光缆与光纤传输通讯技术在实践中的应用
时间：2022-07-06 09:12:56
摘 要：分析电力线路与复合型架空地线同时敷设中出现的问题；变电站敷设、直埋、维护各个环节可能出现的光纤与传输设备的问题，研究对策和解决方案，研究站内光纤以及设备测试的内容及测试方法，为数字化变电站的运行和事故分析提供技术支撑。
中图分类号：TM7 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2013）07（b）-0131-02
随着近年来矿区用电量的逐年增加，变电站在不断扩建与改造，先前的通讯通道已经不能满足日益增长的发展需求，传输通道在子站与主站直接通讯上存在很大的不便，对矿区正常供电也存在一定的安全隐患，因此新的通讯通道问题急待解决。随着光纤技术在日常生活种普遍使用，越来越多的光通信技术开始应用到电力系统中。
1 光缆的概述
1.1 光缆的分类
近年来我单位新建线路和改造线路主要使用的是OPGW和ADSS两种光缆。
OPGW—— 光纤复合架空地线，它是把光纤放置在架空高压输电线路的地线中，用以构成输电线路上的光纤通信网。它具有两种功能：一是作为输电线路的防雷线，对输电导线抗雷闪放电提供屏蔽保护；二是通过复合在地线中的光纤来传输信息。OPGW是架空地线和光缆的复合体，主要用在500 kV、220 kV、110 kV电压等级线路上。
ADSS—— 全介质自承光缆，ADSS光缆在220 kV、110 kV、35 kV电压等级输电线路上广泛使用，特别是在已建线路上使用较多。它能满足电力输电线跨度大、垂度大的要求，主要在改造线路上使用。
1.2 光缆在本单位的推广使用
目前我单位所使用复合型架空地线的线路共有九条，I衡牟线路、II衡牟线路、牟胡线路、I牟水线路、II牟水线路、I胡柳线路、龙古线路、胡古线路、五矿一路。这些地线的敷设为矿区电网铺好了传输高速公路，为以后的“跑车”具备了基本条件。
其中牟胡线路、I牟水线路、II牟水线路使用光纤差动保护作为线路住保护，如果光纤差动保护动作，线路两侧开关同时动作跳闸，如果距离保护或零序保护动作，仅线路电源侧开关动作跳闸。光纤差动保护采用光缆作为通道，使其动作速度更快更安全，对整个系统起到了安全保障作用。
2 光纤的概述
2.1 光纤的分类
按光在光纤中的传输模式可分为：单模光纤和多模光纤。
2.2 常用光纤规格
单模：8/125μm，9/125μm，10/125μm。
多模：50/125μm，欧洲标准，62.5/125μm，美国标准。
工业，医疗和低速网络：100/140μm，200/230μm。
塑料：98/1000μm，其用于汽车控制。
通讯传输以及变电站通常用：62.5/125μm型号的多模光纤。
2.3 尾纤
尾纤又叫猪尾线，只有一端有连接头，而另一端是一根光缆纤芯的断头，通过熔接与其他光缆纤芯相连，常出现在光纤终端盒内，用于连接光缆与光纤收发器（之间还用到耦合器、跳线等）。
光纤接口是用来连接光纤线缆的物理接口。常用的有LC-FC、LC-LC、SC-FC、SC-LC、SC-SC、SC-ST、ST-FC、ST-ST、ST-SC型接口。
3 光纤传输通道检测内容
数字化变电站光纤链路最长距离约500 m，它受外界干扰的因素很少，因此敷设好之后一般不会出现问题。但光纤微弯可能会出现偏振色散，特别是长距离链路数据高速传输时，会造成通信阻塞甚至中断，因此变电站运行后需要对光纤网络进行定期检修。
光纤检测的主要目的是保证系统连接的质量，减少故障因素以及故障时找出光纤的故障点，光纤检测方法分为人工简易测量和精密仪器测量。
人工测量：这种方法一般用于快速检测光纤的通断和施工时用来分辨所做的光纤。它是用一个发光器从光纤的一端打入可见光，从另一端观察是否发光来实现的。
仪器测量：使用光功率计或光时域反射图示仪对光纤进行定量测量，可测出光纤的衰减和接头的衰减，甚至可测出光纤的断点位置。这种测量可用来定量分析光纤网络出现故障的原因。
3.1 光缆敷设要求
复合型架空地线从铁塔引下来与光缆在接头盒中进行熔接，熔接时要根据国标布线色谱规律，之后通过变电站的电缆沟敷设光缆进入到变电站主控室的远动设备柜内。在敷设时需要注意光缆安装弯曲半径、安装应力等规范。在走电缆沟时要注意能够保证每条光缆长度在800 m之内，同时和电力电缆必须至少有8 cm厚砼或30 cm厚的土层隔开，防止信号干扰。
3.2 光纤敷设过程中需要检测的项目
光通信系统维护时，一般情况下需要对每一条光纤链路进行测试，检验其指标是否满足标准。光纤链路检测项目包括以下几个方面。
（1）链路总损耗（用光源、光功率计，测试链路的全程损耗是否符合设计的光程）。
（2）衰减系数（单位长度的损耗，OTDR）。
（3）链路长度（OTDR，测试链路长度是多少公里）。
（4）障碍排除（OTDR，施工时扎带绑紧可能会造成微弯，增大损耗、甚至阻断通讯）。
（5）光接收机接收灵敏度测试（需要误码仪、光功率计）。
（6）插入损耗（手持式回损仪）。
（7）定期除尘，特别是室外光纤，更应该经常除尘。
