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电力通讯系统光纤通讯的维护与应用综述

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  【摘要】近年来,随着我国经济的发展,电力通讯网络日益庞大,通讯系统正在面临更严峻的考验。光纤通讯以其传输容量大、抗干扰能力强、安全性高等特点,在电力系统通讯中被广泛应用。本文首先分析了光纤通讯技术的优势,并在此基础上对电力系统中的光纤通讯维护与应用进行研究。


  【关键词】电力系统;光纤通讯;应用


  前言


  电力通讯网是我国专用通讯网络中,规模较大、发展较为完善的专用通讯网络。随着光纤通讯系统的不断发展,我国的电力专用通讯网络,从主干到接入网,都在大力发展光纤通讯,在有的地区,光纤通讯系统已经发展成为了主要的通讯方式。可以说,光纤通讯已经成为电力系统安全稳定运行以及电力系统生产生活中不可缺少的一个重要组成部分。


  电力光纤通讯系统所承载的业务除常规的电信业务如语音、数据、宽带、IP等外,还有电力生产系统专业的业务如保护信息、安全自动装置信息和电力市场营销所需的宽带数据信息等。特别是保护和安全自动装置信息,对光纤通讯系统的可靠性和安全性提出了很高的要求。因此,如何提高电力光纤通讯系统的可靠性、安全性和运行维护水平,以保证电力光纤通讯系统连续稳定畅通的运行,缩短故障处理时间,就显得尤为重要。


  1光纤通讯技术的优势分析


  与传统的通讯技术相对比,光纤技术具有以下几方面的优势:


  1.1通讯容量大


  传统的通讯方式一般采用铜线电缆或微波传输,其通讯容量相对较小,光纤的通讯容量是微波通讯的十几倍。目前,单波长光纤通讯系统的传输速率一般在2.5Gbps到1OGbps,采用密集波分复术实现的多波长传输系统的传输速率已经达到单波长传输系统的数百倍。


  1.2损耗率较低


  传统的传输方式对于能源的要求非常高,而光纤的损耗相对较低,通常低于0.20dB/km,如此之低的损耗是其它传输介质无法比拟的。为此,由光纤构成的通讯系统在中继距离上也要比由其它介质构成的通讯系统长得多,正是这一特点使得光纤通讯在电力系统中获得了非常广泛的应用。


  1.3超强的抗干扰能力


  光纤的主要材料是石英,这种材料有着非常优良的抗腐蚀性能以及绝缘性,能够很好的抵抗电磁干扰。在实际的运行过程中不会遭受太阳黑子以及电离层、雷电活动的干扰,更不会受到由于人为产生的电磁干扰,使得光纤通讯技术能够在电力领域中得到普及使用。


  1.4安全性高


  在铜线电缆或微波等无线信息传输过程中,都会出现电磁波泄露的现象,造成传输信息的泄露,使整个通讯系统缺乏良好的保密性。而光纤是通过光波进行信息的传输,光纤在信息传输过程中,将光信号限制在相关的光波导结构中,这样,已经被泄露出来的射线就会被环绕在光纤周围的不透明保护层有效吸收到,实现光信号泄露的良好扼制,有效地防止了所传播信息被窃听,从而避免了传输信息泄露,保障了光通讯系统的良好保密性。


  1.5其他优势


  除以上特点之外,光纤径细、重量轻、柔软、易于铺设光纤的芯径很细,约为0.1mm,由多芯光纤组成光缆的直径也很小,8芯光缆的横截面直径约为10mm,而标准同轴电缆为47mm。这样采用光缆作为传输信道,使传输系统所占空间小,解决了地下管道拥挤的问题,节约了地下管道建设投资。


  2电力系统中光纤通讯的具体应用及设备维护


  2.1光纤在电力通讯系统中的应用


  由于光纤具有传输容量大、频带宽、传输衰耗小及抗电磁干扰能力强等诸多优点,它一问世就在电力通讯系统中得到广泛应用并迅速发展。特别是一些有别于传统光缆的适合电力系统特点和要求的特种光缆被研制出来,如OPGW(光纤复合地线)、OPPC(光纤复合相线)、MASS(金属自承光缆)、ADSS(全介质自承光缆)、ADL(相/地捆绑光缆)和GWWOP(相/地线缠绕光缆)等,加速了光纤通讯在电力系统中的应用。由于电力特种光缆附加于电力线或加挂于电力杆塔上,因此,受外力破坏的可能性小,可靠性高,虽然其电力特种光缆的造价相对较高,但施工建设成本相对较低,经过多年的发展,电力特种光缆的制造及工程设计已经成熟,在国内电力通讯系统中已经开始得到大规模的应用。电力特种光缆依附于电力系统自己的线路资源,避免了在路由协调、电磁兼容等方面与外界的矛盾,有较大的主动权和灵活性。电力光纤通讯系统与其它光纤通讯系统最大区别之一就是光缆的特别性。目前,在我国应用较多的电力特种光缆主要有ADSS、OPGW和OPPC光缆。


