光纤通信技术在配网自动化中的应用

2024-05-27曹华卿

大众标准化 2024年6期

曹华卿

（山西思极科技有限公司，山西太原 030032）

在配网通信网络中，点多、覆盖面广、分散是其主要特征，工作人员在选择区域配网的具体通讯情况时，必须充分考虑实际情况，以确保正确的决策。传统的电缆线路已经无法满足现代社会发展的要求，为了保证人们生产生活的正常进行，需要对其改造升级。由于城市建筑物的阻碍、高负荷和复杂的杂散电波等多种因素的影响，无线通信在应用过程中面临着相当大的挑战。为了满足当前的需求，就要采取先进的通信手段来提高供电质量和运行效率。在配电网通信技术中，光纤通信技术以其高效的通信容量、卓越的安全性、快速的传播速度和远距离的传输能力而备受青睐。

1 光纤通信的特点

光纤通信技术运用光作为载波，以光纤为传输媒介，实现信息的传输。它具有频带宽，容量大，保密性好等特点，已广泛应用于国民经济和国防建设中。在光纤的构成中，主要包括如下结构和作用：①纤芯、包层和涂层是不可或缺的元素。它们分别由不同材料制成。内芯较细，为10～100 μm；②中间层，即被称为包层的区域；③涂层则为保护层，主要起保护和绝缘的功能。在信号传递的过程中，纤芯扮演着不可或缺的角色；④包层和纤芯的折射率呈现出明显的差异，表明它们在光学性能方面存在显著的差异；光纤的保护可以得到更好地提升，只需施加涂层技术即可。

随着光纤通信技术的广泛应用，不难发现，相较于传统的信息通信技术，先进的光纤通信技术具备着极为显著的优越性。

（1）具备出色的抗电磁干扰能力。电磁波本身存在一定程度的能量损耗和频率衰减等问题，这一特点导致信号传输效率降低，进而影响了人们日常工作与生活质量。当信号在传播过程中受到电磁干扰时，通信技术的传输效果将受到严重的削弱。相较于传统通信技术，光纤通信技术展现出了更为卓越的电磁干扰抵御能力。所以，通过将石英与光纤混合使用可以有效提升光纤通信技术的抗电磁干扰性能。在光纤制造中，石英具有相对较高的抗损性和绝缘性能，是一种不可或缺的材料。在石英材质的影响下，光纤通信技术的电磁干扰抵抗能力得到了显著的提升。由于光纤通信系统内部没有任何电气线路连接，因此不会受到电磁场以及其他电磁干扰。光纤具有传输容量大、抗干扰能力强等优点。因为光纤通信技术的广泛应用，电力系统的供电稳定性得到了保障，从而满足了用户对于电力供应的需求。我国积极推广光纤通信技术，充分利用其强大的抗电磁干扰能力，从而极大地拓展了光纤通信技术的应用范围。

（2）传输容量大。光纤作为现代重要通讯工具，其自身具备着诸多优势。目前，光纤通信技术已经成为现代信息技术领域应用较为广泛的一项关键技术。为满足人们对信息传输效率和质量的需求，光纤通信技术被广泛应用，以确保信息传输的高效性和准确性。光纤具有较高的损耗性能，能够有效减少线路铺设成本，光纤通信技术的广泛应用，极大地扩展了信号频带得到，同时负载范围也得到了显著的扩大。光纤通信技术赋予了网络架设多个中继站的能力，从而提高了信号传递的灵活性。光纤通信技术在信号传输中扮演着至关重要的角色，它的重要性不言而喻，必须更加重视光纤通信技术的研究和应用，以确保其在未来的发展中发挥更大的作用。

（3）安全性强。在信息传递的过程中，必须加强信息数据的安全性，以确保信息不会被遗漏或泄漏。光纤具有非常好的抗电磁干扰性能，同时还能保证较高的传输速率。光纤通信技术已然呈现于公众视野之中，可以对电磁波和电磁辐射等干扰因素起到屏蔽的效果，被广泛地应用在各种领域当中。光纤通信技术比传统的通信技术有着更好的安全性，有助于保证安全传递数据信息。光纤通信技术能够通过薄层将光信号吸收，避免受到外界其他信号的干扰，确保光信号能够准确持续地传播。此外，光纤通信技术还具有较好的保密性能，可以避免外界对自身信息造成影响。由于光纤通信有着较高的安全性，所以很多非法监听行为得到了阻止。电力企业通过在配网系统中应用该技术能够实现信息传输保密性和完整性的显著改善，从而保障信息传输的安全性。

