電力光纖通信網絡的規劃與設計研究

周 航

（四川省水利規劃研究院，四川 成都 610000）

0 引 言

近年來，隨著科學技術的不斷發展，電力光纖通信網絡在通信領域的應用占比也在不斷增大。相對于傳統的光纖通信網絡，電力光纖通信網絡是基于輸電過程所產生的，其融入的智能技術和互聯網技術等要素相對更多，有助于推動通信工程的進一步發展，不僅能夠提高通信的便利度，而且也能夠同時解決網絡終端設備的用電問題?；诖耍瑧斶M一步深入探究電力光纖通信網絡的規劃設計工作。

1 電力光纖通信網絡概述

電力光纖通信網絡是當前通信領域中較為先進的一種網絡傳輸方式，其通常用于電網調度和保護等方面。當前主流的兩種電力光纖分別為光纖復合架空地線和自承式光纜兩種，在實際應用過程中，通常隨高壓線路架設工作同步進行[1]。

由于電力光纖通信網絡是保障電力系統正常運行的重要組成部分，因此在通信網絡的規劃和設計中，其合理性是首要關注的一項內容。為確保其設計過程的合理性，在規劃設計的過程中通常需要遵循以下幾點原則。一是先進性原則，在設計過程中應當引入行業內較為先進的技術，用以指導設計；二是綜合性原則，在規劃設計工作中要始終結合工程的實際情況，合理設置參數和設備選型等，確保網絡合乎要求；三是經濟性原則，在確保通信網絡滿足需求的基礎上，應當本著資源節約的理念方法展開設計，以提高項目的經濟效益[2,3]。

2 電力光纖通信網絡規劃設計工作需要關注的要點

2.1 拓撲結構方面

在電力光纖通信網絡的規劃設計中，選擇拓撲結構即選擇網絡連接的具體形式是技術人員首要關注的一項內容。在目前的規劃設計工作中，星型、環型、總線型以及樹型等均為拓撲結構的表現形式。由于各個拓撲結構在應用特點上存在著較大差異，因此在具體的規劃設計工作中通常需要對各種拓撲結構進行比選?？紤]到當前業務對于信息傳輸效率和安全性的要求，通常優先選擇如圖1所示的星型網絡拓撲結構，以利用其簡潔和多傳輸節點的特性[4]。

圖1 星型網絡拓撲結構

2.2 通信設備選型方面

電力光纖通信網絡規劃設計工作是一項綜合性較強的過程，涉及大量的硬件設備，這些硬件設備的參數也直接決定了電力光纖通信網絡的設計效果，因此對硬件設備的選型尤為重要。具體來看，設備的選型主要是結合電力系統的實際需求進行選擇，在選擇過程中還需要重點關注以下幾方面的內容。一是注重通信接口，其接口的信息傳輸頻率應當保持同步，以實現信息的高效傳輸；二是在規劃設計過程中，設備的性能應當具有一定的冗余度，在確保資金的要求下綜合考慮傳輸網絡的后期發展需要，盡量選擇容量可擴大、有升級空間且配置比較靈活的硬件設備[5]。

2.3 電力光纖網絡電纜的選擇方面

從以往的研究經驗來看，材質不同的電纜決定著電力光纖通信網絡運行效果的差異。就目前的兩種主流電力光纖網絡電纜而言，光纖復合架空地線具有更高的穩定性，主要是因為這種光纖材料的外層通常使用金屬材料，在應用過程中不易受到侵蝕或降解，但其布置難度相對較高；而自承式光纜的優勢則在于布置施工環節簡單，能夠很大程度上降低外界環境因素對施工進度造成的影響。由此不難看出，電力光纖網絡電纜的選擇并不存在絕對的優劣，需要結合實際情況進行選擇，從而保障電力系統通信網絡的高效運行[6]。

