電力系統中光纖通信技術應用探討

張輝 聶正璞 萬瑩

1，華北電力大學電氣與電子工程學院，北京 102206；

2，華北電網有限公司通信管理中心，北京 100053

電力系統中光纖通信技術應用探討

張輝1聶正璞2萬瑩2

1，華北電力大學電氣與電子工程學院，北京 102206；

2，華北電網有限公司通信管理中心，北京 100053

電力系統中光纖通信網在電力調度、自動化和繼電保護等方面有著非常重要的作用。針對需求日益旺盛的電力系統通信需求，務必加強對現有電力系統的光纖通信網進行研究。本文分析了當前我國電力系統中常用的特種光纖種類，并重點分析了電力系統中光纖通信網的組網技術。

電力系統；光纖通信；特種光纖；組網技術

電力系統通信是電網生產運行中的重要環節，是電力安全穩定運行的三大支柱之一。隨著我國電力工業的不斷發展，電力系統對對電力通信系統的容量與可靠性提出了更高要求。由于光纖通信特有的抗強電磁干擾和電絕緣性能，且光纖通信方式具有容量大、適應向數字化發展等諸多優點，尤其是光波分復用、光交換等技術的日益成熟，使光纖通信在電力綜合通信網、調度通信網、保護裝置通信網、光纖通道保護、復用段保護等方面得到了廣泛的應用。隨著我國電力事業的不斷發展，人們對電力通信系統提出了更高的要求，加強對電力系統的光纖通信技術研究有著非常重要的意義。

1、電力通信系統簡介

電力通信是是電力市場運營商業化的重要前提，實現電網調度自動化系統和安全穩定控制系統的重要基礎，是實現電力系統現代化管理的重要保障。電力通信系統是由主干線、各支干線、程控交換機、調度總機等設備組成的多功能、多用戶的綜合通信系統。其主干線由光纖、微波及衛星電路構成組成，各支路采用電力線載波、特種光纜等電力系統獨特的通信方式，通信手段主要有明線、電纜、無線等方式。

隨著電力系統的發展，電力通信系統作為電力系統的專用通信系統也是需要與時俱進的。公網發展緩慢導致通信能力不足，不能滿足電力部門特殊通信需求。因此，必須加強電力通信系統的技術提高以保證電力專業化生產高效有序地進行。電力通信業務可分為事務管理業務和關鍵運行業務。管理信息數據、行政、會議電話和會議電視等屬于事務管理業務，具有業務種類多、通信流量大、變化快等特點。能量管理系統、繼電保護信號和調度電話、數據采集與監視控制系統、遠動信號等屬于關鍵運行業務的范疇，要求準確性、實時性、可靠性。

20世紀70年代，我國電力通信系統開始了初步發展，但發展出期發展進程較為緩慢。只是在一些對信息需求量大和重要的部門采用微波通信。這段時期，電力線載波通信一直占據著我國電力通信的主導位置。由于電力生產的特殊需求，國家在1978年正式批準建設電力專用通信網。我國的電力通信在80年代開始的快速發展時期，電網的快速發展也推動了電網管理和技術的提高。這一時期，新興的通信技術在電力系統中也得到推廣和運用，電網規模逐步增大，大電站、大機組、超高壓輸電線路不斷增加。1990年，我國電力系統已建成6座衛星地面站、110KV及以上輸電線載波電路、37條光纖電路337km、18000km微波電路、2萬多部無線移動電臺26萬話路公里，30多臺程控交換機達、容量約4萬門（線），初步構成了以微波、衛星通信為主干線路，主要用于部、網、省匯接中心，電力系統內已經有200多個單位的交換機實現了直撥聯網，電力通信系統已經覆蓋全國大部分省區。繼軍隊、鐵路之后，電力通信網已成為我國第三大專用通信網。我國電力通信系統在90年代得到了進一步的發展。并成立了電力通信系統專門的建設和管理機構。

近年來以來，電力通信系統的飛速發展，交換網、傳輸網也得到進一步完善，各種新技術新設備得到應用，逐步引入和建立了互聯網、數字數據網、支撐網、監測網。

1.1 電力通信主要方式

1.1.1 電力線載波通信。電力線載波通信是將話音及其他信息通過載波機變換成高頻弱電流，利用電力線路輸送工頻電流。電力線載波通信通道能夠與電網建設同步，具有可靠性高、投資少、見效快等優點。電力線載波通信中還有利用電力線路架空地線傳送載波信號的絕緣地線載波等方法。絕緣地線載波與普通電力線載波相比，一方面不受輸電線路發生接地故障或線路停電檢修等方面的影響；另一方面，絕緣地線載波中地線處于絕緣狀態，可以避免大量的電能損耗。

