光纖通信在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用

王 曦，胡嘉銘

（1.南網(wǎng)欽州新區(qū)供電局，廣西 欽州 535000；2.東北電力大學(xué)，吉林 吉林 132012）

在整個(gè)電網(wǎng)安全運(yùn)行中，電力通信扮演著至關(guān)重要的角色。同時(shí)，它也是確保電網(wǎng)傳輸數(shù)據(jù)，并能夠安全和可靠運(yùn)行的重要依據(jù)。隨著電力行業(yè)的迅猛發(fā)展，電力行業(yè)對(duì)電力通信的要求也逐漸增加。同時(shí)，電力通信也與整個(gè)電網(wǎng)的安全有關(guān)，從而需要提高對(duì)電網(wǎng)通信技術(shù)、安全系數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)。在電力系統(tǒng)運(yùn)作時(shí)，可能會(huì)遭受到一些外部因素的干擾，因此減小干擾成為電力通信的新任務(wù)之一。因?yàn)楣饫w通信自身具有強(qiáng)大的抗電磁干擾能力和較高的性能、較大的容量以及可靠的傳輸質(zhì)量等特點(diǎn)，在一定程度上能夠提高整個(gè)電力通信信息傳輸環(huán)節(jié)的迅速發(fā)展。因此，光纖通信在電力通信中具有非常重要的作用，也成為數(shù)字化時(shí)代和電力通信發(fā)展中必不可少的角色之一。

1 電力通信的發(fā)展現(xiàn)狀

基于通信技術(shù)發(fā)展下的電力通信系統(tǒng)的特殊性，因其具有以通信為主要技術(shù)，確保電力系統(tǒng)各部門正常運(yùn)行的特點(diǎn)。這就確定了通信網(wǎng)絡(luò)在電力系統(tǒng)中的重要性。因通信技術(shù)的更新?lián)Q代和電力系統(tǒng)的升級(jí)建設(shè)，現(xiàn)就電力通信系統(tǒng)的發(fā)展進(jìn)行研究闡述。

我國(guó)的電力通信系統(tǒng)于20世紀(jì)40年代逐步發(fā)展起來，時(shí)至今日，根據(jù)不同階段的代表性技術(shù)，可以將電力通信系統(tǒng)的發(fā)展過程大致分為3個(gè)階段[1]。

1.1 直通電纜及電力載波通信技術(shù)

在20世紀(jì)40年代到50年代直接的電力通信系統(tǒng)主要采用直通電纜及電力載波通信技術(shù)，此通信技術(shù)原始且簡(jiǎn)單，存在很多問題，如干擾大、誤差多、衰減大、故障率大，存在安全隱患和風(fēng)險(xiǎn)，但在電網(wǎng)的發(fā)展初期起到了一定的作用，為電網(wǎng)通信的進(jìn)一步發(fā)展奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

1.2 微波通信技術(shù)

在20世紀(jì)60年代到70年代之間，電力通信系統(tǒng)主要采用微波通信技術(shù)，此技術(shù)是在直流電纜及電力載波通信的基礎(chǔ)上的創(chuàng)新性提升，使用了微波作為介質(zhì)進(jìn)行通信，不需要固體介質(zhì)，因此改善了電力通信系統(tǒng)中存在的信號(hào)不穩(wěn)定的問題，極大程度地降低了對(duì)系統(tǒng)的干擾，大大提升了電力通信技術(shù)，且容量大維護(hù)方便，使得電力通信落后的局面有所改善。

1.3 光纖通信技術(shù)

20世紀(jì)80年代以后，電力系統(tǒng)的發(fā)展進(jìn)入快速軌道，電力系統(tǒng)規(guī)模不斷壯大。此時(shí)光纖通信技術(shù)也正發(fā)展起來，同時(shí)將光纖通信為代表的一些新技術(shù)引入電力系統(tǒng)中。因光纖通信的傳輸速率快、容量大、數(shù)據(jù)精度高、成本低等優(yōu)勢(shì)，滿足了電力通信系統(tǒng)可靠性的要求，逐步成為電力通信的主流，并實(shí)現(xiàn)大規(guī)模的應(yīng)用。

