关于电力通信中的光纤通信技术应用分析

关于电力通信中的光纤通信技术应用分析

吴开平、邹鹏

中国人民解放军75841部队，  贵州贵阳  550000

摘要：为了适应电力系统远程控制和日常管理的特定要求，适应当前信息化、智能化的发展需要，电力网络也建立起了专门的通信网络。而随着我国对电力的需求持续上升，与之相关的通信和调度的需求也相应地发生了改变，因此电力通信网络的构建也需适应这些新的变化，将光纤通信技术融入电力通信网络之中，可以明显发现该技术能达到增强电力通信稳定性及传输的效率的效果。

关键词：电力通信；光纤；通信技术

经过几十年的不懈努力，我国已成功建立了全面的电力通信网络框架，有效地保障了电力系统的高效与安全运行。该网络系统在协调发电、输电、变电、配电及最终用电等关键环节的合作以及确保电网运行的安全、高效、稳定性方面起到了核心作用，同时也满足了电力生产、基础建设、行政管理等多个方面的通信需求。随着经济社会的迅速进步，国民的生活品质有了显著提高，进而社会各界对电力系统的服务水平和运营能力的期望也相应提高，对电能使用的要求也变得更高。面对这种情况，电力系统在其发展和运营过程中，应当积极推动光纤通信技术的整合和应用，这样才能更好地满足人们对高质量电力服务不断提升需求，也对电力行业的健康、稳定发展起到了促进作用。

一、电力通信中光纤通信技术的实现步骤

光纤通信技术的工作流程主要分为三个关键环节：第一，发射端通过发射器将获取的电信号转化为相应的光信号；第二，这些光信号通过光纤的路径被发送到指定的目标位置；第三，在接收端，光信号通过光接收器再次转换为电信号，实现信号的完整传递。如下图整个过程展示了从电信号到光信号，再回到电信号的转换机制。

图1 现代光纤通信实现流程

二、电力通信中光纤通信技术的应用要素

(一)光纤

光纤通信中使用的光纤，其主要材料为石英玻璃，构造上分为三个部分：表层的涂层、中间的包层以及核心的纤芯。根据传输模式的不同，光纤分为单模和多模两类。单模光纤的特点是光波传输过程中，其模式保持一致，尽管它不具有多散射的能力，却能提供较宽的传输频率范围。而多模光纤能在特定的波长范围内支持多种模式的传输，其纤芯直径大约为50 pm，能够支持数百种传输模式，其传输带宽主要受模式色散的影响。而光纤内部的玻璃核心较为厚实，可以传送多种光模式。然而模间色散的问题意味着数字信号的传送频率受到限制，随传输距离延长而增强，其二者之间的关系呈现出正比。根据光纤的工作波长，可将其区分为长波光纤和短波光纤两大类，各自具备不同的技术参数，如下表所示。

表1 长短波光纤参数

从上表中可知，存在两种长波光纤和一种短波光纤。长波光纤分为A类和B类，A类的光纤损耗率为0.35dB/km，而B类的损耗率更低，为0.20dB/km。在色散性能方面，A类光纤的色散值为零，不存在色散现象；相反，B类光纤具有一定的色散，能有效抑制远距离高速脉冲信号的传输。通过对光纤设计的优化，将零色散波长从A类的1.31μm调整至B类的1.55μm，此类光纤称作色散位移光纤。在使用中，通过应用波分复用技术，B类长波光纤可以避免四波混频现象的干扰，这类光纤也被称作非零色散光纤。

(二)光纤通信

光纤通信是利用光纤作为传播介质进行信息传递的技术。这一技术与传统通信手段有本质的区别，在使用的光缆材料、交换技术上都有了创新，彻底转变了之前的模拟通信方式，促成了现代数字通信的模式。光纤通信已经成为当今社会不可或缺的一种通信手段，极大地推进了通信技术的进步和行业的变革。

(三)常用光纤与特种光纤

光纤通信技术在传输容量、抵御电磁干扰的能力、保持高质量通信、环保以及节约铜等金属资源的方面呈现出显著优势。研究表明，相比于传统电缆技术，光纤的工作频率提高了数个数量级，达到了8至9个数量级的提升，这样一来光纤就具备了更大的发展空间，能够应对未来对于远距离、高速度信息传输的需求。此外，高纯度的材料减少了对中继站的依赖，实现了100公里以上的直连传输，为光纤通信技术的应用开辟了新的道路。当前常用的光纤主要由单模光纤和多模光纤前者因其较小的核心直径，能够在单一模式下传输光信号，适合长距离、高带宽的通信需求；后者由于核心直径较大，能够传输多种模式的光信号，适用于较短距离的传输。相对而言，特种光纤针对特定应用场景设计，如极端环境下的使用、高功率激光传输、传感器应用等，其材质、结构和性能均经过特殊优化，能最大程度上满足如高温、高压、化学腐蚀等恶劣条件下的稳定运行需求，或实现特定功能如非线性光学效应、特殊波长的光信号传输。常用光纤与特种光纤的区分，不仅体现在物理结构和传输性能上，还涉及到应用领域与技术要求的差异，促进了电力通信技术的多元化和专业化发展。