（4）损耗少。目前使用的光器件主要是石英光纤。在电力传输领域，光纤通信技术以其低损耗的特性而备受青睐。因为石英材料本身就具有较好的光学特性和机械性能，所以其作为光缆原材料可以有效提高光纤损耗水平。在电力工业发展过程中，需要考虑到光纤损耗对其影响，而石英光纤损耗率一般小于20 dB/km。相较于石英光纤损耗率，其他材质的电缆普遍表现出更高的损耗速率。通过使用光缆线路来进行电力传输是目前最常用的方式。

（5）所需材料充足。在现代社会中，信息传输主要依靠光缆和光纤来完成。相对于传统通信技术而言，光纤通信技术具备材料丰富、成本低廉等应用优势。石英，作为光纤通信技术的主要材料，在我国得到了充分的应用，这不仅有助于降低通信成本，还可以将同通信效果的稳定性提高。

2 光纤通信技术的应用

2.1 无保护组网的规划

在配网自动化系统中，若存在一座110 kV变电站和五个10 kV开闭站，则应采用链型网络部署模式。在每个主干网上安装一个子站，用于对各分场的开关量信号进行集中监测和控制。OLT设备是变电站内的一项重要设备，其主要负责的是监控终端数据的收集整理，并且将整理结果传输到总站。

ONU设备主要借助无源分光器和主干线光纤连接，同时其作为独立的设备设置于开闭站中，如果某个设备发生故障，那么其他设备可以依然正常运转，避免相互影响。为了实现变电站和开闭站之间的通信沟通，可以采用48芯ADSS光缆或非金属阻燃管道光缆，而网络多级分路处理则需要使用非均匀分光器。然而，单链网络组成的主干光纤难以有效实现网络保护。

2.2 全线路保护组网规划

工作人员可以以配电自动化系统为基础做好星型主网的开闭位置的合理布设。根据配电自动化系统实施情况，对不同类型的配变进行相应改造后，实现配网自动化。在建设配电网自动化通信系统中，工作人员可以采用和链型结构相一致的方法合理配置变电站的OLT设备。该方法可以实现对变电站内所有线路终端及配变终端等进行集中监控管理。通过采用双PON口的方式，工作人员在OLT设备中接入ONU，将PON的作用充分发挥出来。

2.3 “手拉手”保护组网规划

如果两个变电站和五个开闭站中采用自动化系统，工作人员可以按照手拉手的模式进行主网保护，以确保通信线路的安全。采用该方案可以实现两个变电站间信息共享和互操作，从而降低了继电保护装置配置难度。在实施具体的设置过程中，工作人员应合理地配置两个变电站的OLT设备，借助ONU设备实时采集汇总所有终端数据信息，通过高效的通信实时检测接口和主站运行情况。

2.4 架空地线复合光缆

在电力通信系统中，企业所用光缆多为铝线、钢芯、光纤等共同组成，常见三种类型的光缆为骨架式光缆、层绞式光缆和中心束管式光缆。三种光缆均有较好的力学性能和抗拉性。这种综合光缆具有较高的机械强度、耐磨性和导电性，在电力系统中具有较好的应用效果，保证了电力系统的稳定运行。为扩大光缆的负载范围和避免复合光缆材料构成上的缺陷，需采用双层保护套隔离紫外线照射光缆，使光缆达到架空效果，使其性能最大化。

2.5 光复用技术的应用

在光复用技术中，波分复用、频分复用和光时分复用是重要组成内容，其应用对实现光复用起着至关重要的作用。①WDM技术可实现同一条光纤路径上的多个光载波发射，大大提高信号传输速率，并具有双向信号传输特性。②可利用不同的光电频率进行频分多路复用以实现不同种类的信号的传送，是一种有效的信号传送方案。③利用光编码多路复用技术，对信号进行编码和解密，可以有效提高信号的传输速率，并保证传输过程的安全。