2.4 網絡系統與傳輸管理方面

當前的電力光纖通信網絡規劃設計工作仍然具有一定的提升空間，為了進一步提高網絡系統與傳輸管理工作的質量，針對以下3個方面進行提升則較為關鍵。首先是考慮網絡系統和傳輸管理方面的統一化，針對當前各地電力光纖通信網絡規劃設計存在較多差異的情況，建立統一的電力光纖通信網絡規劃設計標準，以解決后續復雜的網絡設計工作難題。其次是考慮引入更多的信息化和智能化技術，以提升電力光纖通信網絡的智能化水平，解決以往人工操作環節存在的效率和準確性不足等問題。最后是要在電力光纖通信網絡規劃設計工作中注重冗余設計，重點是提升電力光纖通信網絡整體的容錯率和自愈能力，確保在出現問題時能夠將負面影響降到最低[7]。

3 電力光纖通信網絡規劃設計的相關策略

3.1 項目概況

某沿海城市開發區現有兩座220 kV變電站和5座110 kV變電站，變電站總容量約為1 230 MVA，每年為當地提供20億kW·h以上的電能供應。近年來，隨著當地城市建設的進一步推進，該地區的用電量持續增長，導致區域內變電站的負荷率也逐步升高，部分變電站的負荷率已經接近83%，同時當地現有的變電站存在著分布不均的問題?？紤]到以上問題，該地區有關部門研究后決定在變電站密度較低的區域新建一座110 kV變電站，基于該變電站與其他電力模塊之間的通信問題，技術人員首先研究其電力光纖通信網絡規劃設計工作。

3.2 設備器件選型

3.2.1 光纖設備選型

在整體規劃設計工作中，技術人員通過研究當地的電網分布后決定，新建兩條24芯光纖復合架空地線光纜，將本次新建的變電站接入到當地的光纖通道網絡中。在此基礎上，在有關的各變電站內配置相應的光傳輸設備、接入設備以及數據網設備，以此組織本變電站至整體電網的光纖通信通道和數據網通道。

針對光纖復合架空地線光纜的選型，技術人員綜合考慮了光纜的熱穩定特性、機械特性、防雷特性等多方面的要求，最終確定選用G625B型光纖，其主要參數如表1所示。

表1 G625B型光纖的主要參數

在此基礎上，同時搭配G652型非金屬普通光纜沿變電站內電纜管溝走廊進行敷設，考慮到現場情況，該普通光纜穿直徑28 mm聚氯乙烯（Polyvinyl chloride，PVC）管進行敷設。

3.2.2 主要設備選型

為滿足該變電站各類信息的高效可靠傳輸，在本次設計中，技術人員在該變電站內配置了兩套傳輸速率為155 Mb/s的光端機，并為其配置了相應的光纖配線架（Optical Distribution Frame，ODF）、數字配線架（Digital Distribution Frame，DDF）、音頻配線架（Voice Distribution Frame，VDF）單元以及脈沖編碼調制（Pulse Code Modulation，PCM）綜合接入設備。同時，在該變電站上、下行方向的兩個變電站中，為已配置的光端機上各增加一塊光板。在此基礎上，為確保數據傳輸的同步性，為變電站配置精度較高的時鐘。

另外，為確保對該通信網絡內各個設備的有效管理，以保證網絡的安全性，在本環節設計中引入數據認證模式，采用兩次認證的方式進行，其具體流程如下。（1）用戶發出認證請求，系統根據用戶的密鑰進行加密和上傳，若用戶尚未設置密鑰則由系統產生一個認證隨機數；（2）對密鑰進行解密和驗證，若驗證通過則返回物理網關設備模型和認證成功的信息。

