電力光纖到戶關鍵技術應用方案

劉增輝

【摘要】 PFTTH（Power Fiber To The Home）是指在低壓通信接入網中采用光纖復合低壓電纜（OPLC），將光纖隨低壓電力線敷設，實現到表到戶，并配合無源光網絡（PON）技術，承載用電信息采集、智能用電雙向交互、“三網融合”等業務。目前，智能電網各項技術正逐步成型并且走向應用，PFTTH將會成為未來若干年的電網和通信網的焦點，研究智能用電并結合通信行業的優勢來建設現代化居住小區具有重要的意義。

【關鍵詞】 PFTTH 組網技術 OPLC

一、緒論

PFTTH即電力光纖到戶是指在低壓通信接入網中采用光纖復合低壓電纜（OPLC），將光纖隨低壓電力線敷設，實現到表到戶，配合無源光網絡技術，承載用電信息采集、智能用電雙向交互、“三網融合”等業務。隨著科技的發展，人們用電將趨向智能化以及信息化，這必然要求電網的發展將和通信行業聯合在一起來中創造出一條新的適應未來人們需求的發展路線。

二、PFTTH的組網技術研究

2.1 PFTTH關鍵技術

PFTTH（Power Fiber To The Home）即電力光纖到戶是指在低壓通信接入網中采用光纖復合低壓電纜（OPLC），將光纖隨低壓電力線敷設，實現到表到戶，配合無源光網絡技術，承載用電信息采集、智能用電雙向交互、“三網融合”等業務。

在運用PFTTH技術組網建設智能用電小區的時候，實際運用到的技術是很多的，其操作也是相當復雜的，本文無法將所用到的全部技術都一一介紹，本文重點就光纖復合低壓電纜（OPLC），以太網無源光網絡（OPLC）以及光纖技術等相關關鍵技術作較為詳細的介紹。以期更多的人能了解這樣的一個新興技術。

1、OPLC。

電力光纖，實際上就是低電壓電纜內復合了一根光纖，更確切地說，是光纖復合低壓電纜（Optical Fiber Composite Low-voltage Cable，簡稱OPLC； Optical Fiber Composite Insulated Power Cable for Low Voltages，簡稱OPIC ），從英文縮寫分析，有稱OPLC的，也有稱OPIC。光纖復合低壓電纜是一種具有電力轉輸和光通信能力的絕緣電纜，簡單點說就是一根既可以傳輸電力同時可實現光纖通信傳輸的電纜[2]。傳輸電力的線芯以及傳輸信號的光單元可共同組合成光纖復合低壓電纜，其中電力電纜線芯是由銅或鋁材質的金屬導體和絕緣層組合而成，其結構及要求都應符合GB/T12706.1-2008標準。若干根光纖、松套管、加強件和護層共同組合而成光單元，且需將阻水油膏填充在松套管與光纖束之間。因為正常運行時電力纜線芯中的導體最高溫度可達到90℃，而光單元中光纖比較脆弱且受溫度影響較大，一般其工作溫度需要控制在70℃以下，所以必須使光單元受導體工作溫度影響較小即遠離電力電纜線芯。

2、EPON技術。

EPON（Ethernet Passive Optical Network）是PON技術中最新的一種，由IEEE 802.3 EFM（Ethernet for the First Mile）最先提出。EPON是點到多點的網絡結構、無源光纖傳輸方式、基于高速以太網平臺以及TDM時分MAC（Media Access Control）媒體訪問控制方式、提供多種綜合業務的寬帶綜合接入技術。可以提供數據、語音、居民用戶用電信息采集以及視頻的綜合業務接入，并且具有良好的經濟性能。

3、光纖技術。

光纖是光導纖維的簡稱，光纖是用光脈沖的形式來傳輸信號的，材質是以玻璃或者有機玻璃為主的網絡傳輸介質。眾所周知，光纖的優點是傳輸容量大、體積小、質量輕、衰耗小、成本低和抗氧化腐蝕性強，另外它沒有電磁輻射（不受電磁干擾），運行穩定，電氣絕緣好等特性，因此它是金屬傳輸媒質無法相比的。此外也只有光纖具有這種特殊的電氣以及電磁性能，也只有這種性能才能夠把光纖與電力導體復合在一個結構實體里，另外任何其它傳輸介質都是行不通的。其次，光纖傳感、光纖器件以及光纖通信技術正在廣泛地應用到通信業的生產、經營以及管理當中，光纖網絡到戶將成為未來全世界信息通信的最終目標。

4、PFTTH相關技術標準。

電力光纖到戶技術作為一項新生事物，要進行規模化推廣，建立標準體系是相當重要的。首先需要將光纖復合低壓電纜進行規范，另外還需在檢測、組網設計、施工、驗收和運行等方面制定一系列標準，目前我國在電力光纖到戶技術方面正在建立起標準體系。電力光纖到戶所涉及到的標準大都是跨行業的結合，包括電力電纜以及光纖行業，前者是電力行業，后者為通信行業，因此在制定標準方面需開拓性地借鑒光纖通信和電力電纜的標準，并對其進行了融合再創造。當然，這里面還有其特殊性，如壽命、溫度、機械應力和電磁干擾等問題，通過實驗、檢測等方式發現問題并解決問題，最終把它用標準規范下來。實際上，針對電力光纖到戶所制定的相關標準和電力光纖到戶技術一樣也是一種創新。

