高中獲獎科技論文

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　　高中獲獎科技論文篇一

　　電力通訊系統光纖通訊的維護與應用綜述

　　【摘 要】近年來，隨著我國經濟的發展，電力通訊網絡日益龐大，通訊系統正在面臨更嚴峻的考驗。光纖通訊以其傳輸容量大、抗干擾能力強、安全性高等特點，在電力系統通訊中被廣泛應用。本文首先分析了光纖通訊技術的優勢，并在此基礎上對電力系統中的光纖通訊維護與應用進行研究。

　　【關鍵詞】電力系統;光纖通訊;應用

　　前言

　　電力通訊網是我國專用通訊網絡中，規模較大、發展較為完善的專用通訊網絡。隨著光纖通訊系統的不斷發展，我國的電力專用通訊網絡，從主干到接入網，都在大力發展光纖通訊，在有的地區，光纖通訊系統已經發展成為了主要的通訊方式。可以說，光纖通訊已經成為電力系統安全穩定運行以及電力系統生產生活中不可缺少的一個重要組成部分。

　　電力光纖通訊系統所承載的業務除常規的電信業務如語音、數據、寬帶、 IP等外，還有電力生產系統專業的業務如保護信息、安全自動裝置信息和電力市場營銷所需的寬帶數據信息等。特別是保護和安全自動裝置信息，對光纖通訊系統的可靠性和安全性提出了很高的要求。因此，如何提高電力光纖通訊系統的可靠性、安全性和運行維護水平，以保證電力光纖通訊系統連續穩定暢通的運行，縮短故障處理時間，就顯得尤為重要。

　　1 光纖通訊技術的優勢分析

　　與傳統的通訊技術相對比，光纖技術具有以下幾方面的優勢：

　　1.1 通訊容量大

　　傳統的通訊方式一般采用銅線電纜或微波傳輸，其通訊容量相對較小，光纖的通訊容量是微波通訊的十幾倍。目前，單波長光纖通訊系統的傳輸速率一般在2.5Gbps到1OGbps，采用密集波分復術實現的多波長傳輸系統的傳輸速率已經達到單波長傳輸系統的數百倍。

　　1.2 損耗率較低

　　傳統的傳輸方式對于能源的要求非常高，而光纖的損耗相對較低，通常低于0.20dB/km，如此之低的損耗是其它傳輸介質無法比擬的。為此，由光纖構成的通訊系統在中繼距離上也要比由其它介質構成的通訊系統長得多，正是這一特點使得光纖通訊在電力系統中獲得了非常廣泛的應用。

　　1.3 超強的抗干擾能力

　　光纖的主要材料是石英，這種材料有著非常優良的抗腐蝕性能以及絕緣性，能夠很好的抵抗電磁干擾。在實際的運行過程中不會遭受太陽黑子以及電離層、雷電活動的干擾，更不會受到由于人為產生的電磁干擾，使得光纖通訊技術能夠在電力領域中得到普及使用。

　　1.4 安全性高

　　在銅線電纜或微波等無線信息傳輸過程中，都會出現電磁波泄露的現象，造成傳輸信息的泄露，使整個通訊系統缺乏良好的保密性。而光纖是通過光波進行信息的傳輸，光纖在信息傳輸過程中，將光信號限制在相關的光波導結構中，這樣，已經被泄露出來的射線就會被環繞在光纖周圍的不透明保護層有效吸收到，實現光信號泄露的良好扼制，有效地防止了所傳播信息被竊聽，從而避免了傳輸信息泄露，保障了光通訊系統的良好保密性。

　　1.5 其他優勢

　　除以上特點之外， 光纖徑細、重量輕、柔軟、易于鋪設 光纖的芯徑很細，約為0.1mm，由多芯光纖組成光纜的直徑也很小，8芯光纜的橫截面直徑約為10mm，而標準同軸電纜為47mm。這樣采用光纜作為傳輸信道，使傳輸系統所占空間小，解決了地下管道擁擠的問題，節約了地下管道建設投資。

