繼電保護(hù)中光纖通信技術(shù)應(yīng)用

【摘 要】光纖作為通信的介質(zhì)有很多的優(yōu)點(diǎn)，而通過變更光纖結(jié)構(gòu)、摻雜增益原子、使用光感性來感應(yīng)光柵結(jié)構(gòu)、以及使用鎖模機(jī)制來達(dá)到短脈沖輸出等技術(shù)可以讓光纖的功能更為增強(qiáng)。隨著光纖通信技術(shù)的不斷進(jìn)步，繼電保護(hù)也會(huì)隨之而不斷地進(jìn)步，實(shí)現(xiàn)可持續(xù)性發(fā)展，具有較好的經(jīng)濟(jì)價(jià)值和社會(huì)意義。本文對(duì)繼電保護(hù)中光纖通信技術(shù)應(yīng)用相關(guān)問題進(jìn)行了探討。

【關(guān)鍵詞】繼電保護(hù)；光纖通信；技術(shù)；應(yīng)用

1 光纖通信技術(shù)的應(yīng)用發(fā)展

近幾十年來光纖科技的進(jìn)步已經(jīng)在許多研究領(lǐng)域造成很大的進(jìn)展，幾個(gè)最重要的光纖技術(shù)包括特殊光纖制作技術(shù)、光纖光柵技術(shù)、及光纖雷射技術(shù)等，都已經(jīng)受到很大的重視。早期光纖科技的發(fā)展著重在解決光傳輸損耗的問題，后來則擴(kuò)大到各種特殊光纖（色散位移光纖、增益光纖、偏振保持光纖、非線性光纖、光子晶體光纖等）的制作，以及各種光纖元件（光耦合器、光纖光柵元件等）的開發(fā)，還有各種光纖模塊（如光纖放大器、光纖雷射等）的建構(gòu)。光纖相關(guān)技術(shù)的最大優(yōu)勢之一是其與光纖通訊系統(tǒng)的相容性，借助簡單的光纖熔接即可達(dá)到積體化的連結(jié)，沒有一般光學(xué)元件或系統(tǒng)所需特別注意的光學(xué)對(duì)光問題，其他的可能優(yōu)點(diǎn)包括成本便宜、光學(xué)特性優(yōu)異、及性能多樣性等等也都是發(fā)展上的主要著眼點(diǎn)。光纖科技研究的內(nèi)容事實(shí)上非常多樣，有一些技術(shù)也已經(jīng)在某些應(yīng)用上造成革命性的發(fā)展，沒有其他的技術(shù)可以與的競爭。有一些技術(shù)則仍在發(fā)展當(dāng)中，應(yīng)用的層面雖然還未進(jìn)行全面性的革新，但是再繼電保護(hù)中的應(yīng)用范圍與重要性卻與日俱增。

2 光纖通信技術(shù)在繼電保護(hù)中的應(yīng)用優(yōu)勢

2.1 抗干擾能力強(qiáng)

光信號(hào)的特點(diǎn)之一，就是可以在系統(tǒng)有故障時(shí)避免電磁方面出現(xiàn)的干擾，有很好的防止雷電效果，所以，光纖通道通常使用在繼電保護(hù)通道當(dāng)中。

2.2 誤碼率低

由于傳輸質(zhì)量很高，所以誤碼率低，通常在10%以下。通道一般所要求的“透明度”是繼電保護(hù)常要求的，而這種特點(diǎn)讓光纖通道十分好的滿足。就是由發(fā)端保護(hù)裝置來發(fā)送信息，然后經(jīng)過通道傳輸之后送到收端，使發(fā)端的原始發(fā)送信息與收端的保護(hù)裝置所見的信息完全相同，任何東西都不增不減。

2.3 傳輸?shù)男畔⒘看?/p>

光的頻率高，所以頻帶寬，傳輸?shù)男畔⒘看蟆４颂攸c(diǎn)讓線路兩端保護(hù)裝置交換的信息量增大，因此讓繼電保護(hù)動(dòng)作的可靠和正確性性大大提高。電力常用光纜一般是ADSS和OPGW。ADSS雖然施工方便，但是存在電腐蝕的問題，掛點(diǎn)選擇困難，防火性能差，OPGW光纜雖然造價(jià)較高，可以兼作繼電保護(hù)通道。

3 光纖通信雷射技術(shù)的應(yīng)用

光纖通信雷射技術(shù)的發(fā)展歷史是與增益光纖和光纖放大器的發(fā)展同步開始。經(jīng)過這十幾年來的發(fā)展，技術(shù)及特性的改良都已經(jīng)相當(dāng)成熟。過去幾年光纖雷射技術(shù)的發(fā)展主要包括：各種單模連續(xù)波光纖雷射及其應(yīng)用；各種鎖模光纖雷射及其應(yīng)用；各種高功率光纖雷射及其應(yīng)用。