（8）还应考虑环境对光纤的影响，如紫外线、摩擦、腐蚀等是否有光纤外皮破损、开裂等。
4 变电站内光纤传输设备检测内容
4.1 光纤、以太网口的连接
光猫后面板有光纤出口，可以接FC型或SC型光纤头，“TX”为光信号输出口；“RX”为光信号输入口。安装光纤头时要保持光纤接口清洁，随手拧上光纤接口上的塑料保护帽。后面板上有四个RJ45接口，分别为四路以太网接口。
4.2 变电站内光纤传输设备检测方法
变电站站内通讯设备采用光纤传输设备俗称光猫，光猫的特点是：（1）光猫必须成对出现，一端为局端设备，另一端为远端设备，一般情况下靠近通讯机房或通讯中心的为局端子站点为远端，对于这几个站来说大胡站为局端，龙宫站、古道站、柳涧站为远端；（2）每个光猫传输时需要两根光纤“TX”为光信号输出；“RX”为光信号输入。设备可以把以太网信号直接调制到多模光纤上；（3）光猫提供四路以太网口，具备以太网交换机的功能，各路之间进行了VLAN逻辑隔离功能，每一路的以太网通道各自联网后可组成不同的网段。
光猫设备有四个按钮，为ANA、DIG、REM、PATT。ANA光纤接口的本地自环，用于检测本端设备及连接线是否正常；DIG以太网接口本地自环回，用于检测两端设备及光纤线路；REM远端设备的以太网口自环，及向本端环回，用于检测本远端设备及光纤线路是否正常；PATT伪随机码检测，产生伪随机序列码输出到以太网输入口，并检测以太网的输出信号是否符合该序列标准。符合则PTOK灯亮，否则灯灭。
按下本端ANA+本端PATT伪随机信号测试本端设备，PTOK灯亮，表示本端设备正常，反之该灯灭或闪烁，则有故障。
按下本端REM+本端PATT或远端DIG+本端PATT伪随机信号测试本端及远端设备及光纤传输线路是否正常，PTOK灯亮，表示设备和线路正常，反之该灯灭或闪烁，则有故障。
环路一开通时可以检查本端设备工作是否正常，环路一关闭，环路二开通时可以检测光纤传输线路和两端设备是否正常。按下前面板上任何一个开关，则中断正常数据通信业务，转入测试模式。
进行PATT模式测试时，必须保证线路形成一个环路，否则翻出的伪随机序列码无法返回。
4.3 网线敷设过程中需要检测的项目
4.3.1 无电测试
敷设在电缆沟中的网线要与电力电缆分层绑扎，防止通讯信号受电缆电磁干扰。网线的常规接法为：橙白1橙2绿白3蓝4蓝白5绿6棕白7棕8。测试方法如下。
将网线两端的水晶头分别插入主测试仪和远程测试端的RJ45端口，将开关拨到“ON”（S为慢速档），这时主测试仪和远程测试端的指示头就应该逐个闪亮。
（1）交错线连线的测试：测试交错连线时，主测试仪的指示灯也应该从1～8逐个顺序闪亮，而远程测试端的指示灯应该是按着3、6、1、4、5、2、7、8的顺序逐个闪亮。
（2）若网线两端的线序不正确时，主测试仪的指示灯仍然从1～8逐个闪亮，只是远程测试端的指示灯将按着与主测试端连通的线号的顺序逐个闪亮。也就是说，远程测试端不能按着（1）和（2）的顺序闪亮。
4.3.2 导线断路测试的现象
（1）当有1～6根导线断路时，则主测试仪和远程测试端的对应线号的指示灯都不亮，其它的灯仍然可以逐个闪亮。
（2）当有7根或8根导线断路时，则主测试仪和远程测试端的指示灯全都不亮。
4.3.3 导线短路测试的现象
（1）当有两根导线短路时，主测试仪的指示灯仍然按着从1～8的顺序逐个闪亮，而远程测试端两根短路线所对应的指示灯将被同时点亮，其它的指示灯仍按正常的顺序逐个闪亮。
（2）当有3根或3根以上的导线短路时，主测试仪的指示灯仍然从1～8逐个顺序闪亮，而远程测试端的所有短路线对应的指示灯都不亮。
4.3.4 带电测试
把光纤和网线都插好后，对光纤传输设备进行送电，如果光纤正常则LOS灯灭，反之光纤有问题，最简单的方法是把“TX”和“RX”两根光纤调换下接法。
4.3.5 PING地址测试
Ping命令通过向计算机发送ICMP回应报文并且监听回应报文的返回，以校验与远程计算机或本地计算机的连接。对于每个发送报文，Ping最多等待1 s，并打印发送和接收把报文的数量。比较每个接收报文和发送报文，以校验其有效性。默认情况下，发送四个回应报文，每个报文包含64字节的数据。Ping向目标主机（地址）发送一个回送请求数据包，要求目标主机收到请求后给予答复，从而判断网络的响应时间及本机是否与目标主机联通。
主站PING变电站也是这种方法。如果在MS-DOS方式下执行此命令显示内容为：Requesttimedout，则表明网线或设备没有在一个IP段上。将网线断开再次执行此命令，如果显示正常，则说明本机使用的IP地址可能与另一台正在使用的机器IP地址重复了。
5 结语
通过上面的研究和测试，变电站光缆传输通道能正常工作，保持线路功能工作的稳定性和设备的良好工作状态，在日后会省去很多的维护时间。
参考文献
[1] 崔建桥，祖平，张毅，等.《通信线路工程验收规范》YD5121-2010[S].北京：北京邮电大学出版社，2010.
[2] 贺永涛，崔朝旭，陈万虎.《通信线路工程设计规范》YD5102-2010[S].北京：北京邮电大学出版社，2010.