　　2 電力系統中光纖通訊的具體應用及設備維護

　　2.1 光纖在電力通訊系統中的應用

　　由于光纖具有傳輸容量大、頻帶寬、傳輸衰耗小及抗電磁干擾能力強等諸多優點，它一問世就在電力通訊系統中得到廣泛應用并迅速發展。特別是一些有別于傳統光纜的適合電力系統特點和要求的特種光纜被研制出來，如OPGW (光纖復合地線)、OPPC(光纖復合相線)、MASS (金屬自承光纜)、ADSS(全介質自承光纜)、ADL(相/地捆綁光纜)和GWWOP(相/地線纏繞光纜)等，加速了光纖通訊在電力系統中的應用。由于電力特種光纜附加于電力線或加掛于電力桿塔上，因此，受外力破壞的可能性小，可靠性高，雖然其電力特種光纜的造價相對較高，但施工建設成本相對較低，經過多年的發展，電力特種光纜的制造及工程設計已經成熟，在國內電力通訊系統中已經開始得到大規模的應用。電力特種光纜依附于電力系統自己的線路資源，避免了在路由協調、電磁兼容等方面與外界的矛盾，有較大的主動權和靈活性。電力光纖通訊系統與其它光纖通訊系統最大區別之一就是光纜的特別性。目前，在我國應用較多的電力特種光纜主要有ADSS、OPGW和OPPC光纜。

　　2.1.1 ADSS光纜

　　ADSS光纜是全介質自承式光纜的英文縮寫，這種光纜在我國很多電壓等級的輸配電線路中都有應用，如220kV、110kV等等，尤其是在一些已經建成的線路上應用更多，它的應用為電力系統直接通過高壓輸電桿塔建立通訊網絡提供了可能。ADSS光纜較為顯著的特點之一是能夠適用干特殊拉力環境以及跨越河流、山谷和雷電密集區的架空敷設，同時其還具備優良的光纖傳輸性能、機械性能以及環境適應性能，能夠與高壓電力線路同桿架設，并且傳輸信號不會受到強電場環境的任何干擾，也不會使通訊量受到影響，這一特點是電力通訊系統最為需要的，故此，ADSS成為電力通訊最有效的傳輸方式之一。

　　2.1.2 OPGW光纜

　　OPGW光纜是光纖復合地線的英文縮寫，其也被稱之為光纖架空地線，簡單來講就是在架空地線當中復合光纖。OPGW光纜最為顯著的特點是可靠性較高、且不需要進行維護，唯一的缺點是造價過高，既適用于新線路建設，也可應用于舊線路改造。OPGW光纜一方面可以作為輸電線路的防雷線，可對輸電線路起到防雷屏蔽保護作用;另一方面可以借助復合在地線中的光纖進行信息傳輸，這兩方面的功能使其被廣泛應用于電力通訊系統當中。

　　2.1.3 OPPC光纜

　　OPPC是光纖復合相線的英文縮寫。在電網中，有些線路可不設架空地線，但相線是必不可少的。為了充分利用電力系統自身的線路資源，滿足電力系統通訊的需要，與OPGW光纜技術相類似，在傳統的相線中以合適的方法加入光纖，就成為光纖復合相線(OPPC)。OPGW與OPPC雖然它們的結構相似，但從設計到安裝和運行，它們有原則的區別。OPPC光纜作為電力輸電線路中的相線，在輸送電能的同時又能進行信息傳輸，充分利用了電力系統自身的線路資源，是用于電力通訊的又一種特種電力光纜。 　　2.2 光纖通訊設備的維護

　　2.2.1 設備的維護要求

　　光纖通訊系統維護工作的主要目的就是保障系統正常穩定運行，及時迅速排除設備故障。維護工作主要針對的是光通訊設備、光纜線路、高頻開關電源和配線架等。其維護要求主要有以下二點：