  2.1.1ADSS光缆


  ADSS光缆是全介质自承式光缆的英文缩写,这种光缆在我国很多电压等级的输配电线路中都有应用,如220kV、110kV等等,尤其是在一些已经建成的线路上应用更多,它的应用为电力系统直接通过高压输电杆塔建立通讯网络提供了可能。ADSS光缆较为显著的特点之一是能够适用干特殊拉力环境以及跨越河流、山谷和雷电密集区的架空敷设,同时其还具备优良的光纤传输性能、机械性能以及环境适应性能,能够与高压电力线路同杆架设,并且传输信号不会受到强电场环境的任何干扰,也不会使通讯量受到影响,这一特点是电力通讯系统最为需要的,故此,ADSS成为电力通讯最有效的传输方式之一。


  2.1.2OPGW光缆


  OPGW光缆是光纤复合地线的英文缩写,其也被称之为光纤架空地线,简单来讲就是在架空地线当中复合光纤。OPGW光缆最为显著的特点是可靠性较高、且不需要进行维护,唯一的缺点是造价过高,既适用于新线路建设,也可应用于旧线路改造。OPGW光缆一方面可以作为输电线路的防雷线,可对输电线路起到防雷屏蔽保护作用;另一方面可以借助复合在地线中的光纤进行信息传输,这两方面的功能使其被广泛应用于电力通讯系统当中。


  2.1.3OPPC光缆


  OPPC是光纤复合相线的英文缩写。在电网中,有些线路可不设架空地线,但相线是必不可少的。为了充分利用电力系统自身的线路资源,满足电力系统通讯的需要,与OPGW光缆技术相类似,在传统的相线中以合适的方法加入光纤,就成为光纤复合相线(OPPC)。OPGW与OPPC虽然它们的结构相似,但从设计到安装和运行,它们有原则的区别。OPPC光缆作为电力输电线路中的相线,在输送电能的同时又能进行信息传输,充分利用了电力系统自身的线路资源,是用于电力通讯的又一种特种电力光缆。2.2光纤通讯设备的维护


  2.2.1设备的维护要求


  光纤通讯系统维护工作的主要目的就是保障系统正常稳定运行,及时迅速排除设备故障。维护工作主要针对的是光通讯设备、光缆线路、高频开关电源和配线架等。其维护要求主要有以下二点:


  (1)应确保设备的工作条件良好。简单来讲就是应当保证光纤通讯设备始终处在正常的工作环境当中,如要保持机房有合适的温度和湿度;光设备工作电压应当保持在规定的电压范围内;光纤通讯系统的网管系统以及本地维护终端使用的计算机应为专用设备,严禁随意挪用,应制定严格的运行和操作规程并严格执行,不在上面随意安装应用软件,不准接入单位MIS系统和公共互联网;严禁U盘、移动硬盘等移动介质的使用,严防病毒侵入。


  (2)及时迅速排除设备故障。在维护工作中迅速有效地进行故障的分析与处理,光通讯系统出现故障时,应首先根据故障现象以及设备和网管上的告警提示信息,结合通讯系统网络图和电路使用情况,迅速查明当前的故障原因,并及时进行排除,争取在最短的时间内解决故障,保证通讯设备稳定、可靠运行;


  2.2.2设备的维护方式


  为了达到及时发现设备故障目的,需要采用一些有效的设备系统维护检修方式,在光纤通讯系统的维护检修过程中,采用的维护检修方法主要有以下几种。


  (1)采用集中维护方式。因光通讯设备基本上都配备了远程集中监控系统,任一设备出现故障,都能及时反映到集中监控终端上来。因此,各企业可根据本企业和实际情况,设置集中维护中心,将本企业的维护人员以及所需的仪器仪表、备品备件全部集中到集中维护中心内,对于设备较少的通讯站点就可不设日常维护人员,这样不但能够提高维护工作效率,而且还能节约人力资源,减少仪器仪表、备品备件的配备数量,节约资金。


  (2)加强巡视检查。值班人员要定期巡视检查监控终端上的告警信息,一但发现有故障告警信息,应立即根据系统给出的告警级别采取相应的处理措施。其次,定期对无人通讯站进行巡视检查,发现问题及时处理。应制定完善的系统日、月、季、年度巡视检查制度、巡视检查的具体项目和内容,并严格执行。


  2.2.3故障处理方法


  为了及时迅速排除设备故障,可以采用以下故障处理方法。


  (1)替换法。替换法是一种最常用的通讯设备故障处理方法,该方法是在大致判明了故障部位的情况下,用能够正常工作的相应电路板、模块或原件将被怀疑不能正常工作的相关电路板、模块或原件进行替换,最终判明故障部位并排除故障。


