输电线路光纤环网通信难点及其应用

杨晓敏

（中国南方电网超高压输电公司柳州局，广西 柳州 545000）

0 引 言

输电线路是电力系统的重要组成部分，承担着输送和分配电能的任务[1]。随着电网分布的不断拓展，自然灾害、外力破坏以及自身设备异常等因素导致输电线路故障愈发频繁，给输电线路的巡视维护工作带来了更大的挑战。因此，加强输电线路在线监测技术的应用以促进输电线路安全、稳定运行变得十分重要。

目前，输电线路状态的在线监测通信主要以公网通信与专网通信2种模式为主。公网通信虽然不用架线，是一种灵活性和移动性较强的通信模式，但是存在信号覆盖差、传输速率慢以及传输不安全等问题，同时通信产生的费用较高。专网通信虽然运行成本低、传输速度快，但是冗余性得不到保障，一旦无线访问接入点出现问题，就会造成整个通信系统的瘫痪。基于此，输电线路急需一种经济实用且稳定可靠的在线状态监测通信方式，以此实现对输电线路可视化、全覆盖的运维管理[2]。

光纤环网通信技术作为一种以光纤为载体连接多个计算机的局域网技术，依托光纤传输所带来的高质量、高速度数据传输效果，结合双向传输的环形拓扑结构，能够有效防止单点故障的发生。将光纤环网通技术应用于输电线路监测，可以充分发挥其优势。

1 光纤环网通信概述

1.1 光纤环网通信的主要架构

光纤环网通信采用光纤分布式数据接口（Fiber Data Distributed Interface，FDDI），使用光纤连接多个计算机[3]。通过光纤传输数据，实现高速的数据传输和可靠的数据交换。光纤环网主要组成及功能如表1所示。

表1 光纤环网主要组成及功能

1.2 输电线路光纤环网基站主要设备

光纤环网通信主要用于输电线路的监测，实现无线信号的全覆盖和数据传输通道的搭建。输电线路光纤环网基站关键构成有智能处理主机、光纤接续盒、光纤尾缆、电源系统以及无线通信装置。

智能处理主机是光纤环网通信基站的核心，负责对整个系统的数据进行收集、分析与转发，保障数据在环路中的顺畅传输。

光纤接续盒为开断的光纤提供熔连，并为连接点提供防护。

光纤尾缆是扩展传感器、光纤等串入光纤环网基站的传输通道。

电源系统为整个光纤环网基站提供动力，如太阳能发电系统和风力发电系统等，其中电力系统的充电、放电受智能处理主机的控制。

无线通信装置是扩大光纤环网基站无线覆盖范围的设备，为光纤环网基站提供3～5 km范围内的无线接入热点。

1.3 光纤环网的优点

1.3.1 高速传输

光纤环网采用光纤作为传输介质，具有高速传输的优点。光纤的传输速度可以达到光速的2/3左右，远高于传统铜缆和无线网络的传输速度，从而满足人们对高速网络的需求。

1.3.2 稳定可靠

光纤环网具有较高的稳定性和可靠性。由于光纤的传输不受电磁干扰和信号衰减的影响，光纤环网可实现长距离数据传输，且不会出现信号衰减和数据丢失的情况。光纤环网的环形结构保证了数据传输的稳定性和可靠性，即使某个节点出现故障，也不会影响整个网络的运行。

1.3.3 扩展性强

光纤环网具有很强的扩展性，可以通过增加节点和光纤的方式来扩展网络的规模。即使网络规模扩展到很大，也不会影响网络的传输速度和稳定性。

1.3.4 安全性高

光纤环网具有高度的安全性。光纤的传输不会产生电磁波，因此不会被窃听和干扰。光纤环网的点对点传输方式保证了数据的安全性，即使数据传输被截获，也只能获取部分数据，无法获取完整的数据信息。

1.4 架构光纤环网的要点

1.4.1 节点布局

在布置节点时，需要考虑节点之间的距离和互相之间的连通性。节点之间应保持一定的距离，以避免相互干扰。节点之间也需要互相连接，便于数据传输。

1.4.2 光纤布线

光纤的布线应该尽量避免弯曲和拉伸，以免对光纤的传输产生影响。光纤的长度也需要尽量保持一致，以免传输速度不一致。

1.4.3 光纤产品质量

光纤产品的质量对于保障网络的稳定性和可靠性非常重要。在选择光纤时，应选择质量好、传输速度快、信号衰减小的光纤产品。

1.4.4 网络监控和维护

在网络运行过程中，需要对网络进行监控和维护，及时发现故障并进行修复。此外，定期对网络进行优化和升级，提高网络的稳定性和可靠性。

2 输电线路光纤环网通信技术难点及应对建议

2.1 电源问题

目前，电源问题一直是户外使用设备需要攻克的难题。大部分输电线路架设在离居民生活区比较远的户外，相应的在线监测设备也需要在户外使用，导致电源问题成为输电线路在线监测的实施难点之一。