　　(1)應確保設備的工作條件良好。簡單來講就是應當保證光纖通訊設備始終處在正常的工作環境當中，如要保持機房有合適的溫度和濕度; 光設備工作電壓應當保持在規定的電壓范圍內;光纖通訊系統的網管系統以及本地維護終端使用的計算機應為專用設備，嚴禁隨意挪用，應制定嚴格的運行和操作規程并嚴格執行，不在上面隨意安裝應用軟件，不準接入單位MIS系統和公共互聯網; 嚴禁U盤、移動硬盤等移動介質的使用，嚴防病毒侵入。

　　(2)及時迅速排除設備故障。在維護工作中迅速有效地進行故障的分析與處理，光通訊系統出現故障時，應首先根據故障現象以及設備和網管上的告警提示信息，結合通訊系統網絡圖和電路使用情況，迅速查明當前的故障原因，并及時進行排除，爭取在最短的時間內解決故障，保證通訊設備穩定、可靠運行;

　　2.2.2 設備的維護方式

　　為了達到及時發現設備故障目的，需要采用一些有效的設備系統維護檢修方式，在光纖通訊系統的維護檢修過程中，采用的維護檢修方法主要有以下幾種。

　　(1)采用集中維護方式。因光通訊設備基本上都配備了遠程集中監控系統，任一設備出現故障，都能及時反映到集中監控終端上來。因此，各企業可根據本企業和實際情況，設置集中維護中心，將本企業的維護人員以及所需的儀器儀表、備品備件全部集中到集中維護中心內，對于設備較少的通訊站點就可不設日常維護人員，這樣不但能夠提高維護工作效率，而且還能節約人力資源，減少儀器儀表、備品備件的配備數量，節約資金。

　　(2)加強巡視檢查。值班人員要定期巡視檢查監控終端上的告警信息，一但發現有故障告警信息，應立即根據系統給出的告警級別采取相應的處理措施。其次，定期對無人通訊站進行巡視檢查，發現問題及時處理。應制定完善的系統日、月、季、年度巡視檢查制度、巡視檢查的具體項目和內容， 并嚴格執行。

　　2.2.3 故障處理方法

　　為了及時迅速排除設備故障，可以采用以下故障處理方法。

　　(1)替換法。替換法是一種最常用的通訊設備故障處理方法，該方法是在大致判明了故障部位的情況下，用能夠正常工作的相應電路板、模塊或原件將被懷疑不能正常工作的相關電路板、模塊或原件進行替換，最終判明故障部位并排除故障。

　　(2)環回檢測法(也稱作自環)。環回是使信息從光設備的發端口發送出去再從自己的收端口接收回來的操作，是在檢查傳輸通路故障時常用的手段。通過環回操作可以在分離通訊鏈路的情況下逐級確認網元的故障點，檢測節點和傳輸線路的工作狀態，幫助我們快速準確地定位故障點設備，甚至故障點單板。環回的方法有硬件環回和軟件環回，環回信號可以是光信號，也可是電信號。

　　硬件環回是指使用物理方法連接一路信號的收發端口，從信號流向的角度來講，硬件環回方向一般都是向設備內方向，因此我們也稱之為硬件自環。軟件環回是指通過網管軟件將某一路信號的收、發通路進行連接，軟件環回不僅可以設定相當于硬件環回的信號自環，還可以設定線路環回或單一信道的環回。根據環回方向的不同，軟件環回可以分為線路側環回和終端側環回

　　(3)儀器儀表測試法。這一方法主要是通過各種光纖通訊系統檢測儀表來進行設備故障的查找，光纖通訊系統測試儀表主要有光功率計、光時域反射測試儀、誤碼儀和萬用表等，在實際的故障處理過程中，可以采用相應的儀表進行準確的故障定位。如誤碼儀主要是用來進行通道誤碼性能測試;萬用表用來進行實際的供電電壓，電纜通斷的測試;光時域反射測試儀可用來判斷光纜線路故障，光功率計主要是用來測試光信號是否正常。

　　(4)網管軟件測試法。利用網管軟件執行“插入誤碼”命令或執行“插入告警”命令，來判斷系統是否正常。插入誤碼操作可以用來判斷通道的狀況，插入告警用來判斷自愈環網的倒換是否正常。

