电力系统中光纤通信技术应用探讨

2011-02-19张辉聂正璞万莹

中国科技信息 2011年24期

关键词：相线波分电力通信

张辉聂正璞万莹

1，华北电力大学电气与电子工程学院，北京 102206；

2，华北电网有限公司通信管理中心，北京 100053

电力系统中光纤通信技术应用探讨

张辉1聂正璞2万莹2

1，华北电力大学电气与电子工程学院，北京 102206；

2，华北电网有限公司通信管理中心，北京 100053

电力系统中光纤通信网在电力调度、自动化和继电保护等方面有着非常重要的作用。针对需求日益旺盛的电力系统通信需求，务必加强对现有电力系统的光纤通信网进行研究。本文分析了当前我国电力系统中常用的特种光纤种类，并重点分析了电力系统中光纤通信网的组网技术。

电力系统；光纤通信；特种光纤；组网技术

电力系统通信是电网生产运行中的重要环节，是电力安全稳定运行的三大支柱之一。随着我国电力工业的不断发展，电力系统对对电力通信系统的容量与可靠性提出了更高要求。由于光纤通信特有的抗强电磁干扰和电绝缘性能，且光纤通信方式具有容量大、适应向数字化发展等诸多优点，尤其是光波分复用、光交换等技术的日益成熟，使光纤通信在电力综合通信网、调度通信网、保护装置通信网、光纤通道保护、复用段保护等方面得到了广泛的应用。随着我国电力事业的不断发展，人们对电力通信系统提出了更高的要求，加强对电力系统的光纤通信技术研究有着非常重要的意义。

1、电力通信系统简介

电力通信是是电力市场运营商业化的重要前提，实现电网调度自动化系统和安全稳定控制系统的重要基础，是实现电力系统现代化管理的重要保障。电力通信系统是由主干线、各支干线、程控交换机、调度总机等设备组成的多功能、多用户的综合通信系统。其主干线由光纤、微波及卫星电路构成组成，各支路采用电力线载波、特种光缆等电力系统独特的通信方式，通信手段主要有明线、电缆、无线等方式。

随着电力系统的发展，电力通信系统作为电力系统的专用通信系统也是需要与时俱进的。公网发展缓慢导致通信能力不足，不能满足电力部门特殊通信需求。因此，必须加强电力通信系统的技术提高以保证电力专业化生产高效有序地进行。电力通信业务可分为事务管理业务和关键运行业务。管理信息数据、行政、会议电话和会议电视等属于事务管理业务，具有业务种类多、通信流量大、变化快等特点。能量管理系统、继电保护信号和调度电话、数据采集与监视控制系统、远动信号等属于关键运行业务的范畴，要求准确性、实时性、可靠性。

20世纪70年代，我国电力通信系统开始了初步发展，但发展出期发展进程较为缓慢。只是在一些对信息需求量大和重要的部门采用微波通信。这段时期，电力线载波通信一直占据着我国电力通信的主导位置。由于电力生产的特殊需求，国家在1978年正式批准建设电力专用通信网。我国的电力通信在80年代开始的快速发展时期，电网的快速发展也推动了电网管理和技术的提高。这一时期，新兴的通信技术在电力系统中也得到推广和运用，电网规模逐步增大，大电站、大机组、超高压输电线路不断增加。1990年，我国电力系统已建成6座卫星地面站、110KV及以上输电线载波电路、37条光纤电路337km、18000km微波电路、2万多部无线移动电台26万话路公里，30多台程控交换机达、容量约4万门（线），初步构成了以微波、卫星通信为主干线路，主要用于部、网、省汇接中心，电力系统内已经有200多个单位的交换机实现了直拨联网，电力通信系统已经覆盖全国大部分省区。继军队、铁路之后，电力通信网已成为我国第三大专用通信网。我国电力通信系统在90年代得到了进一步的发展。并成立了电力通信系统专门的建设和管理机构。