  (2)环回检测法(也称作自环)。环回是使信息从光设备的发端口发送出去再从自己的收端口接收回来的操作,是在检查传输通路故障时常用的手段。通过环回操作可以在分离通讯链路的情况下逐级确认网元的故障点,检测节点和传输线路的工作状态,帮助我们快速准确地定位故障点设备,甚至故障点单板。环回的方法有硬件环回和软件环回,环回信号可以是光信号,也可是电信号。


  硬件环回是指使用物理方法连接一路信号的收发端口,从信号流向的角度来讲,硬件环回方向一般都是向设备内方向,因此我们也称之为硬件自环。软件环回是指通过网管软件将某一路信号的收、发通路进行连接,软件环回不仅可以设定相当于硬件环回的信号自环,还可以设定线路环回或单一信道的环回。根据环回方向的不同,软件环回可以分为线路侧环回和终端侧环回


  (3)仪器仪表测试法。这一方法主要是通过各种光纤通讯系统检测仪表来进行设备故障的查找,光纤通讯系统测试仪表主要有光功率计、光时域反射测试仪、误码仪和万用表等,在实际的故障处理过程中,可以采用相应的仪表进行准确的故障定位。如误码仪主要是用来进行通道误码性能测试;万用表用来进行实际的供电电压,电缆通断的测试;光时域反射测试仪可用来判断光缆线路故障,光功率计主要是用来测试光信号是否正常。


  (4)网管软件测试法。利用网管软件执行“插入误码”命令或执行“插入告警”命令,来判断系统是否正常。插入误码操作可以用来判断通道的状况,插入告警用来判断自愈环网的倒换是否正常。


  2.2.4对维护人员的要求


  电力通讯系统中的光纤通讯设备维护是一项比较缜密的工作,它对维护人员提出了较高的要求。首先,维护人员应非常熟悉系统网络拓扑、保护特性、时隙配置情况、业务分配情况等。其次,在进行设备维护工作时,应注意设备的安全。因光通讯设备都是微电子设备,容易因高压静电而损坏,应注意防止静电对设备的损坏。在进行机盘操作时,必须戴上防静电手腕,并保证其有良好的接地,拆换下来的机盘应及时装入防静电的袋子中。第三,在日常维护工作中,应注意保持机房和设备的整洁,保证设备的各种指示灯良好,确保各插接件、连接端子、连接头接触良好。


  3光纤通讯技术在电力系统应用中的发展前景


  3.1光复用技术的应用


  光复用技术是光纤通讯技术应用中最活跃的一个领域,它的技术应用和技术进步极大地推动了光纤通讯事业的发展。为进一步提高光纤的利用率,人们采用了各种光的复用方法,其中最重要的是波分复用、频分复用和码分复用技术:①波分复用技术。波分复用技术就是在一根光纤上同时传送多个不同波长的光载波,提高了光纤的传输能力。同时,还可以利用不同波长沿不同方向传输来实现单根光纤的双向传输。②频分复用技术。当相邻两峰值波长间隔小于1nm时,称为光频分复用系统,它与波分复用在本质上是没有什么区别的。它的光载波间隔非常密,一般用于大容量高速通讯系统或分配式网络系统。③光码分复用技术。光码分复用技术通过直接光编码和光解码,实现光信道的复用和信号交换、这种技术较好地解决移动通讯中抗多径衰落、抗干扰问题,提高了网络的容量,改善了系统性能,增强了系统的保密性和网络的灵活性


  3.2光联网的应用与发展


  光联网有效改善了传统网络中存在的不足和弊端,不仅实现了超大容量的光网络,增加了网络的范围和节点数,而且还增强了网络的透明度,使不同系统、不同信号得到了有效的连接,网络的灵活性大大增强。另一方面,光联网还实现了网络的快速恢复。在发生故障时,因为恢复时间非常短,对电力系统的正常运行不会造成太大的影响,也不会造成太大的损失。正是因为光联网的这些优点,适应电力系统的发展需求,促进电力通信迈上了一个新的发展台阶。


  3.3向超高速传输方向的发展


  目前的10Gbps网络系统已经大量应用,10Gbps系统对光缆极化模色散非常敏感,但是目前已经铺设的光缆并不一定能满足开通和使用10Gbps系统的要求,需要进行实地测试验证。更高速的传输网络的进一步建设和实验,使电力系统整体上实现更高的处理速度得到了保证。


  3.4向超大容量传输方向发展


  信息的超大容量传输基本思路是将诸多不同波长的不同信号放在同一组光纤上传输,同时实现有效传输的效果,这样会提高光纤传输的承载能力。


  4结语


  总而言之,随着科学技术水平的不断提高,光纤通讯技术获得了长足的发展,其在电力系统中的应用大幅度提高了系统运行的安全性、可靠性和稳定性。在未来一段时期,应当加大对光纤通讯技术各方面的研究力度,尤其是在电力系统中的应用研究,充分发挥出光纤通讯技术的优势,进一步提升电力系统的运行水平,这对于促进我国电力事业的发展具有极其重要的现实意义。本文来自《世界竹藤通讯》杂志

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