2.2 PFTTH組網分析

將光單元加入傳統的電力系統中以實現集電力傳輸網、廣播電視網、計算機通信網以及電信網為一體，即為“多網融合”已成為國際研究的重要課題。2010年電力光纖到戶試點工程項目以被相關單位在多個城市出臺，并研制出了一系列適用于不同環境以及不同布線方案的光纖復合電纜。在用PFTTH進行組網時考慮到現代化農村、高檔寫字樓、智能別墅區以及高層居民區住宅樓的用戶類型以及分布狀況，將PON技術加以運用并改進以運用到PFTTH組網中，建立起一套“多網融合”的PFTTH方案。

在光電機房里，普通的電力電纜需進行電壓變換，而光單元在OLT中完成業務處理以及數據匯聚分發等功能，帶有信息流載體和電流，最終在光電機房內交接為一根光纖復合電纜。從光電機房出來后，將電力電纜送入各地區的光電交接箱以進行電力配送以及光單元的交接，且將PON技術加入光單元中，來實現光信號的無源分配。而光分路器安置則不怎么受限制，可以放置在光電交接箱內、光電機房里或者光電分線箱中。在組網時若考慮用戶分布狀況以及用戶類型，可將PFTTH方案劃分為農村、智能別墅區、高層居民住宅區以及商住寫字樓等的PFTTH方案。

由于農村用戶較多且分散性較大，電力系統方面單個家庭適用的載流量不是很大，導線截面積也較小，而光單元方面單個用戶所需帶寬也不是很高。因以上原因，在PFTTH組網時光信號在光電交接箱中需進行一級分光、而在光電分線箱中則進行二級分光后用入戶光纖復合電纜進入每個家庭。

在電力光纖組網時智能別墅區的情況與農村很是相似，由于電力電纜的載流量以及設備類型多樣化，在智能別墅區組網時入戶用光纖復合低壓電纜可能會用到三芯。

高層居民住宅區的組網不像農村和智能別墅區那樣用戶較分散，在光電交接箱中出來以后進入高層樓房內光電分線箱，在光電分線箱里進行一級分光后引出到入戶用光纖復合電纜。

由于電力電纜供電半徑一般不超過1公里，光信號在光電機房內需進行一級光功率分配，并依據用戶數量來選配光纖數量以及電力單元，光單元從光電機房出來以后只分纖而不分光。光纖可依據農村、智能別墅區和高層居民住宅區、商住寫字樓等各段用戶量來匹配，并依據用戶電量需求選配電力單元。由于PON技術的特點，在各段可靈活運用光分路器，并采用一級或二級分光。在完成配網以后，可根據電力配網三相平衡原則，且結合用戶類型，用入戶光纖復合電纜至各用戶。

2.3 PFTTH組網模型

在電力光纖組網時，光纖復合低壓電纜用于10kV以下低壓配電線路，即從10kV變電站到樓宇配電箱，再到樓層電表箱，最終到達用戶家庭配電箱，以實現電力以及光纖同時入戶[12]。OPLC技術在電力光纖到戶系統用來構建電力高速數據網絡平臺，為用戶提供數據、語音和視頻等業務的融合。在110kV變電站或10kV變電站配置光線路終端設備，為用戶提供網絡集中以及接入服務，可完成帶寬分配以及控制各信道連接，實時監控、管理和維護等功能。

在用戶家內以及樓層電表箱位置安置光網絡單元設備，用以太網協議，實現用戶數據、語音和視頻業務的透明傳送以及電表數據的上下傳輸功能。ONU功能集成在光纖電表中的光接口位置，可直接和OLT通信，以實現電表數據的采集以及控制等。

PFTTH系統的基本組成包括：光線路終端（OLT）、光網絡單元（ONU）和光分布網絡（ODN）三部分，其系統模型圖簡化示意如圖1所示：

圖1 PFTTH系統模型

系統中各部分的作用如下：

1.光線路終端（OLT）——OLT主要實現語音、數據和視頻業務網絡的網絡管理服務且提供互聯接口服務。

2.光分配網絡（ODN）——ODN主要負責連接OLT和其所對應的ONU。ODN主要為OLT和ONU之間提供光傳輸手段，光信號功率分配是其主要功能。在PFTTH系統中ODN一般由光纖復合低壓電纜、普通光纖光纜、光交接/配線設備、光連接器、光分路器和安裝連接這些器件的配套設備等構成。

3.光網絡單元（ONU）——ONU主要負責向終端用戶提供一些業務接口。

在光電機房內，普通的電力電纜進行電壓變換，而光單元在OLT中完成數據匯聚分發和業務處理等功能，攜帶電流和信息流載體最后在光電機房內交接統一成一根光纖復合電纜。從光電機房出來，進入各地區的光電交接箱進行電力配送和光單元的交接，并在光單元中引進PON技術，實現光信號無源分配。而光分路器根據需要可以放置在光電機房內、光電交接箱內或光電分線箱。

三、總結

電力光纖到戶技術能夠統一承載能源流、信息流是其非常大的優勢，其在滿足智能電網客戶端信息交互的同時，又可為通信和廣電運營商提供可選的公共接入服務，電力光纖技術符合未來電力通信的發展要求。

參 考 文 獻

[1]金元.OPLC成纜質量的控制[J].光纖與電纜及其應用技術，2012（02）：50-66.

[2]高俊偉，趙海，張夢璐.上海電力光纖到戶城域傳送網建設方案[J].華東電力，2011（06）：11-15