)具備著極為顯著的優(yōu)越性。

（1）具備出色的抗電磁干擾能力。電磁波本身存在一定程度的能量損耗和頻率衰減等問題，這一特點(diǎn)導(dǎo)致信號(hào)傳輸效率降低，進(jìn)而影響了人們?nèi)粘９ぷ髋c生活質(zhì)量。當(dāng)信號(hào)在傳播過程中受到電磁干擾時(shí)，通信技術(shù)的傳輸效果將受到嚴(yán)重的削弱。相較于傳統(tǒng)通信技術(shù)，光纖通信技術(shù)展現(xiàn)出了更為卓越的電磁干擾抵御能力。所以，通過將石英與光纖混合使用可以有效提升光纖通信技術(shù)的抗電磁干擾性能。在光纖制造中，石英具有相對(duì)較高的抗損性和絕緣性能，是一種不可或缺的材料。在石英材質(zhì)的影響下，光纖通信技術(shù)的電磁干擾抵抗能力得到了顯著的提升。由于光纖通信系統(tǒng)內(nèi)部沒有任何電氣線路連接，因此不會(huì)受到電磁場(chǎng)以及其他電磁干擾。光纖具有傳輸容量大、抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。因?yàn)楣饫w通信技術(shù)的廣泛應(yīng)用，電力系統(tǒng)的供電穩(wěn)定性得到了保障，從而滿足了用戶對(duì)于電力供應(yīng)的需求。我國(guó)積極推廣光纖通信技術(shù)，充分利用其強(qiáng)大的抗電磁干擾能力，從而極大地拓展了光纖通信技術(shù)的應(yīng)用范圍。

（2）傳輸容量大。光纖作為現(xiàn)代重要通訊工具，其自身具備著諸多優(yōu)勢(shì)。目前，光纖通信技術(shù)已經(jīng)成為現(xiàn)代信息技術(shù)領(lǐng)域應(yīng)用較為廣泛的一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)。為滿足人們對(duì)信息傳輸效率和質(zhì)量的需求，光纖通信技術(shù)被廣泛應(yīng)用，以確保信息傳輸?shù)母咝院蜏?zhǔn)確性。光纖具有較高的損耗性能，能夠有效減少線路鋪設(shè)成本，光纖通信技術(shù)的廣泛應(yīng)用，極大地?cái)U(kuò)展了信號(hào)頻帶得到，同時(shí)負(fù)載范圍也得到了顯著的擴(kuò)大。光纖通信技術(shù)賦予了網(wǎng)絡(luò)架設(shè)多個(gè)中繼站的能力，從而提高了信號(hào)傳遞的靈活性。光纖通信技術(shù)在信號(hào)傳輸中扮演著至關(guān)重要的角色，它的重要性不言而喻，必須更加重視光纖通信技術(shù)的研究和應(yīng)用，以確保其在未來的發(fā)展中發(fā)揮更大的作用。

（3）安全性強(qiáng)。在信息傳遞的過程中，必須加強(qiáng)信息數(shù)據(jù)的安全性，以確保信息不會(huì)被遺漏或泄漏。光纖具有非常好的抗電磁干擾性能，同時(shí)還能保證較高的傳輸速率。光纖通信技術(shù)已然呈現(xiàn)于公眾視野之中，可以對(duì)電磁波和電磁輻射等干擾因素起到屏蔽的效果，被廣泛地應(yīng)用在各種領(lǐng)域當(dāng)中。光纖通信技術(shù)比傳統(tǒng)的通信技術(shù)有著更好的安全性，有助于保證安全傳遞數(shù)據(jù)信息。光纖通信技術(shù)能夠通過薄層將光信號(hào)吸收，避免受到外界其他信號(hào)的干擾，確保光信號(hào)能夠準(zhǔn)確持續(xù)地傳播。此外，光纖通信技術(shù)還具有較好的保密性能，可以避免外界對(duì)自身信息造成影響。由于光纖通信有著較高的安全性，所以很多非法監(jiān)聽行為得到了阻止。電力企業(yè)通過在配網(wǎng)系統(tǒng)中應(yīng)用該技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)信息傳輸保密性和完整性的顯著改善，從而保障信息傳輸?shù)陌踩浴?/p>