簡(jiǎn)而言之，電力通信系統(tǒng)的發(fā)展經(jīng)歷較快周期，從發(fā)展至今約有80余年，經(jīng)歷3個(gè)階段，通信技術(shù)不斷提高創(chuàng)新，電力系統(tǒng)規(guī)模越來越大且效率大幅提高?？梢钥闯黾夹g(shù)與設(shè)備的有機(jī)結(jié)合，可以實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)整體量的積累以致達(dá)到質(zhì)的飛躍，但在發(fā)展過程中仍有不少問題需要進(jìn)一步解決[2]。

2 光纖通信的概念及特點(diǎn)

近幾年來，隨著信息時(shí)代的進(jìn)步，光纖通信作為一門新興技術(shù)也在不斷地進(jìn)行革新，成為現(xiàn)代通信中發(fā)展速度領(lǐng)先技術(shù)之一。光纖通信就是以光纖作為傳導(dǎo)介質(zhì)以及光波作為傳導(dǎo)的載體進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，從而能夠?qū)崿F(xiàn)通信。光纖通信和其他的通信技術(shù)相比具有一定優(yōu)勢(shì)，具體如下所示[3]。

2.1 寬帶信息容量大

光纖的傳輸帶寬很大，比如單模光纖帶寬至少能夠達(dá)到2 000 MHz/km，多模光纖為50～500 MHz/km。因而，光纖的數(shù)據(jù)傳輸容量大。

2.2 低損耗，傳輸距離長(zhǎng)

現(xiàn)在光纖是采用石英原料，在光波長(zhǎng)為1.55 μm附近其損耗可低于0.2 dB/km。這將會(huì)加大光纖的中繼傳輸距離以便于降低運(yùn)行成本。

2.3 抗干擾能力強(qiáng)

由于光纖是絕緣性物質(zhì)，它將不會(huì)受到外面的自然因素的影響，例如：雷電、雨水等。與此同時(shí)，光纖不受電磁干擾，從而被廣泛應(yīng)用于電力行業(yè)以及軍事領(lǐng)域等。

2.4 傳輸保密性好

由于光纖傳輸數(shù)據(jù)時(shí)是以光波作為載體，而且光波不容易泄露。即使有少量的光波泄露時(shí)，也不能影響信息傳輸。如果光纖數(shù)量較大時(shí)則涂抹消光劑將會(huì)避免光線之間信息互擾，同時(shí)，外面很難監(jiān)測(cè)到光線攜帶的數(shù)據(jù)信息。因而，光纖具有較強(qiáng)的信息保密性。

3 光纖通信的優(yōu)勢(shì)

3.1 滿足復(fù)雜電力通信系統(tǒng)的需求

電力通信的復(fù)雜性較高，如果利用傳統(tǒng)的方法會(huì)降低電網(wǎng)輸出的效率，但是如果能夠利用光纖則不需要轉(zhuǎn)化接口方式，光纖自身就可以滿足不同接口的需求，這樣能夠更好地提高中斷線的輸導(dǎo)以及整個(gè)通信網(wǎng)絡(luò)的延伸。與此同時(shí)，電力通信系統(tǒng)需要較強(qiáng)的實(shí)時(shí)性，而光纖恰恰可以保證整個(gè)電網(wǎng)通信系統(tǒng)能夠?qū)崟r(shí)傳輸數(shù)據(jù)，這樣就能夠使光纖通信網(wǎng)及時(shí)有效地傳遞信息。

3.2 增加電力通信的可靠性與靈活性

隨著信息科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展，電力通信網(wǎng)面對(duì)著許多新的挑戰(zhàn)，這意味著需要擔(dān)負(fù)更多的使命。大量的光纖用于電力通信系統(tǒng)中提高電力信息的靈活性。光纖技術(shù)不僅能夠減小外面對(duì)電力通信網(wǎng)的一些干擾，也能夠減少電力通信自身事故的出現(xiàn)。因此，光纖可以增加電力通信網(wǎng)的安全性以及靈活性。

