探讨电力系统长跨距光纤通信技术的应用

【摘 要】本文阐述了光纤通信技术，指出了实现长跨距光传输的核心技术，分析了长跨距光传输技术在电力系统的应用。

【关键词】电力系统；长跨距光纤；通信技术；应用

上世纪70年代，电力系统的规模不断扩大，人们对电网安全稳定运行的要求也随之提高，便出现了电力通信网络。它可以增强电力生产调度的自动化程度，提高电力系统的现代化管理。电网安全稳定运行的三大支柱是电力通信系统、电力安全稳定控制系统和电力调度自动化系统。刚起步的时候，电力通信网主要采用微波通信的方式。这种通信方式容易扰，带宽较小，满足不了电力通信日益增长的业务量。随着技术的不断发展，光纤通信出现，各地的电力通信网开始把光纤传输作为主要数据传输方式。光纤通信的传输频带较宽，通信容量大，在传输的过程中损耗较低，中继距离长，抗辐射抗干扰的能力和保密性强，可以满足电力通信日益增长的业务量需求。因此，光纤通信网在电力通信中的主导地位也日益突出。

1 光纤通信技术

光纤通信是以光纤作为传输通道，利用光作为信息载体的通信方式。光纤由玻璃材料构成，是绝缘体，接地时不会形成回路；各个光纤相互独立，在传输光波的时候，不会出现光信号泄漏导致窃听信息的现象；光纤通信的传输系统所占用的空间较小，因为光纤纤芯以及由多光芯组成的光缆的直径很小。众所周知，光波频率远远高于电波频率，在光纤传输系统中，传输介质光纤的损耗远远低于同轴电缆或导波管，因此，光纤传输比其他的传输介质具有更大的容量。

2 实现长跨距光传输的核心技术

光纤通信系统的单跨传输距离与成本成反比，距离越长成本越低，具有明显的经济效益。当今，前向纠错技术、光功率放大器、前置光纤放大器、分布式拉曼放大器和遥泵技术等技术和设备室提高光传输中继长度的重要组成部分。

2.1 前向纠错技术

前向纠错是一种利用数字计算法在单向信道上对误码进行纠正的方法，适用于实时业务传输系统，因为这种方法不需要反馈信道，能够即时在单向信道上进行信息传输，译码时延固定。前向纠错技术分为带内前向纠错技术和带外前向纠错技术两种。带内前向纠错技术是利用SDH 帧中未使用的开销字节装载前向纠错技术，进行编码字节的纠正，此技术编码实施之后，原有的信道码速没有改动，在平滑升级的时候非常快速，然而帧开销中可利用的字节数很有限，编码增益不大。带外前向纠错技术是把技术纠错冗余字节插入到传输信号。前向纠错技术目前在电力系统中应用很广，由于它在编码的时候，有很大的冗余度，能及时纠正错误，编码增益较高，可以有效的提高系统的工作性能。

2.2 光放大器技术

传统的大量电中继站已经不适合现代电力的发展，光纤放大器是一种新型的设备，可以在光路上对信号进行直接放大，它的优势明显，简单方便、经济实惠、安全可靠、容易制作。分布式光纤拉曼放大器和掺铒光纤放大器是光纤放大器的两种，也是在电力系统中使用普遍的技术。

掺铒光纤放大器主要由掺铒光纤、泵浦光源、光耦合器、光隔离器和光滤波器等组成。它的工作原理是在泵浦光源的作用下，在掺铒光纤中出现了粒子数反转分布，产生了受激辐射，从而使光信号得到放大，

分布式光纤拉曼放大器的基本原理是基于非线性光学效应，如果一个强泵浦光波和一个弱信号光波同时在一根光纤中传输，而弱信号光波的波长又在强泵浦光波的拉曼增益带宽内，基于SRS 原理，弱信号光波能够得到放大获得拉曼增益。分布式拉曼放大器可作为传输系统中对传输光纤损耗的分布式补偿放大，也可作为光接收机的前置放大器。

2.3 遥泵技术

遥泵技术和产品在一些地质条件比较特殊的地方，如海边、小岛、荒漠、树林等，可以在这些区域建设网络，建成直通城市的直线线路，建网的时候注意结合Raman 放大器，能够有效延长持续传输距离。不足之处是在光缆中间需要放置专门设计的饵纤，损坏了原来的光缆。而且，遥泵的泵浦源价格很高，缺乏足够的稳定性，不便维修。

3 长跨距光传输技术在电力系统的应用

在电力系统中，长跨距光传输技术主要应用于骨干传输网络，具有较高的安全性和可靠性，系统传输容量大，传送距离较长，下面主要基于现有的主流长跨距光传输的技术产品， 针对电力系统骨干光纤通信系统制定长跨距通信解决方案。

3.1 前期进行分析

主要针对2.5 Gbit/s、10Gbit/s的SDH系统进行研究，目的是增加单跨段的跨距。分析标准光口参数和ITU-T关于G.652的光纤参数的规定，计算出不采用任何长跨距技术2.5Gbit/s，10Gbit/s的SDH 系统的最大传输距离分别为82km和75km。

按照前面对长跨距技术产品的分析，长跨距技术产品的选择顺序依次为：光功率放大器、前置光纤放大器、前向纠错编码器、分布式拉曼放大器、遥泵系统。

内置光放大器产品散热需求高，功率增益性能不佳，外置光放大器产品工程方便进行组网和统一安装，因此，选择的长距技术产品大都是外置产品，以现在市场上流通的主流产品的技术参数为标准。

为保证工程实际安全可靠，可以采用最坏值计算法计算衰减受限长度，系统富裕度取5dB，最大光通道代价及活动连接器衰减共取3dB。

根据部分现运行的骨干OPGW光缆测量结果，光纤平均衰减系数一般为0.21dB/km，在光纤制作技术日益发展的今天，光纤衰减系数将会随着技术的发展越来越低。

3.2 后期实施操作

当前的遥泵技术造价较高，而且对外部环境的要求很高，因此在实际电力系统光纤通信工程中，为了降低成本投入，一般情况下不会采用遥泵技术。主要使用目前主流的长跨距技术产品，一般可使光传输单跨距达到276km （2.5Gbit/s）和214km（10Gbit/s），因为若使用的设备技术高端，自身的光纤条件就很好，系统不需保留较多富裕度的情况下，2.5Gbit/s 光传输系统单跨距能够超过300km，10Gbit/s 系统也可达到250km。然后，根据选择的设备设计实施方案，对光纤情况较好或系统富裕度可调的光传输系统，可综合考虑安全性和经济性予以适当调整。

4 结语

在电力通信系统中融合光纤通信技术，按照电力系统的自身特征建设光纤传输，使电力通信能够协调系统内部的各个组成部分进行联合运转，确保了电力系统安全、可靠、高效的运行。而且，拓展了电力通信的业务范围，已经成为电力系统中一个新的经济增长点。在随光纤技术的推动下，电力通信必将为电力系统提供更加强有力的支撑。

长跨距光传输技术安全可靠、经济实惠，已经取代大量的中继站。前向纠错技术、光功率放大器、前置光纤放大器、分布式拉曼放大器和遥泵技术是较为常见的长跨距光传输技术。可以预见，长跨距光纤通信技术，在科技不断进步，新的生产工艺不断提高的今天，在电力系统中具有广阔的发展前景。

参考文献：

[1]杨雪，刘卫华，于.电力系统长跨距光纤通信技术的应用探讨[J].电力系统通信，2010（08）.

[2]章旺.光纤通信技术在电力系统中的应用[J].中国高新技术产业，2010（25）.