（4）損耗少。目前使用的光器件主要是石英光纖。在電力傳輸領(lǐng)域，光纖通信技術(shù)以其低損耗的特性而備受青睞。因?yàn)槭⒉牧媳旧砭途哂休^好的光學(xué)特性和機(jī)械性能，所以其作為光纜原材料可以有效提高光纖損耗水平。在電力工業(yè)發(fā)展過程中，需要考慮到光纖損耗對(duì)其影響，而石英光纖損耗率一般小于20 dB/km。相較于石英光纖損耗率，其他材質(zhì)的電纜普遍表現(xiàn)出更高的損耗速率。通過使用光纜線路來進(jìn)行電力傳輸是目前最常用的方式。

（5）所需材料充足。在現(xiàn)代社會(huì)中，信息傳輸主要依靠光纜和光纖來完成。相對(duì)于傳統(tǒng)通信技術(shù)而言，光纖通信技術(shù)具備材料豐富、成本低廉等應(yīng)用優(yōu)勢(shì)。石英，作為光纖通信技術(shù)的主要材料，在我國(guó)得到了充分的應(yīng)用，這不僅有助于降低通信成本，還可以將同通信效果的穩(wěn)定性提高。

2 光纖通信技術(shù)的應(yīng)用

2.1 無保護(hù)組網(wǎng)的規(guī)劃

在配網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)中，若存在一座110 kV變電站和五個(gè)10 kV開閉站，則應(yīng)采用鏈型網(wǎng)絡(luò)部署模式。在每個(gè)主干網(wǎng)上安裝一個(gè)子站，用于對(duì)各分場(chǎng)的開關(guān)量信號(hào)進(jìn)行集中監(jiān)測(cè)和控制。OLT設(shè)備是變電站內(nèi)的一項(xiàng)重要設(shè)備，其主要負(fù)責(zé)的是監(jiān)控終端數(shù)據(jù)的收集整理，并且將整理結(jié)果傳輸?shù)娇傉尽?/p>

ONU設(shè)備主要借助無源分光器和主干線光纖連接，同時(shí)其作為獨(dú)立的設(shè)備設(shè)置于開閉站中，如果某個(gè)設(shè)備發(fā)生故障，那么其他設(shè)備可以依然正常運(yùn)轉(zhuǎn)，避免相互影響。為了實(shí)現(xiàn)變電站和開閉站之間的通信溝通，可以采用48芯ADSS光纜或非金屬阻燃管道光纜，而網(wǎng)絡(luò)多級(jí)分路處理則需要使用非均勻分光器。然而，單鏈網(wǎng)絡(luò)組成的主干光纖難以有效實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)保護(hù)。

2.2 全線路保護(hù)組網(wǎng)規(guī)劃

工作人員可以以配電自動(dòng)化系統(tǒng)為基礎(chǔ)做好星型主網(wǎng)的開閉位置的合理布設(shè)。根據(jù)配電自動(dòng)化系統(tǒng)實(shí)施情況，對(duì)不同類型的配變進(jìn)行相應(yīng)改造后，實(shí)現(xiàn)配網(wǎng)自動(dòng)化。在建設(shè)配電網(wǎng)自動(dòng)化通信系統(tǒng)中，工作人員可以采用和鏈型結(jié)構(gòu)相一致的方法合理配置變電站的OLT設(shè)備。該方法可以實(shí)現(xiàn)對(duì)變電站內(nèi)所有線路終端及配變終端等進(jìn)行集中監(jiān)控管理。通過采用雙PON口的方式，工作人員在OLT設(shè)備中接入ONU，將PON的作用充分發(fā)揮出來。

2.3 “手拉手”保護(hù)組網(wǎng)規(guī)劃

如果兩個(gè)變電站和五個(gè)開閉站中采用自動(dòng)化系統(tǒng)，工作人員可以按照手拉手的模式進(jìn)行主網(wǎng)保護(hù)，以確保通信線路的安全。采用該方案可以實(shí)現(xiàn)兩個(gè)變電站間信息共享和互操作，從而降低了繼電保護(hù)裝置配置難度。在實(shí)施具體的設(shè)置過程中，工作人員應(yīng)合理地配置兩個(gè)變電站的OLT設(shè)備，借助ONU設(shè)備實(shí)時(shí)采集匯總所有終端數(shù)據(jù)信息，通過高效的通信實(shí)時(shí)檢測(cè)接口和主站運(yùn)行情況。

