电力通信系统中光纤通信技术应用研究

2024-03-08国网陕西省电力有限公司富县供电分公司

电力设备管理 2024年2期

国网陕西省电力有限公司富县供电分公司屈铭

智能电网建设加速，推动着电力通信系统持续优化更新，以此为智能电网的安全建设提供有力保障，维护整个配电网以及电力系统的高效、平稳运行。在电力通信系统的完善建设期间，光纤通信技术受到了更多关注，也逐渐在相应系统内得到深入应用，使电力通信的质量水平大幅提高。

1 光纤通信技术的应用优势分析

光纤通信实际具备的通信容量较高，多根光纤可以在1根光缆中完成布设，结合波分复用技术，即可实现对通信容量的明显增加；中继距离相对较长，依托光纤接收等设施在光纤中的投放，即可促使中继距离提升至数百千米；强适应能力，抗弯性能理想，能够实现对多种外界干扰因素的有效防御与规避；光缆实际重量偏低，敷设灵活性更为明显；保密性理想，由于仅在纤芯区内进行信息传输，因此发生传输信息泄露问题的概率更低。

2 光纤通信技术在电力通信系统中的应用现状分析

在我国信息技术高速发展和广泛应用的背景下，通信技术和信息技术在电力行业中的应用范围逐渐扩大。电力行业作为我国国民经济的支柱产业，对社会生产和人们生活具有重要意义，高新技术的研发及其在电力行业中应用也会对电力企业的发展产生推动作用[1]。在电力通信系统中，光纤通信技术的应用可以为电力信息资源内容的创新发展提供支持，在其硬件设备、数据存储、运行管理等方面，光纤通信组网基本框架中电力信息技术和通信技术具有十分重要的作用。随着当前电力通信系统发展数字化和智能化水平不断提升，为电力企业的高效运营提供了强有力的技术支持，也对电力行业信息产业通道的开拓和电力系统的高质量发展提供更多动力。

电力通信系统包含配电网、电力调度网等结构。其中电力调度网在层次划分中，要根据运营商的具体要求，利用智能电网技术对电力资源进行有效调度。但这种方式在实际运行期间会导致网络承受较大负荷，同时面临其通信网运行负担过大的问题，传统的设备组网方式都无法满足现代电力通信系统的升级需求。对此，加大光纤通信技术在电力通信系统中的应用现状，完善电力系统组网方式，创新通信技术体制，促进我国配电设备的自动化发展，使其网架结构不断强化，最终达到智能化供电建设的目的。

3 光纤通信技术在电力通信系统中的具体应用探究

3.1 组网技术的应用

3.1.1 ASON 技术

ASON 网络主要可以理解为，在一定程序指令下，针对光传送网络实施连接以及交换的网络，依托对平面的控制分配采集到的资源，促使通信网络实现智能化。在电力通信系统建设与组网实践中，ASON 技术所显现出的优势更为明显。现阶段，实际投入电力通信系统与组网中的ASON 设备不仅可以自身组网，也可以与传统SDH 设备共同组网，并且实现网管的端到端管理。基于此，在组网期间，出于对成本的考量，可以针对主要供配电线路进行ASON 网络覆盖，剩余线路可以暂时继续使用SDH设备，但在网管上仍可以进行全网的端到端业务发放、管理、监控，实现无缝对接。同时，现网中支持ASON 能力的SDH 设备，可以随着网络改造节奏，开启ASON 功能将其并加入干线ASON 域中，从而扩大ASON 网络覆盖的范围，最终实现全网ASON。

在当前电力通信系统与组网不断扩大的背景下，ASON 高可靠、安全、灵活、便于维护的优势得到充分地体现。ASON 是SDH 传输网络向智能网络演进的技术革新，也必然会成为智慧电网发展的坚实基础和推动力。

3.1.2 OTN 技术

OTN 的信号传输主要应使用光层组织网络完成，相比于传统WDM、SDH 等光传输网络而言，OTN 实际具备的应用优势明显，即从调度功能方面来看，OTN 拥有统一的光电交叉平台，交叉颗粒为0DUk/波长。从系统容量方面来看，OTN 拥有超大容量。从传输性能方面来看，OTN 支持长距离传输，具备更加强大的FEC，不需要进行全网同步。从监控能力方面来看，OTN 主要通过光电层开销，能够落实对各层级网络的有效监控；实施6级串行连接管理，在多设备供应商/多运营商网络的监控管理中有着更强的适用性。从保护功能方面来看，OTN 具备丰富的光层以及电层通道保护、共享保护。从智能特性方面来看，OTN 为波长级别、0DUk 级别的智能调度提供支持。

3.1.3 EPON 技术

EPON 网络结合应用了Ethemet 以及PON 的技术特点，为智能电网系统信息平台的构建提供了更为理想的技术支持。EPON 网络主要由交换机、OLT（光线路终端）设备、分光器、ONU（光网络单元）设备等结构组成，应用EPON 技术实施组网，能够将原本在平面中较为分散的点位，依托EPON网络架构实现各区域、稀少点位的有效连接，实现对烦琐布线的减少。相比于组网技术而言，EPON组网的成本更小、维护更加简单、带宽较大、网络覆盖面积较大且支持一点至多点的信息传输，将其引入电力通信系统中，能够促使整个系统的工作效率得到明显提高。应用光纤通信技术进行组网期间，需要确保投放的通信设备满足表1要求。