近年来以来，电力通信系统的飞速发展，交换网、传输网也得到进一步完善，各种新技术新设备得到应用，逐步引入和建立了互联网、数字数据网、支撑网、监测网。

1.1 电力通信主要方式

1.1.1 电力线载波通信。电力线载波通信是将话音及其他信息通过载波机变换成高频弱电流，利用电力线路输送工频电流。电力线载波通信通道能够与电网建设同步，具有可靠性高、投资少、见效快等优点。电力线载波通信中还有利用电力线路架空地线传送载波信号的绝缘地线载波等方法。绝缘地线载波与普通电力线载波相比，一方面不受输电线路发生接地故障或线路停电检修等方面的影响；另一方面，绝缘地线载波中地线处于绝缘状态，可以避免大量的电能损耗。

1.1.2 光纤通信。光纤通信有着诸多优点，其传输容量大、频带宽、传输衰耗小、同时具有很强的抗电磁干扰能力，光纤通信一出现便率先应用于电力部门，且得到了迅速发展。另外在电力通信中，一些专用特种光纤也被大量使用。

1.2 电力系统通信的特点

1.2.1 网络结构复杂。电力系统通信网中，各种不同性质的设备、机型，它们通过不同的接口方式和不同的转接方式。例如用户线延伸、中继线传输、电力线载波设备与光纤、微波等设备的转接及其他各种设备的转接等。并且通信手段也较多，这使得电力系统的网络结构具有复杂性。

1.2.2 传输信息量少、实时性强。电力系统通信所传输的信息有继电保护信号、话音信号、电力负荷监测信息、远动信号、计算机信息及其他图像信息、数字信息等，信息量不多，但要求很强的实时性。

③通信范围点多面广。电力通信服务的对象包括发电厂、供电局等通信集中的地方，还包括供电区内所有的变电站、电管所。

1.2.4 要求有较高的可靠性和灵活性。电力是人们的生产生活乃至国民经济基础，安全稳定电力供应工作的首要任务；在电力生产存在着不容间断性和运行状态变化的突然性，这就要求电力通信有高度的可靠性和灵活性。

1.2.5 有很强的抗冲击能力。当电力系统发生事故时，波及的范围较广，通信业务量会骤然增多。这就要求通信的网络结构、传输通道的配置有较强的抗冲击能力。

2、电力系统光纤通信网中特种光纤

我国电力由于电力系统的特殊性，电力系统光纤通信网建设是一项复杂的系统工程，一些专门用于电力光纤通信系统的的特种光纤也逐渐产生。电力特种光纤主要包括光纤复合相线、光纤复合地线、金属自承光缆、相/地线缠绕光缆、相/地捆绑光缆和全介质自承光缆等几种。目前，光纤复合地线和光纤复合相线在我国应用较多，以下进行介绍。

2.1 光纤复合地线（Optical Fiber Composite Overhead Ground Wire：OPGW）。光纤复合地线又称地线复合光缆、光纤架空地线，是指在电力传输线路的地线中含有供通信用的光纤单元，兼具地线和光纤的作用，具有使用可靠，不需维护等优点。但总投资额较大，主要适用于新建线路或旧线路更换地线时使用。光纤复合地线不仅可以对输电导线抗雷闪放电提供屏蔽保护，还可以通过复合在地线中的光纤来传输信息。除了具有优越的光学性能外，还完全满足架空地线的机械、电气性能要求。常见的光纤复合地线主要有不锈钢管型、铝管型和铝骨架型三大类。由于我国地域广阔，电力传输线路长，特别是是水电资源大部分集中在西部，而工业城市主要集中在东部沿海地区，因此这就需要大量的长距离超高压架空线来输送电力，光纤复合地线对于进一步发展我国电力工业，进一步提高输电容量有着非常重要的意义。

2.2 光纤复合相线（Optical fiber Phase Conductor：OPPC）。光纤复合相线是将光纤单元复合在输电线路架空相线中的一种用于电力通信的新型特种电力光缆。光纤复合相线充分利用电力系统自身的线路资源，避免在频率资源、路由协调、电磁兼容等方面与外界的矛盾、用于电力通信的一种新型特种电力光缆。光纤复合相线的出现，能解决上述35kV及以下等级的架空电力线路使用光纤复合相线等受限问题，能杜绝110kV及以上线路使用光纤复合地线因雷击而造成的光缆断纤断股事故。另外，使用光纤复合相线，使得使用地线绝缘运行方式成为可能，从而节约因使用光纤复合地线逐基杆塔接地运行方式而造成的电能损失。目前，在我国现行电网中，35KV以下的线路一般都采用三相电力系统传输，系统的电力通信则采用传统的方式进行。