1.1.2 光纖通信。光纖通信有著諸多優點，其傳輸容量大、頻帶寬、傳輸衰耗小、同時具有很強的抗電磁干擾能力，光纖通信一出現便率先應用于電力部門，且得到了迅速發展。另外在電力通信中，一些專用特種光纖也被大量使用。

1.2 電力系統通信的特點

1.2.1 網絡結構復雜。電力系統通信網中，各種不同性質的設備、機型，它們通過不同的接口方式和不同的轉接方式。例如用戶線延伸、中繼線傳輸、電力線載波設備與光纖、微波等設備的轉接及其他各種設備的轉接等。并且通信手段也較多，這使得電力系統的網絡結構具有復雜性。

1.2.2 傳輸信息量少、實時性強。電力系統通信所傳輸的信息有繼電保護信號、話音信號、電力負荷監測信息、遠動信號、計算機信息及其他圖像信息、數字信息等，信息量不多，但要求很強的實時性。

③通信范圍點多面廣。電力通信服務的對象包括發電廠、供電局等通信集中的地方，還包括供電區內所有的變電站、電管所。

1.2.4 要求有較高的可靠性和靈活性。電力是人們的生產生活乃至國民經濟基礎，安全穩定電力供應工作的首要任務；在電力生產存在著不容間斷性和運行狀態變化的突然性，這就要求電力通信有高度的可靠性和靈活性。

1.2.5 有很強的抗沖擊能力。當電力系統發生事故時，波及的范圍較廣，通信業務量會驟然增多。這就要求通信的網絡結構、傳輸通道的配置有較強的抗沖擊能力。

2、電力系統光纖通信網中特種光纖

我國電力由于電力系統的特殊性，電力系統光纖通信網建設是一項復雜的系統工程，一些專門用于電力光纖通信系統的的特種光纖也逐漸產生。電力特種光纖主要包括光纖復合相線、光纖復合地線、金屬自承光纜、相/地線纏繞光纜、相/地捆綁光纜和全介質自承光纜等幾種。目前，光纖復合地線和光纖復合相線在我國應用較多，以下進行介紹。

2.1 光纖復合地線（Optical Fiber Composite Overhead Ground Wire：OPGW）。光纖復合地線又稱地線復合光纜、光纖架空地線，是指在電力傳輸線路的地線中含有供通信用的光纖單元，兼具地線和光纖的作用，具有使用可靠，不需維護等優點。但總投資額較大，主要適用于新建線路或舊線路更換地線時使用。光纖復合地線不僅可以對輸電導線抗雷閃放電提供屏蔽保護，還可以通過復合在地線中的光纖來傳輸信息。除了具有優越的光學性能外，還完全滿足架空地線的機械、電氣性能要求。常見的光纖復合地線主要有不銹鋼管型、鋁管型和鋁骨架型三大類。由于我國地域廣闊，電力傳輸線路長，特別是是水電資源大部分集中在西部，而工業城市主要集中在東部沿海地區，因此這就需要大量的長距離超高壓架空線來輸送電力，光纖復合地線對于進一步發展我國電力工業，進一步提高輸電容量有著非常重要的意義。

2.2 光纖復合相線（Optical fiber Phase Conductor：OPPC）。光纖復合相線是將光纖單元復合在輸電線路架空相線中的一種用于電力通信的新型特種電力光纜。光纖復合相線充分利用電力系統自身的線路資源，避免在頻率資源、路由協調、電磁兼容等方面與外界的矛盾、用于電力通信的一種新型特種電力光纜。光纖復合相線的出現，能解決上述35kV及以下等級的架空電力線路使用光纖復合相線等受限問題，能杜絕110kV及以上線路使用光纖復合地線因雷擊而造成的光纜斷纖斷股事故。另外，使用光纖復合相線，使得使用地線絕緣運行方式成為可能，從而節約因使用光纖復合地線逐基桿塔接地運行方式而造成的電能損失。目前，在我國現行電網中，35KV以下的線路一般都采用三相電力系統傳輸，系統的電力通信則采用傳統的方式進行。