　　2.2.4 對維護人員的要求

　　電力通訊系統中的光纖通訊設備維護是一項比較縝密的工作，它對維護人員提出了較高的要求。首先，維護人員應非常熟悉系統網絡拓撲、保護特性、時隙配置情況、業務分配情況等。其次，在進行設備維護工作時，應注意設備的安全。因光通訊設備都是微電子設備，容易因高壓靜電而損壞，應注意防止靜電對設備的損壞。在進行機盤操作時，必須戴上防靜電手腕，并保證其有良好的接地，拆換下來的機盤應及時裝入防靜電的袋子中。第三，在日常維護工作中，應注意保持機房和設備的整潔，保證設備的各種指示燈良好，確保各插接件、連接端子、連接頭接觸良好。

　　3 光纖通訊技術在電力系統應用中的發展前景

　　3.1 光復用技術的應用

　　光復用技術是光纖通訊技術應用中最活躍的一個領域，它的技術應用和技術進步極大地推動了光纖通訊事業的發展。為進一步提高光纖的利用率，人們采用了各種光的復用方法，其中最重要的是波分復用、頻分復用和碼分復用技術：①波分復用技術。波分復用技術就是在一根光纖上同時傳送多個不同波長的光載波，提高了光纖的傳輸能力。同時，還可以利用不同波長沿不同方向傳輸來實現單根光纖的雙向傳輸。②頻分復用技術。當相鄰兩峰值波長間隔小于1nm時，稱為光頻分復用系統，它與波分復用在本質上是沒有什么區別的。它的光載波間隔非常密，一般用于大容量高速通訊系統或分配式網絡系統。③光碼分復用技術。光碼分復用技術通過直接光編碼和光解碼，實現光信道的復用和信號交換、這種技術較好地解決移動通訊中抗多徑衰落、抗干擾問題，提高了網絡的容量，改善了系統性能，增強了系統的保密性和網絡的靈活性

　　3.2 光聯網的應用與發展

　　光聯網有效改善了傳統網絡中存在的不足和弊端，不僅實現了超大容量的光網絡，增加了網絡的范圍和節點數，而且還增強了網絡的透明度，使不同系統、不同信號得到了有效的連接，網絡的靈活性大大增強。另一方面，光聯網還實現了網絡的快速恢復。在發生故障時，因為恢復時間非常短，對電力系統的正常運行不會造成太大的影響，也不會造成太大的損失。正是因為光聯網的這些優點，適應電力系統的發展需求，促進電力通信邁上了一個新的發展臺階。

　　3.3 向超高速傳輸方向的發展

　　目前的10Gbps網絡系統已經大量應用，10Gbps系統對光纜極化模色散非常敏感，但是目前已經鋪設的光纜并不一定能滿足開通和使用10Gbps系統的要求，需要進行實地測試驗證。更高速的傳輸網絡的進一步建設和實驗，使電力系統整體上實現更高的處理速度得到了保證。

　　3.4 向超大容量傳輸方向發展

　　信息的超大容量傳輸基本思路是將諸多不同波長的不同信號放在同一組光纖上傳輸，同時實現有效傳輸的效果，這樣會提高光纖傳輸的承載能力。

　　4 結語

　　總而言之，隨著科學技術水平的不斷提高，光纖通訊技術獲得了長足的發展，其在電力系統中的應用大幅度提高了系統運行的安全性、可靠性和穩定性。在未來一段時期，應當加大對光纖通訊技術各方面的研究力度，尤其是在電力系統中的應用研究，充分發揮出光纖通訊技術的優勢，進一步提升電力系統的運行水平，這對于促進我國電力事業的發展具有極其重要的現實意義。

　　參考文獻：

　　[1]李平，方磊.光纖通訊與載波通訊在高壓線路縱聯保護中的應用比較[J].山東電力技術，2009(5).

　　[2]中興Unitrans ZXMP S380(V1.0)基于SDH的多業務節點設備維護手冊.中興通訊股份有限公司.

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