光纤通信在电力通信中的应用

・自动化技术・　

浅谈光纤通信技术在电力系统调度自动化中的应用　

施俊国　

（山西大同供电分公司　山西大同０３　７００８）　

［摘要】２０世纪９０年代末，国内开始普及变电站的调度自动化建设，其中光纤通信已经成为变电站调度自动化的重要组成部分，光　

纤通信是以光波作为信息载体，以光导纤维作为传输介质的先进的通信手段。　

【关键词］光纤通信　调度自动化　信息传输　通信规约　远动　［中图分类号］ＴＭ７３４　［文献标识码］Ａ　［文章编号］１００７—９４１６（２０１０）０７—００４５—０２　

引言　

自光纤通信系统问世以来，光纤通信　

以其技术、经济上无可比拟的优越性而迅　

速崛起，并风靡全球。该系统是以光纤为传　

输介质，以光为载波信号传递信息的通信　

系统，应用的光波波长为１．５　５　ｍ附近，整　

个系统由电端机、光端机、光缆和中继器构　

成。光纤通信的组网方式非常灵活，可以构　

架成星型、链型、树状、网状、单纤网、双纤　

网、环上多分支、多环相交、多环相切等各　

种拓扑结构的网络。根据电网调度自动化　

系统的特点，光纤网通常需组成环型网，并　

与计算机局域网连接，实现数据共享。　

１光纤通信的特点　

（１）通信容量大。光纤比铜线或电缆有　

大得多的传输带宽，光纤通信系统的于光　

源的调制特性。调制方式和光纤的色散特　

性。对于单波长光纤通信系统。由于终端设　

备的电子瓶颈效应而不能发挥光纤带宽大　

的优势。通常采用各种复杂技术来增加传　

输的容量。特别是现在的密集波分复用技　

术极大地增加了光纤的传输容量。　

（２）抗电磁干扰能力强。光纤原材料是　

由石英制成的绝缘体材料。不易被腐蚀。而　

且绝缘性好。与之相联系的一个重要特性　

是光波导对电磁干扰的免疫力，它不受自　

然界的雷电干扰。电离层的变化和太阳黑　

子活动的干扰。也不受人为释放的电磁干　

扰，还可用它与高压输电线平行架设或与　

电力导体复合构成复合光缆。这一点对于　

强电领域即电网调度自动化系统的通信系　

统特别有利。由于能免除电磁脉冲效应。　

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浅谈电力系统光纤通信

作者：杨春华 武学君

来源：《数字技术与应用》2012年第12期

摘要：光纤通信技术以其高效可靠的特点广泛应用在电力行业中，成为电力通信不可替代的技术支持。光纤通信系统在电网继电保护、监控及调度自动化方面扮演着越来越重要的角色。

关键词：电力系统光纤通信

中图分类号：TN929 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2012）12-0028-01

1、光纤通信技术在电力通信中应用的必要性

（1）由于光纤通信具有传输频道宽、传输质量高、通信容量大等巨大优势，所以它不仅应用在通信的主干线路中，也在电力通信控制系统中进行工业监测、控制，现在在军事上也被广泛应用，基于各领域对信息量的需求不断增长，光纤通信技术的应用发展趋势也备受关注。一条完整的光纤链路除受光纤本身质量影响外，还取决于光纤链路现场的施工工艺和环境。本文探讨了光纤通信技术的主要特征及发展趋势，和它以光纤链路为基础的现场测试。（2）随着3G时代的来临，人们的生产生活愈发离不开电力系统，电力系统工作的重中之重是要保证电力供应的稳定，而电力系统的安全、稳定是靠电力通信来保证的。光纤通信技术的出现可谓是顺应时代的发展，它具备较高的灵活性和可靠性，使电力通信系统不会出现间断、突变等现象，从而保证了电力通信系统的正常运行。（3）电力系统的行业特点决定了电力通信在任何情况下都不允许间断，一旦电力系统出现故障，将会产生非常大的波及范围，这就要求传输线路具备抗各种外力破坏的能力，所以电力通信技术必须具备强大的抗冲击能力。因光纤传输信号在光芯内部传输，性能稳定，不受外部环境变化的影响，这一特性保证了电力通信传输的稳定性与可靠性。（4）电力通信系统具有很强的实时性，但是信息传输量比较小。在电力通信系统中，传输的信息不但要有数字信息、图像、电力负荷监测信息，而且有语音信号和继电保护信号，这些信息的通信量并不是很大，但是一定要具有很强的实时性。（5）电力通信系统的通信区域非常之广泛。通信密集的供电局、发电厂为电力系统服务对象的核心，同时还有电管所、变电站等。所以，电力通信系统的通信区域点多面广，对光纤技术的应用要求有一定的迫切性。