3.3 減少電力通信傳輸損耗

與其他傳導(dǎo)介質(zhì)相比，光纖在傳輸數(shù)據(jù)時(shí)具有較低的損耗以便于保證數(shù)據(jù)的完整性，從而能夠進(jìn)行長(zhǎng)跨距傳輸數(shù)據(jù)以及減少中繼站的建立。隨著社會(huì)以及科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，電力通信的覆蓋范圍逐漸擴(kuò)大。然而，光纖通信的引入不僅會(huì)大大地降低信息傳輸過程中的數(shù)據(jù)損耗同時(shí)也具有長(zhǎng)距離傳輸?shù)膬?yōu)勢(shì)，從而能夠縮減中繼站的搭建以及降低電力通信運(yùn)行成本。

4 光纖通信技術(shù)在電力通信中的應(yīng)用

通過電力通信處理數(shù)據(jù)的過程能夠進(jìn)一步看出整個(gè)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)含量大部分是繼電保護(hù)、自動(dòng)化和語音。因而，其比其余領(lǐng)域在通信方面相比處理信息的類型更加單一，同時(shí)處理的數(shù)據(jù)量也相對(duì)較小一些。雖然傳輸數(shù)據(jù)量不大，但因?yàn)殡娏νㄐ乓髠鬏敂?shù)據(jù)的時(shí)效性，需要對(duì)電力通信網(wǎng)的搭建達(dá)到一定的高標(biāo)準(zhǔn)以至于能夠減小通信擁堵時(shí)造成的損失。所以，將光纖通信技術(shù)運(yùn)用到電力通信中，其主要的技術(shù)介紹如下[4]。

4.1 波分復(fù)用技術(shù)

波分復(fù)用技術(shù)就是將彼此不同的各種各樣的光信號(hào)，以其各自的頻率匯聚到一起，作用在同一根光纖上。雖然這些光信號(hào)具有各自的頻率，但在波分復(fù)用技術(shù)中可以剔除這些信號(hào)之間的干擾，讓它們很好地匯聚在一起，然后再進(jìn)行傳輸作業(yè)。在波分復(fù)用技術(shù)中傳輸信息的載體是光波，首先利用光波將信號(hào)在其接收端進(jìn)行匯集，再將匯集后的波長(zhǎng)進(jìn)行分離，最后將信號(hào)進(jìn)行還原，通過這種方式將多信號(hào)傳輸?shù)膿p失降到最低。波分復(fù)用技術(shù)使光纖通信的通信質(zhì)量大大提高，信號(hào)的傳輸是雙向的多路徑，顯著提高了光纖通信的通信效率，并減少了光纖的使用量。

4.2 復(fù)合光纖架空地線

迄今為止，復(fù)合光纖架空地線成為相對(duì)較普遍的一種類型，因而能夠被廣泛運(yùn)用到工業(yè)、軍事等領(lǐng)域。復(fù)合光纖架空地線又能夠被叫作光纖架空地線，是在電力傳輸線路的地線中含有供通信用的光纖單元。它具有非常顯著的優(yōu)點(diǎn)：（1）復(fù)合光纖能夠防止傳輸路線被雷電攻擊，具有很好的耐沖擊性。（2）在光纖通信時(shí)能夠包含全部的單元以及傳遞信息時(shí)具有較強(qiáng)的可靠性。與此同時(shí)，在平時(shí)的利用中很少出現(xiàn)磨損的狀況能夠減少維護(hù)成本，降低工程造價(jià)，從而可以被電力通信廣泛應(yīng)用。

5 結(jié)語

隨著一系列先進(jìn)技術(shù)的蓬勃發(fā)展，尤其是把光纖通信運(yùn)用到電力通信行業(yè)，這樣不僅能夠促進(jìn)電力行業(yè)迅猛發(fā)展，而且也對(duì)經(jīng)濟(jì)體制正常運(yùn)轉(zhuǎn)有著重要的影響作用。光纖通信將會(huì)成為電力通信行業(yè)的主要技術(shù)之一。這就需要我們對(duì)光纖技術(shù)進(jìn)行深入研究，提高光纖通信技術(shù)水平，從而促進(jìn)電力通信系統(tǒng)的發(fā)展，為電力行業(yè)智能管理打下堅(jiān)定的基礎(chǔ)。由此可見，光纖能夠促進(jìn)電力行業(yè)的持續(xù)前進(jìn)。