针对这一问题，光纤环网通信基站建设可以从2个方面出发。一方面，根据监测线路周边的自然环境，选择太阳能发电、风力发电以及地线取能发电等方式为整个基站系统提供足够的电力，同时采用智能化低功耗技术，降低整个通信系统的电量损耗；另一方面，根据当地的温度监测情况选择合适的蓄电方式，如三元锂电池、胶体电池以及磷酸铁锂电池蓄电等，通过发电与蓄电相融合的方式，解决光纤环网通信基站用电难的问题。

2.2 数据传输安全问题

在线监测装置的网络通信安全是保障通信系统安全运行的重要一环，如果缺少有效的防护手段，会在通信过程中发生信息泄露、信息窃取、数据篡改以及数据增删等事故[4]。因此，需要做好输电线路光纤环网通信网络安全的全面防护。

首先，需要针对光纤环网通信网络所连接的监控终端、光纤基站、光纤环网以及基站无线通信装置等采取相应的安全保护机制；其次，为了提高网络安全，在监测终端和光纤基站等方面采取严格的硬件防护措施，避免受到非法分子的侵害；最后，在设施上配置加密芯片，将控制指令和敏感数据隔开，且在连接到智能光纤环网的有线设施或无线设施上实施严格的身份验证机制，确保收集的信息真实可靠。

2.3 熔纤问题

通常情况下，熔纤失误会导致整个通信线路瘫痪，是光纤环网通信技术应用过程中需要注意的问题。针对这一问题，可以采取提前标识的方式。在铺设光纤复合架空地线（Optical Fiber Composite Overhead Ground Wire，OPGW）时，提前将预留给在线监测所使用的4芯光纤熔断出2个纤头，单独安装在在线监测专用光纤接续盒内，避免后续因光纤数量多而带来熔纤失误。后期在安装智能光纤环网基站时，只需从专用的光纤接续盒进行连线，将预先铺设好的地线连接到光纤环网基站主机，能实现基站与整个系统的联通。该方法不仅不会对其他通信业务产生负面影响，而且在新建线路时熔纤的费用比后期单独熔纤的费用低得多，节省了大量的时间和精力。

2.4 对现有业务的影响问题

通过使用智能光纤环网通信技术，能够搭建冗余环网架构，在网络中的某一部分出现故障时，能通过其他网络恢复，保证网络的正常运行。除了采取模块化的设计，智能光纤环网基站还具有其他优势，如果发生故障，将其中的故障模块拆下就可以立即启动，没有必要重新启动，从而保证了现有通信服务的正常运转。

3 输电线路光纤环网通信技术的应用领域

通过构建一个覆盖整条输电线路的光纤环网通信系统，既能保证沿途实时监控系统的高效运行，又能满足各行各业的通信需求，从而拓展更多的应用场景。

3.1 输电线路在线监测

通过构建一个具有极强覆盖性的光纤环网通信基站，可以使3～5 km输电线路上的所有在线监测设备通过光纤环网通信系统进行远程连接，实现数据的传输。基站不仅能够支持高清视频的在线传输，而且不会出现网络拥堵的问题，能够保障全面掌握输电线路中各监测位置的实时状态，也不会产生任何流量费用。

3.2 无人机、地线机器人巡检

未来的大型无人机挂载技术将向着图像传输的方式演变，有望代替传统的人力巡查方式，从而更好地满足架空输电线路的监控要求[5]。目前，大多数无人机设备、地线机器人等设施都采用录制视频的方法来进行巡查，但该方法存在实时监测时效性差等问题。针对这一问题，将无人机设备、地线机器人等巡检设备与光纤环网通信基站相配合，能很好地实现实时监测的功能。一方面，光纤环网通信基站收集的输电线路信息能够为无人机设备、地线机器人的布设和配置提供参考信息；另一方面，光纤环网通信基站能够为无人机设备、地线机器人等巡检设备提供通信链路，实现巡检图像的实时传输，保证巡检的时效性。

3.3 应急指挥救援

通过智能光纤环网通信基站构建的通信系统，能够为输电线路沿线提供通信网络。随着智能电网的快速建设，我国输电线路架设变得愈发密集，甚至在人烟稀少的区域都有输电线路。当该地区发生自然灾害导致运营商网络无法正常使用时，光纤环网通信基站能够为应急指挥提供局域网互联互通服务，实现实时的语音和视频通话，为应急救援指挥提供通信服务。

4 结 论

在智能电网建设背景下，实现输电线路的可视化、稳定化以及高效化在线监测是未来电力行业发展的必然趋势。光纤环网通信技术优势和输电线路在线监测需求相匹配，以此推动输电线路光纤环网通信的建设大有可为。同时，要积极正视光纤环网通信应用的技术难点，以融合发展的眼光看待输电线路光纤环网通信技术，以扩展技术应用场景为目标，真正做到先进技术与电力发展的全面融合和深入融合。