3.3 通信機房的布置

在設備選型完成后，技術人員開始進行通信機房的布置，具體布置分為以下幾個環節。（1）新建一個通信控制機房，為新增的通信設備安裝4個屏位，其中3個屏位用于通信設備工作情況的分析，另外一個屏位為冗余設計，兼顧后期拓展的需要；（2）對供電電源進行設置，為新增的通信設備配置一套直流配電屏（含柜），每路220 V交流電源進線分5路220 V交流出現，每路48 V直流電源進線分10路48 V直流出線；（3）為新增的通信控制機房增設防雷接地措施，主要是針對新增通信設備的機殼和接地端子部位就近與環形接地母線（應用面積為30 mm2的多股銅導線）相連，以實現較為可靠的接地，同時在48 V直流電源負極輸入端的設備側增設一個壓敏電阻；（4）主控室和傳達室安裝固定電話設備，以考慮特殊情況下的通信需要。

3.4 傳輸技術的選擇

為提升本次電力系統通信網絡中信息傳輸的效率和質量，采用終端直接傳輸技術進行設計。這種技術是當前電力光纖通信中的一種關鍵技術，能夠直接支撐不同終端間的數據傳輸，有效降低了不必要環節的應用以及通信網絡中各節點的通信壓力。

在此基礎上，考慮到本次通信網絡涉及到中長距離的信息傳輸，在光纖通信網絡中設置若干個中繼節點來保證信息傳輸質量，如圖2所示。

圖2 電力光纖通信網絡的中繼傳輸示意

在確定需要引入的中繼節點后，技術人員將對該通信網絡中各個中繼段間的距離進行計算，考慮到信號在傳輸過程中的衰減，因此分析最不利因素下的中繼段長度，計算公式為

式中：ε取0.306；B為傳輸速率，Mb/s；D為光纖色散系數，取20 ps/nm.km；?λ為光源的均方根譜寬，取0.75 nm。根據代入以上已知條件，所求得的L值即為最不利因素下的中繼段長度。結合本次實際情況，計算得到中繼段長度為25.9 km，光纜線路的實際長度小于中繼段長度，滿足傳輸要求。

3.5 光纖通信網絡方案的設計與實施

在確定基本的設備選型和通信機房配置方案后，設計人員開始著手進行本項目中光纖通信網絡方案的設計與實施工作，具體來看，本環節的工作主要分為以下幾個部分。

（1）對電力光纖通信網絡的整體路徑進行規劃。經過現場勘查后確定其主要路徑為：重建變電站引出通信光纖，沿著當地目前正在規劃的幾條主干道路進行敷設，并最終引至上行和下行方向的兩個既有變電站中。針對涉及到的3個變電站，由于存在不適宜設置星型結構的客觀條件，因此通信網絡結構設置為環形結構，使用一條光纖來連接各個對應的節點，并將頭部和尾部閉環連接，以形成一個完整的閉合回路。

（2）對光纜的布置進行設置。在光纜布置環節，除了在施工圖紙中明確預留的地點及長度外，通信機房內預留20 m光纜，此部分預留的光纜則盤圈綁扎在機房的槽內，同時將爬梯和走線架上的光纜綁扎牢固，控制光纜在垂直上升段各個綁扎點的間隔在0.8 m左右。另外，從門形架引下及埋地輻射的光纜采用φ32/28 mm的PVC塑料管及規格為φ40 mm的鍍鋅鋼管保護，并在電纜溝和豎井內采用規格為φ32/28 mm的PVC塑料管進行保護，同時對鍍鋅鋼管采取固定措施，每隔1.5 m使用一個下抱箍進行固定。

（3）對光纜敷設環節進行控制，為確保多段光纜能夠同步進行布置，設計人員組織施工人員展開密切合作，為各個施工區間配備無線電話，確保施工人員在光纜敷設環節的動作協調一致。在各區間的光纜敷設環節完成后，先對各個區間進行測試和檢查，之后再進行各個區間光纜的接續。

4 結 論

在近年來的電力通信工作領域中，電力光纖通信網絡對于整體網絡技術與設備等多方面的要求仍在逐步提高。為確保電力光纖通信網絡能夠滿足實際要求，在今后的工作中就需要結合實際情況，加強對現有技術模式的分析，抓住技術要點，積極采取針對性措施解決既有工作中存在的問題，從而促進我國電力光纖通信網絡的高質量發展。