2.4 架空地線復(fù)合光纜

在電力通信系統(tǒng)中，企業(yè)所用光纜多為鋁線、鋼芯、光纖等共同組成，常見三種類型的光纜為骨架式光纜、層絞式光纜和中心束管式光纜。三種光纜均有較好的力學(xué)性能和抗拉性。這種綜合光纜具有較高的機(jī)械強(qiáng)度、耐磨性和導(dǎo)電性，在電力系統(tǒng)中具有較好的應(yīng)用效果，保證了電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。為擴(kuò)大光纜的負(fù)載范圍和避免復(fù)合光纜材料構(gòu)成上的缺陷，需采用雙層保護(hù)套隔離紫外線照射光纜，使光纜達(dá)到架空效果，使其性能最大化。

2.5 光復(fù)用技術(shù)的應(yīng)用

在光復(fù)用技術(shù)中，波分復(fù)用、頻分復(fù)用和光時(shí)分復(fù)用是重要組成內(nèi)容，其應(yīng)用對(duì)實(shí)現(xiàn)光復(fù)用起著至關(guān)重要的作用。①WDM技術(shù)可實(shí)現(xiàn)同一條光纖路徑上的多個(gè)光載波發(fā)射，大大提高信號(hào)傳輸速率，并具有雙向信號(hào)傳輸特性。②可利用不同的光電頻率進(jìn)行頻分多路復(fù)用以實(shí)現(xiàn)不同種類的信號(hào)的傳送，是一種有效的信號(hào)傳送方案。③利用光編碼多路復(fù)用技術(shù)，對(duì)信號(hào)進(jìn)行編碼和解密，可以有效提高信號(hào)的傳輸速率，并保證傳輸過程的安全。

3 配網(wǎng)自動(dòng)化中光纖通信技術(shù)的實(shí)踐應(yīng)用

3.1 比較分析擴(kuò)容與網(wǎng)絡(luò)規(guī)模

由于工業(yè)以太網(wǎng)具有成本低、可靠性高和易于實(shí)現(xiàn)等特點(diǎn)，因此非常適合用于電力自動(dòng)化控制系統(tǒng)。該網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)具有高度的靈活性和簡(jiǎn)潔性，對(duì)于網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃的要求并不苛刻，適用于各種不同的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)。為了將工業(yè)以太網(wǎng)進(jìn)一步擴(kuò)容，工作人員可以在其中加入光鏈路和新的交換設(shè)備，簡(jiǎn)化了擴(kuò)容工作。由于其傳輸距離遠(yuǎn)超過EPON系統(tǒng)，因此其傳輸范圍也相應(yīng)地?cái)U(kuò)大，帶寬需求比較大的情況下能滿足業(yè)務(wù)流量增長(zhǎng)的要求。在控制組件環(huán)網(wǎng)以太網(wǎng)數(shù)量時(shí)，不應(yīng)過度限制設(shè)備數(shù)量，以便于維護(hù)，建議控制以太網(wǎng)數(shù)量在50個(gè)以內(nèi)。

在進(jìn)行擴(kuò)容操作時(shí)，EPON系統(tǒng)需要進(jìn)行光路器的更換，以實(shí)現(xiàn)分路器的增加，從而提高了分路器光的方向。由于光器件的數(shù)量較多，如果只考慮單個(gè)元件的話，會(huì)導(dǎo)致成本過高，同時(shí)也不便后期維護(hù)和管理。因此，工作人員在設(shè)計(jì)EPON系統(tǒng)中要做好光功率余量和光纖資源的預(yù)留，保證后續(xù)能夠更好地完成擴(kuò)容工作，從而提高系統(tǒng)的性能和可靠性。為了提高傳輸效率，在新增的節(jié)點(diǎn)上設(shè)置了有源器件，并且可以對(duì)每個(gè)子模塊進(jìn)行獨(dú)立操作，這樣就能使整個(gè)網(wǎng)絡(luò)具有更強(qiáng)的靈活性和擴(kuò)展性。為確保網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)容，建議在新增節(jié)點(diǎn)上引入OMU和分光器。對(duì)于有源器件來說，因?yàn)槠渚哂泻芎玫男阅?，已?jīng)廣泛運(yùn)用到了各種場(chǎng)合之中。

3.2 對(duì)比分析業(yè)務(wù)安全接入情況

局域網(wǎng)是工業(yè)以太網(wǎng)操作的基礎(chǔ)，以太網(wǎng)本身不存在安全認(rèn)證工作，通過借助局域網(wǎng)的認(rèn)證功能有助于提高其使用的安全性。在具體應(yīng)用中，系統(tǒng)通過802.1x協(xié)議對(duì)用戶的訪問進(jìn)行限制。