表1 光纤通信技术对通信设备的要求

3.2 分层技术的应用

在当前的电力通信系统构建与运行期间，为促使相应系统的覆盖面得到有效扩大，需要引入分层技术。在实际应用分层技术优化电力通信系统前，必须切实完成对用户群体位置的确定，科学选取环形、逐层分层等技术，根据实际的覆盖需求及不同的覆盖效果选定具体技术[2]。在不同地区条件下，对于电力通信系统覆盖面的要求也存在着一定的差异，且尚未形成较为固定、统一的标准，所以在实际使用光通信技术时，要提前展开对多种问题与可能发生的情况的考量，积极引入更为先进的新型传输技术，确保电力通信系统的覆盖面达到现实要求，实现对电力通信系统传输效果的进一步提升。

现阶段，本地电网中对于分层技术的应用也较为常见，更多是在格状组网中实现对分层技术的引入。此时，在实际的电网运行以及保护阶段，并不需要对更多保护功能进行设定与使用，以便在此基础上更好完成相关业务。本地电网实际运转实践中，为确保业务传输的可靠性、安全性达到理想水平，就需要借助电网关联。对于电网来说，其中所包含的各个成分之间均存在着较为紧密的联系性，一旦某一环节产生故障问题，则势必会对整个业务传输产生负面影响。出于对维护电网运行安全、可靠的考量，避免发生严重的业务流失问题，在电网运行与管理期间，必须切实纳入光纤通信技术，依托分层技术的应用避免在单一结构故障条件下整个电网均无法运行的问题发生。

3.3 智能光纤检测技术的应用

目前，配电网的覆盖范围逐年递增，用户的实际用电需求也表现出持续提高的发展趋势，此时，电力通信系统实际所涉及的业务范围及信息交互数量也随之呈现出明显提升的变化状态。在这样的大背景下，原有的电力通信系统监管维护工作难度与复杂水平上升、监测距离不足、故障点定位精准性下降。为确保电力通信系统能够在当前高效、安全、平稳运行，可以应用光纤通信技术落实对电力通信系统的优化，完善电力光通信系统的监测体系。为实现这一目标，智能光纤检测技术的应用需受到更多关注。

智能光纤检测技术的构建基础为光时域反射仪，通过向光纤内发送测试光脉、对反射光进行接收与监测的方式，完成对光纤的实时性监测。例如，在测试光的实际传输过程中，如果发生连接器故障或是光电断裂问题，抑或是遇到光纤末端，则均会依托脉冲的形式在OTDR 上反射，通过对光反射过程实际所经过的时间进行分析与判断，能够完成对故障发生位置的精准确定[3]。在应用智能光纤检测技术对链路运行状态进行监测以及定位故障点位期间，需要完成的主要操作包括：对正常状态下光路运行的实际情况进行测量与相关信息存储，形成健康水平条件下的数据曲线；对网络运行状态下OTDR 测试数据落实实时性刷新，对比健康数据，以此完成对光路性能的在线检测；如果发现OTDR 测试数据与健康数据之间存在着较为明显的差别，系统会迅速发出预警信息，提示光纤线路存在故障，并通过比较分析健康曲线以及故障曲线，实现对故障点位的精准定位。

3.4 混沌保密光纤通信技术的应用

现阶段，电力通信系统与网络的扩大发展对电力通信系统传输安全提出了更高要求，此时，依托混沌保密光纤通信技术的应用，就能够实现对电力通信系统传输安全的有效维护。实践中，为更好地实现电力通信系统传输安全保护方面的多样需求，要持续落实对混沌保密光纤通信技术的更新，促使电力通信系统传输安全保护工作与时俱进。为实现这一目标，可以在基于光—电—光混沌保护光通信的基础上，组织开展对时频相关加密模块的加设，对时延标签实施消除处理，以此促使密钥空间得到进一步提升，为电力通信系统传输安全的更好维护提供更为理想的技术支持。

在当前的电力通信系统传输安全保护实践中，基于马赫-曾德尔电光调制器的混沌保密光纤通信系统更加常用，相应装置图如图1所示。结合该装置图能够明确的是，在基于本混沌保密光纤通信系统的电力通信中，实现由变电站1至变电站2的混沌保密光纤通信传输。其中，变电站1主要承担着发射端的任务，包含的主要结构如下。激光器LD1（波长为1500nm）、直调激光器LD2（波长为1550nm）、马赫-曾德尔电光调制器（带宽为10GHz）、光电探测器（带宽为10GHz）、光延迟线、基于电放大器的光电延迟反馈环（带宽为10GHz）、光耦合器等。实际信号传输期间，能够混合经过加密处理的光信号以及混沌信号，以此实现在混沌信号内隐藏经过加密处理的光信号，提升加密传输效果。变电站2主要承担着接收端的任务，包含的结构基本与变电站1保持一致。在信号接收期间，依托光耦合器的应用，能够将接收到的光信号划分为通过混沌复制、通过光电探测器接收的这两部分，提取混沌载波，对两部分信号实施相减处理，以此完成信号解密。