三、电力通信中光纤通信技术的应用方式

(一)光纤复合相线

光纤复合相线是一种集高性能光缆与电力传输线于一体的电力线路，它通过将光纤直接嵌入电力输电线的金属保护层中，实现了电力传输与数据通信的双重功能，通常是将其安装在电力传输塔上，代替或与传统的高压输电线路共同工作，以此来构建了高效率、大容量的通信网络。安装过程中，OPGW线缆需要与电力塔上的接地系统连接，并且在输电线路发生故障时能够安全接地，通过在特定位置设置光纤接入点，光纤信号可以被分配到不同的电力通信网络中，支持远程监控、电网管理、数据传输和紧急通信等多种功能。

(二)光纤复合地线

光纤复合地线是将通信光纤与电力系统的接地线缆结合，实现数据通信和电能传输的同步进行，线缆核心由多根光纤组成，外围以电导材料和强化材料层包裹，具体操作时会安装在电力输电塔的最高点除了传统地线的功能外，同时承担数据传输任务。安装光纤地线时，需要特别注意的是做好光纤的保护工作，避免在施工过程中对光纤造成损害，为了实现光纤的有效接入和信号的可靠传输，必须在电力通信网络的设计初期就考虑到光纤接入点的设置方案，并测试好新接入的光纤与现有通信网络的兼容性。

(三)自承式光缆

自承式光缆是一种全介质、无金属构件的光缆，专为电力系统通信需求设计，可直接安装在高压电力线路的附近或同一电力杆上，不需额外的支撑结构即可独立承重。在电力通信中，自承式光缆的应用主要体现在其简化安装流程和提升电力通信网络的可靠性上，施工时这类光缆可以沿电力线路直接架设，通过特制的紧固件固定在电力杆上，其自承式设计减少了对塔架结构的依赖，降低了电力通信工程的项目成本。光缆的长度和张力设计需根据实际线路跨度和地形条件进行优化，这样才能保证光缆在极端天气条件下的机械稳定性和传输性能。

(四)架空地线复合光缆

架空地线复合光缆将光纤包裹在可以承受高电压的金属护套内，给电力系统提供了必需的接地保护，实现了其数据通信的功能，能够在电力输电线路上直接安装，利用现有的电力输电架构来部署高速光纤通信网络，减少了建设独立通信网络的需要和成本。实际要应用时，这类光缆内部的光纤为电力通信网络提供了高速的数据传输通道，支持电力调度指令的迅速下达、实时监控电网运行状态、故障快速定位及处理等关键功能，而且利用架空地线复合光缆，电力系统可以实现更为高效的负载管理和优化电网运行方案，而通信中心通过它能连接各个变电站、控制中心及数据处理中心，形成覆盖广泛的通信网络，实现数据、语音和视频等多种形式信息的传输。

(五)金属自撑架空光缆

金属自撑架空光缆结合了光纤的高速数据传输特性与金属支撑部分的机械强度，适用于架空安装在电力或通信线路中。该类型光缆由于其独特的“8”字形结构，一侧为光缆部分，包含多根光纤，另一侧则为金属支撑部分，通常使用钢丝或铝合金材料，使光缆能够自我支撑无需额外的挂线或支架，极大地简化了安装过程并降低了成本。使用时需要根据电力通信网络的实际需求和地理环境，进行搭设路线的规划和设计，实现光缆安装的最优化路径。考虑到光缆在架空安装过程中面临的风载、冰载及潜在的机械冲击等自然条件，要进行相应的机械负荷计算和光缆规格的选择。在安装过程中，专业团队会使用特定的设备和技术，如张紧设备和固定夹具，沿预定路线在电力或通信杆塔上逐段安装光缆。

结束语：

在当前的社会发展背景下，光纤通信技术成为了电力行业进步的关键路径，极大地促进了电力系统与社会需求之间的高效对接，满足了公众对于电力供应速度与服务质量的期待。这种技术的引入不仅推动了传统通信技术的革新和升级，还大幅提升了电力通信网络的数字化和信息化水平。

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作者简介：吴开平（1990-），男，汉，贵州开阳人，本科，初级工程师，研究方向：光传输通信。