在EPON中，各種機(jī)制被廣泛地應(yīng)用于網(wǎng)絡(luò)、系統(tǒng)管理以及用戶體驗(yàn)等各個(gè)方面。第一，在EPON系統(tǒng)中，每一個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)發(fā)送的數(shù)據(jù)很難被其他網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)接收到，所以不能竊取上行鏈路信息。相反地，下行鏈路采用廣播模式，根據(jù)邏輯鏈路的識(shí)別，由ONU判斷是否接收。第二，針對(duì)加密數(shù)據(jù)處理，提出了三重加密計(jì)數(shù)法，OMU生成密鑰，并定期更新密鑰，保證了數(shù)據(jù)的安全可靠。第三，支持多種ONU身份驗(yàn)證訪問，包括混合身份驗(yàn)證，MAV身份驗(yàn)證，LOID加密碼驗(yàn)證，防止未經(jīng)身份驗(yàn)證的ONU進(jìn)入系統(tǒng)。第四，為用戶提供身份驗(yàn)證服務(wù)，幫助用戶識(shí)別所關(guān)聯(lián)的端口；該系統(tǒng)還可以對(duì)用戶的身份信息和密鑰進(jìn)行協(xié)商，從而保證通信的安全性。第五，保護(hù)性能。DHCP在IP/MAC保護(hù)方面發(fā)揮著重要作用。該系統(tǒng)能夠支持用戶上報(bào)，還能夠有效監(jiān)控認(rèn)證工程，過濾掉系統(tǒng)中存在的危險(xiǎn)因素，允許接入通過認(rèn)證的源MAC和源IP，通過這種方式控制非法操作，避免違法分子的侵入。

4 發(fā)展趨勢(shì)

隨著科技的迅猛發(fā)展，我國(guó)的智能化技術(shù)水平不斷提升，并呈現(xiàn)出日益深入的趨勢(shì)。電力系統(tǒng)中應(yīng)用了越來越多的技術(shù)，其中人工智能就是比較常見的一項(xiàng)。目前，電力系統(tǒng)已經(jīng)逐漸走向了信息化和數(shù)字化。在未來，電網(wǎng)會(huì)進(jìn)一步加大智能化技術(shù)的應(yīng)用，電力行業(yè)也會(huì)逐漸朝著智能化方向發(fā)展。智能電網(wǎng)是未來電力行業(yè)發(fā)展的主要趨勢(shì)，有助于配網(wǎng)發(fā)展水平的提升，供電可靠性的優(yōu)化。在智能電網(wǎng)不斷發(fā)展的同時(shí)，電力系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集、傳輸、處理等方面會(huì)進(jìn)一步加大數(shù)字化和自動(dòng)化技術(shù)的應(yīng)用，這就要求配網(wǎng)工作人員能夠不斷學(xué)習(xí)和掌握先進(jìn)科學(xué)技術(shù)，從而有效解決傳統(tǒng)配網(wǎng)工作中所面臨的一系列難題，實(shí)現(xiàn)智能化管理。數(shù)字化時(shí)代下，自動(dòng)化運(yùn)行的局限性在于，一旦技術(shù)系統(tǒng)出現(xiàn)問題，就會(huì)對(duì)配網(wǎng)的運(yùn)營(yíng)和發(fā)展造成極其嚴(yán)重的負(fù)面影響。這是因?yàn)閿?shù)字化、自動(dòng)化技術(shù)的應(yīng)用是建立在人工操作基礎(chǔ)之上的，如果沒有良好的技術(shù)支持和維護(hù)手段，那么很可能會(huì)導(dǎo)致一些事故發(fā)生。因此，研究人員應(yīng)積極探索數(shù)字化和自動(dòng)化技術(shù)，以提升其發(fā)展水平，從而為智能配網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

5 結(jié)語

電力企業(yè)想要保證為用戶提供優(yōu)質(zhì)、可靠、穩(wěn)定的電能，就要合理利用通信技術(shù)。光纖通信技術(shù)有著較高的安全性和傳輸穩(wěn)定性，已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用。通過對(duì)光纖通信技術(shù)進(jìn)行合理利用，能夠?qū)崿F(xiàn)電力系統(tǒng)的高效穩(wěn)定運(yùn)行。目前，積極采用光纖通信技術(shù)，加強(qiáng)電力系統(tǒng)的自動(dòng)化調(diào)度，以提升電網(wǎng)的運(yùn)行效能，已成為當(dāng)務(wù)之急。