维普资讯 ３０　深圳信息职业技术学院学报　第５卷　构；核心骨干层面光缆具有大芯数，核心在６０芯以　上，骨干在４８芯以上，接入光缆在２４芯以上。　２传输网络总体设计　光纤传送网建设基本要求主要有：主干电路　建设以光纤通信方式为主，光纤电路分层建设，各　级通信网络光路层统一规划，资源共享，电路层相　对独立，业务层相互补充和备用。ＭＳＴＰ、ＤＷＤＭ　与ＡＳＯＮ技术都能支持组网技术；ＳＤＨ技术最为　成熟；ＭＳＴＰ、ＤＷＤＭ也开始大量应用且ＤＷＤＭ最　节省光纤资源；ＡＳＯＮ由于采用网状组网及ＲＳＶＰ　协议，使得其生存性更强，ＡＳＯＮ由于具有控制　平面，使其具备了其他技术不具备的智能特点；　ＳＤＨ、ＭＳＴＰ最为便宜【３】。四种方式基本都能满足多　业务传输，但考虑到目前地方光纤传输资源现状及　电力业务的安全可靠性特点，地方供电局骨干传输　网络均选用ＭＳＴＰ技术组网。根据ＡＳＯＮ研究试点结　果，可以考虑采用ＡＳＯＮ技术进行组建Ｂ网，建设　二层［Ａ网、Ｂ网］传输平台。第一层网络以ＭＳＴＰ为　主，第二层网络将具备配合ＮＧＮ软交换向智能光网　络ＡＳＯＮ方向发展的可能。地区通信网按先骨干、　后边缘的次序规划，骨干环以２２０ｋＶ变电站、区镇　为主。Ａ网覆盖所有１　１０ｋＶ及以上变电站；Ｂ网先建　设骨干层，覆盖地区涉及所有１　１０ｋＶ以上变电站。　地区传输网络容量应根据实际业务需求并适当留　有余量，骨干环根据不同地区流量分析分别采用　１０Ｇｂ／ｓ、２．５Ｇｂ／ｓ和６２２Ｍｂ／ｓ可升级、边缘环１５５Ｍｂ／ｓ　可升级。２２０ｋＶ及以上厂站调度电话、远动及线路　保护信号的传输需满足Ｎ一１原则，两路保护信号需　通过两套或两套以上光通信系统传送，两套光通信　系统应选用不同路由、不同传输设备、不同直流电　源系统供电，每套系统应采用双电源系统同时供　电。保护和安控等控制命令信号宜具备在两套通信　系统内传输或自动切换保护的能力，以切实提高保　护和安控等控制信号传送的可靠性，提高通信网的　服务能力，减少因为通信原因而导致保护和安控等　控制信号的退出，提高安全生产水平。　光纤骨干传输网络将结合供电局电网发展要　求，在已建成的光纤主干电路的基础上，按照两个　独立的传输网络Ａ网和Ｂ网分别进行设计和建设。　两骨干网的建设将覆盖全部５００ｋＶ变电站，２２０ｋＶ　变电站和１　１０ｋＶ变电站。Ａ网的核心环带宽为２．５Ｇｂ／　Ｓ，Ｂ网的核心环带宽为１０Ｇｂ／ｓ。Ａ网网络结构将在　已建的骨干环基础上进行扩展。Ｂ网网络结构将充　分考虑电网的发展情况对Ａ网网络结构进行优化。　２．１　Ａ网网络结构　Ａ网网络结构充分考虑已建的骨干环，在此基　础上进行扩展。Ａ网的骨干节点是２２０ｋＶ以上变电　站及地方局。在已建骨干环基础上，随基建工程　项目逐步将新建设的如Ｎ１４、Ｎ２２等２２０ｋＶ以上变　电站接入到骨干环上，然后分年投产２２０ｋＶ的Ｎ５、　Ｎ１３、Ｎ２０和Ｎ３４站点。将Ｎ５站接入到核心２．５Ｇ环　中，将其它三个站点分别接入到６２２Ｍ环中，建成　后的Ａ网骨干层拓扑图如图２所示。图中Ｎ８、Ｎ１０、　Ｎ２８和Ｎ３　１为５００ｋＶ站点，Ｎ６为地方局，Ｎ２４、　Ｎ２５、Ｎ２６和Ｎ２７为分局，其它为２２０ｋＶ站点。　图２建成后的Ａ网骨干层　Ｆｉｇ．２　Ｔｈｅ　ｍａｉｎ　ｌａｙｅｒ　ｏｆ　ｎｅｔ　Ａ　ｗｈｉｃｈ　ｗｉｌｌ　ｂｅ　ｆｉｎｉｓｈｅｄ　２．２　Ｂ网网络结构　Ｂ网网络结构将是对Ａ网网络结构的优化结　果，充分考虑到地方电网的发展情况。Ｂ网核心　以地方局、５００ｋＶ站、部分位于光缆骨干环上的　２２０ｋＶ节点组建２个带宽为１０Ｇ的环ＬＰ１和ＬＰ２，然后　按照光缆网络的结构，分别组建３个２．５Ｇ的环ＬＰ３、　ＬＰ４、ＬＰ５和一个６２２Ｍ的城区环。在建设Ｂ网的同　时，需要紧密关注ＡＳＯＮ技术的发展，条件成熟的　话，可以考虑利用ＡＳＯＮ技术组建地方供电局Ｂ网的　骨干层。将计划投产的Ｎ５、Ｎ１３、Ｎ２０和Ｎ３４站点接　人到骨干层中，分别接入ＮＬＰ１、ＬＰ４、ＬＰ５和ＬＰ３　环上。建成后的Ｂ网骨干层如图３所示。　对于传输网的接入层，采用１５５Ｍ的环网结　构，每个环保证至少２条１５５Ｍ链路和骨干环相连。　由于地方１　１０ｋＶ站点较多，达一百多个，平均按照　ｌ０个节点一个环路计算，有十多个环。