3 配网自动化中光纤通信技术的实践应用

3.1 比较分析扩容与网络规模

由于工业以太网具有成本低、可靠性高和易于实现等特点，因此非常适合用于电力自动化控制系统。该网络架构具有高度的灵活性和简洁性，对于网络规划的要求并不苛刻，适用于各种不同的网络架构。为了将工业以太网进一步扩容，工作人员可以在其中加入光链路和新的交换设备，简化了扩容工作。由于其传输距离远超过EPON系统，因此其传输范围也相应地扩大，带宽需求比较大的情况下能满足业务流量增长的要求。在控制组件环网以太网数量时，不应过度限制设备数量，以便于维护，建议控制以太网数量在50个以内。

在进行扩容操作时，EPON系统需要进行光路器的更换，以实现分路器的增加，从而提高了分路器光的方向。由于光器件的数量较多，如果只考虑单个元件的话，会导致成本过高，同时也不便后期维护和管理。因此，工作人员在设计EPON系统中要做好光功率余量和光纤资源的预留，保证后续能够更好地完成扩容工作，从而提高系统的性能和可靠性。为了提高传输效率，在新增的节点上设置了有源器件，并且可以对每个子模块进行独立操作，这样就能使整个网络具有更强的灵活性和扩展性。为确保网络扩容，建议在新增节点上引入OMU和分光器。对于有源器件来说，因为其具有很好的性能，已经广泛运用到了各种场合之中。

3.2 对比分析业务安全接入情况

局域网是工业以太网操作的基础，以太网本身不存在安全认证工作，通过借助局域网的认证功能有助于提高其使用的安全性。在具体应用中，系统通过802.1x协议对用户的访问进行限制。

在EPON中，各种机制被广泛地应用于网络、系统管理以及用户体验等各个方面。第一，在EPON系统中，每一个网络节点发送的数据很难被其他网络节点接收到，所以不能窃取上行链路信息。相反地，下行链路采用广播模式，根据逻辑链路的识别，由ONU判断是否接收。第二，针对加密数据处理，提出了三重加密计数法，OMU生成密钥，并定期更新密钥，保证了数据的安全可靠。第三，支持多种ONU身份验证访问，包括混合身份验证，MAV身份验证，LOID加密码验证，防止未经身份验证的ONU进入系统。第四，为用户提供身份验证服务，帮助用户识别所关联的端口；该系统还可以对用户的身份信息和密钥进行协商，从而保证通信的安全性。第五，保护性能。DHCP在IP/MAC保护方面发挥着重要作用。该系统能够支持用户上报，还能够有效监控认证工程，过滤掉系统中存在的危险因素，允许接入通过认证的源MAC和源IP，通过这种方式控制非法操作，避免违法分子的侵入。

4 发展趋势

随着科技的迅猛发展，我国的智能化技术水平不断提升，并呈现出日益深入的趋势。电力系统中应用了越来越多的技术，其中人工智能就是比较常见的一项。目前，电力系统已经逐渐走向了信息化和数字化。在未来，电网会进一步加大智能化技术的应用，电力行业也会逐渐朝着智能化方向发展。智能电网是未来电力行业发展的主要趋势，有助于配网发展水平的提升，供电可靠性的优化。在智能电网不断发展的同时，电力系统数据采集、传输、处理等方面会进一步加大数字化和自动化技术的应用，这就要求配网工作人员能够不断学习和掌握先进科学技术，从而有效解决传统配网工作中所面临的一系列难题，实现智能化管理。数字化时代下，自动化运行的局限性在于，一旦技术系统出现问题，就会对配网的运营和发展造成极其严重的负面影响。这是因为数字化、自动化技术的应用是建立在人工操作基础之上的，如果没有良好的技术支持和维护手段，那么很可能会导致一些事故发生。因此，研究人员应积极探索数字化和自动化技术，以提升其发展水平，从而为智能配网的稳定运行奠定坚实基础。