2.3 金屬自承光纜(Metal Aerial Self Supporting：MASS)。金屬自承光纜和中心管單層絞線的光纖復合地線在結構上并無差異，結構相對簡單，成本也較為低廉。金屬自承光纜應用于電力系統光纖通信網時，不必像光纖復合地線需要考慮熱容量和短路電流，也不需要像光纖復合相線那樣要考慮阻抗和載流量，因此，金屬自承光纜也在電力光纖通信網中得到較多的應用。

2.4 全介質自承光纜(All Dielectric Self Supporting：ADSS)。全介質自承光纜光纜在我國電力光纖通信網中輸電線路的35KV、110KV、220KV 電壓等級輸電線路上廣泛使用，具有直徑小、質量輕，可以減少冰和風對光纜的影響、電力輸電線跨度大、垂度大等優勢。同時，全介質自承光纜內光纖張力理論值為零，且為全絕緣結構，安裝及線路維護時可帶電作業，這樣可大大減少停電損失；具有相當穩定的光學特性，也是得到廣泛應用的特種光纖之一。

3、電力系統光纖通信網的組網技術

當前，電力系統的光纖通信網的組網技術主要采用波分復用技術和同步數字技術相結合的技術。

3.1 波分復用技術（WDM）。波分復用技術是指將多個不同波長的光信號復合到同一根光纖上進行傳輸的技術，根據每一信道光波的波長不同可以將光纖的低損耗窗口劃分成若干個信道，把光波作為信號的載波，在發送端采用波分復用器將不同規定波長的信號光載波合并起來送入一根光纖進行傳輸。在接收端，再由一波分復用器將這些不同波長承載不同信號的光載波分開的復用方式。由于不同波長的光載波信號可以看作互相獨立，從而在一根光纖中可實現多路光信號的復用傳輸。將兩個方向的信號分別安排在不同波長傳輸即可實現雙向傳輸。

根據相鄰峰值波長的間隔大小，波分復用技術又可以分為粗波分復用（CWDM）和密集波分復用（DWTM），其中密集波分復用是指相鄰波長間隔為1～10nm的波分復用技術，是實現高容量信息傳輸和構建新型網絡的最佳手段。WDM技術可充分利用光纖的帶寬資源，使一根光纖的傳輸容量比單波長傳輸增加幾倍至幾十倍，在大容量長途傳輸時可大量節約光纖；利用波分復用無需對原有電力通信系統作較大的改動即可進行擴容操作。由于波分復用技術具有很多優勢，因此在電力通信系統得到廣泛應用。

3.2 同步數字體系（SDH）。同步數字系列是美國貝爾通信技術研究所提出來的先進技術，是一種將復接、線路傳輸及交換功能融為一體、并由同一網管系統操作的綜合信息傳輸網絡。SDH技術通過對不同速度的數位信號提供相應的等級，并通過標準的復用方法和映射方法，將低等級的SDH信號復用為高等級的SDH信號，實現網絡傳輸的同步，解決了局部網絡與核心網逐漸的接入瓶頸問題，大大提高了網絡帶寬的利用率。同步數字體系大大簡化了復接和分接技術。SDH可以把2Mb/s直接復接入或分接140Mb/s，而不必逐級進行，上下電路方便，大大提高了通信網的靈活性和可靠性。同時，SDH確定了全世界通用的光接口標準。這樣就使得不同廠家生產的設備可以按統一接口標準互通使用，節省網絡的成本。

SDH體系同時只有一套完善的自我保護體系，可以滿足電力通信高可靠性的要求，將SDH和DWDM技術相結合的組網技術，在為電力通信提供高效傳輸能力的同時，也保證了較高的安全性。近年來得到了廣泛的應用。

4、電力系統光纖通信網的運營管理和維護

隨著光纖通信在我國電力系統中的應用越來越廣泛，網絡規模越來越龐大，網絡結構也越來越復雜。加強對電力系統的光釬通信網的運營管理和維護是保障電力通信系統安全穩定運行是非常重要的。要加強對電力系統專業技術人員進行業務技能培訓，使得他們務必掌握光纖通信系統的工作原理和維護技能，并配備專業的技術設備和測試儀器，使得光纖通信網的安全運營得到全力保障。

5、結語

隨著我國國民經濟的快速發展，人們對電力系統通信系統提出了越來越高的要求。對電力系統光纖通信網的規模要以適應未來5～10年的需求為原則。要認真研究未來5～10年內的電力通信實際需求，并預留足夠的纖芯資源，以適應未來電力系統通信的急速增長，滿足電力系統在管理、調度、自動化和信息系統的實際需要。

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10.3969/j.issn.1001-8972.2011.24.045