超长距离全光传输在电力系统通信中的关键技术及应用

摘要:随着电力光纤通信距离变得越来越长,中继站的建设、管理和运行维护会变得困难,基于光传输技术的不断发展,超长距离全光传输系统为电网安全、稳定、经济运行提供有力保障。文章主要介绍了超长距离全光传输的几种关键技术,并为电力系统中超长距离全光传输系统的设计和建设提供技术指导。

关键词:超长距离 全光传输 色散补偿 拉曼放大器 电力系统通信

超长距离光传输是指不采用电再生中继的全光传输。由于减少了光/电转换次数,并且可以利用光纤丰富的带宽资源,超长距离传输技术大大降低了长距离传输的成本,同时系统的可靠性和传输质量都得到了保证。在超长距离传输解决方案中,色散补偿、拉曼放大器、前向纠错(FEC)、调制方式等已经成为被众多电信运营商、设备供应商和科研人员广泛认同的关键技术,其中拉曼放大器、色散补偿等技术在电力系统超长距离光通信中也得到较好的应用。

1 超长距离全光传输的几种关键技术

1.1 色散补偿

色散是光纤的基本属性之一,光传播的速度取决于介质的折射率,由于光纤的折射率与波长相关,不同波长的光在光纤中传播的速度不同,产生色散效应。光纤色散对通信系统的性能影响主要表现在对传输中继距离和传输速率的限制。由于色散效应,经过调制后的光脉冲在传播过程中会变形、展宽和失真,最终限制系统的总体性能。

在电力系统光通信中,对于10Gbit/s系统,色散的影响对光纤长度的限制是100km,对于40Gbit/s系统,没有色散补偿,光纤长度将不能超过10km,因此高速超长距离全光通信传输系统必须考虑色散补偿问题。克服色散的主要方法有两种:一是采用性能较好的激光源,二是采用色散补偿和管理技术。目前,最常用的色散补偿方法包括采用基模/高阶模色散补偿光纤、色散补偿光纤光栅、高阶模色散补偿器和VIPA(Visual ImagePhase Array)器件等等。综合考虑可靠性、温度稳定性、色散纹波性和成本等因素,在这些补偿方法中,利用基模/高阶模色散补偿光纤是最好的色散补偿方法,但是这种光纤具有较强的非线性效应,会使得不同信道之间的串扰加大。在40Gbit/s系统当中,环境因素的变化会造成色散量大小的随机波动,因而还要求色散补偿模块是可调谐的,需要使用动态色散补偿,应该选择光纤光栅器件、VIPA器件和平面波导器件等方案。