2.3 金属自承光缆(Metal Aerial Self Supporting：MASS)。金属自承光缆和中心管单层绞线的光纤复合地线在结构上并无差异，结构相对简单，成本也较为低廉。金属自承光缆应用于电力系统光纤通信网时，不必像光纤复合地线需要考虑热容量和短路电流，也不需要像光纤复合相线那样要考虑阻抗和载流量，因此，金属自承光缆也在电力光纤通信网中得到较多的应用。

2.4 全介质自承光缆(All Dielectric Self Supporting：ADSS)。全介质自承光缆光缆在我国电力光纤通信网中输电线路的35KV、110KV、220KV 电压等级输电线路上广泛使用，具有直径小、质量轻，可以减少冰和风对光缆的影响、电力输电线跨度大、垂度大等优势。同时，全介质自承光缆内光纤张力理论值为零，且为全绝缘结构，安装及线路维护时可带电作业，这样可大大减少停电损失；具有相当稳定的光学特性，也是得到广泛应用的特种光纤之一。

3、电力系统光纤通信网的组网技术

当前，电力系统的光纤通信网的组网技术主要采用波分复用技术和同步数字技术相结合的技术。

3.1 波分复用技术（WDM）。波分复用技术是指将多个不同波长的光信号复合到同一根光纤上进行传输的技术，根据每一信道光波的波长不同可以将光纤的低损耗窗口划分成若干个信道，把光波作为信号的载波，在发送端采用波分复用器将不同规定波长的信号光载波合并起来送入一根光纤进行传输。在接收端，再由一波分复用器将这些不同波长承载不同信号的光载波分开的复用方式。由于不同波长的光载波信号可以看作互相独立，从而在一根光纤中可实现多路光信号的复用传输。将两个方向的信号分别安排在不同波长传输即可实现双向传输。

根据相邻峰值波长的间隔大小，波分复用技术又可以分为粗波分复用（CWDM）和密集波分复用（DWTM），其中密集波分复用是指相邻波长间隔为1～10nm的波分复用技术，是实现高容量信息传输和构建新型网络的最佳手段。WDM技术可充分利用光纤的带宽资源，使一根光纤的传输容量比单波长传输增加几倍至几十倍，在大容量长途传输时可大量节约光纤；利用波分复用无需对原有电力通信系统作较大的改动即可进行扩容操作。由于波分复用技术具有很多优势，因此在电力通信系统得到广泛应用。

3.2 同步数字体系（SDH）。同步数字系列是美国贝尔通信技术研究所提出来的先进技术，是一种将复接、线路传输及交换功能融为一体、并由同一网管系统操作的综合信息传输网络。SDH技术通过对不同速度的数位信号提供相应的等级，并通过标准的复用方法和映射方法，将低等级的SDH信号复用为高等级的SDH信号，实现网络传输的同步，解决了局部网络与核心网逐渐的接入瓶颈问题，大大提高了网络带宽的利用率。同步数字体系大大简化了复接和分接技术。SDH可以把2Mb/s直接复接入或分接140Mb/s，而不必逐级进行，上下电路方便，大大提高了通信网的灵活性和可靠性。同时，SDH确定了全世界通用的光接口标准。这样就使得不同厂家生产的设备可以按统一接口标准互通使用，节省网络的成本。

SDH体系同时只有一套完善的自我保护体系，可以满足电力通信高可靠性的要求，将SDH和DWDM技术相结合的组网技术，在为电力通信提供高效传输能力的同时，也保证了较高的安全性。近年来得到了广泛的应用。

4、电力系统光纤通信网的运营管理和维护

随着光纤通信在我国电力系统中的应用越来越广泛，网络规模越来越庞大，网络结构也越来越复杂。加强对电力系统的光钎通信网的运营管理和维护是保障电力通信系统安全稳定运行是非常重要的。要加强对电力系统专业技术人员进行业务技能培训，使得他们务必掌握光纤通信系统的工作原理和维护技能，并配备专业的技术设备和测试仪器，使得光纤通信网的安全运营得到全力保障。