就單模連續(xù)波光纖雷射而言，最穩(wěn)定的雷射架構(gòu)是DFB光纖雷射。通過合摻Y(jié)b的光感性摻鉺光纖的使用，短短幾公分的光纖雷射在光學(xué)激發(fā)下很容易就能產(chǎn)生幾個(gè)mW或更高的輸出功率，輸出波長完全由光纖光柵來決定，而且線寬可較半導(dǎo)體雷射要來的小，雷射輸出雜訊也能與DFB半導(dǎo)體雷射來相比較，在一些應(yīng)用中具有取代DFB半導(dǎo)體雷射的潛力。就鎖模雷射而言，不管是可輸出超短脈沖的被動(dòng)鎖模光纖雷射或是可有很高脈沖重復(fù)率主動(dòng)鎖模光纖雷射都已廣泛應(yīng)用，這顯示鎖模光纖雷射的技術(shù)可算是相當(dāng)成熟，實(shí)際的應(yīng)用也與日俱增。混合（主動(dòng)加被動(dòng)）鎖模光纖雷射，可產(chǎn)生脈沖重復(fù)率高達(dá)幾個(gè)GHz且脈沖寬度約為700fs的脈沖序列。當(dāng)需要增加光纖放大器或光纖雷射的輸出功率到瓦特以上的等級(jí)時(shí)，cladding pumping就成為必須要用到的技術(shù)。通過特殊的光纖設(shè)計(jì)，激發(fā)光被局限在第二層的cladding之內(nèi)，可以有效地利用多模光纖來將高功率激發(fā)光導(dǎo)入增益光纖之中，從而使總激發(fā)光功率可以很高，最后的輸出功率當(dāng)然也跟著提升。通過MOPA（Master Oscillator Power Amplifier）架構(gòu)的使用，也可以達(dá)到很窄的雷射線寬。

4 光纖通信光柵技術(shù)應(yīng)用

光纖光柵的發(fā)現(xiàn)或發(fā)明可追溯到1978年，加拿大科學(xué)家Hill等人發(fā)現(xiàn)可用氬離子雷射光在光纖中干涉而感應(yīng)出折射系數(shù)光柵結(jié)構(gòu)，這是光纖中光感性的第一次被發(fā)現(xiàn)。科學(xué)家很快地就發(fā)現(xiàn)要在光纖中感應(yīng)出光纖光柵，使用的波長最好是244nm或193nm附近的深紫外光，利用旁照式的雙光束干涉或相位光罩方法來曝光，使用的光纖最好含有較高的Ge成份（或其他可以產(chǎn)生光感性的原子摻雜），而且可利用光纖載氫的方法來增加光感性。最近幾年來光纖光柵技術(shù)的發(fā)展則主要包括：各種光纖光柵的逆向設(shè)計(jì)；各種復(fù)雜光纖光柵元件的制作；各種光纖光柵元件在光通訊、光感測等方面的應(yīng)用。逆向設(shè)計(jì)是指根據(jù)應(yīng)用制定出所需的光濾波特性（須包括相位）后，借助特別的演算法就可以直接算出要達(dá)到所需光濾波特性的光纖光柵結(jié)構(gòu)。一般所用的光纖光柵逆向設(shè)計(jì)演算法是所謂的剝皮法（layer-peeling method，簡寫為LP法），其優(yōu)點(diǎn)是直接且快速，不過缺點(diǎn)是一定需要相位頻譜的信息，而且較不容易加入額外的限制性條件（例如光柵長度、光柵最大強(qiáng)度等）。我們最近所發(fā)展出的則是利用演化演算法（Evolutionary Programming，簡寫為EP法）來作最佳化的方法。在相同光柵長度下，使用剝皮法所得的結(jié)果較好。

要制作如無色散光纖光柵這種復(fù)雜的相位移光纖光柵并不容易，因?yàn)槠溟L度較長，光柵的折射率分布dc平均值是一常數(shù)，光柵的折射率分布ac波包形狀是震蕩狀，而且中間許多位置須有180度的相位移。為了能制作出這類的光纖光柵，可以建構(gòu)了一個(gè)逐段式光纖光柵曝制平臺(tái)，確保能曝照任意形狀的光纖光柵。同時(shí)還需發(fā)展出特殊的曝光方法與位置監(jiān)控技術(shù)，能夠在曝制的過程中維持光柵的折射率分布dc平均值是常數(shù)，而且可以準(zhǔn)確控制相鄰曝制的光柵段的相對(duì)相位。通過這樣的技術(shù)，才可以實(shí)際制作出無色散布拉格光纖光柵。光纖光柵在光通訊上的主要應(yīng)用都仍須面對(duì)其他技術(shù)的競爭，光纖光柵不見得能有絕對(duì)的優(yōu)勢。在光纖感測的應(yīng)用上情形較好些，光纖光柵的優(yōu)勢還不錯(cuò)，雖然仍然還是有些競爭者。不過整體而言，光纖光柵的應(yīng)用越來越廣，也越來越重要，特別是我們可以針對(duì)不同的應(yīng)用需求來設(shè)計(jì)及制作最佳化的光纖光柵，這是其他技術(shù)所較難以達(dá)到的。

【參考文獻(xiàn)】

[1]董偉明，羅時(shí)俊，徐鵬，林明.繼電保護(hù)光纖通道的分析與維護(hù)[J].電氣時(shí)代，2009（09）.

[2]于新梅.光纖通道故障處理方法及運(yùn)行維護(hù)問題探討[J].新疆電力技術(shù)，2008（02）.

[3]武春雷.光纖保護(hù)現(xiàn)場運(yùn)行若干問題探討[J].科技情報(bào)開發(fā)與經(jīng)濟(jì)，2008（29）.

[責(zé)任編輯：湯靜]