电力超长距离光纤通信遥泵放大系统设计分析

肖 晗，徐昊天，罗瑞雪，帕尔哈提•克衣木，魏耀华

（国网新疆电力有限公司信息通信公司，新疆 乌鲁木齐 830000）

电力特高压交流线路长度在300km到400km之间，超过了光缆线路无中继传输极限，对超长距离线路的监测无法采用电子式传感器，只能结合并充分利用现有的光纤资源，发展分布式光纤传感技术，用一套或几套系统实现对线路监测的全覆盖。

长距离的电力光纤通信线路都采用EDFA 分立式放大器，跨距只能限制在80km 左右。但是随着放大技术的不断发展，适应我国特高压电网建设的迫切需要，特高压光纤通信线路会使用Raman（拉曼）或混合EDFA/Raman 分布式放大器。相比于EDFA 放大技术，Raman或混合EDFA/Raman放大技术具有较低的噪声指数，较高的平均信号功率，所以采用分布放大技术的无中继超长站距光纤通信系统具有相对较大的功率恶化容忍度，可以实现较大光纤跨距，较少跨段数，较低成本等优势。

1 电力超长距离光纤通信发展的重要意义

据相关统计，85%以上的通信故障是由光缆故障引起的。近些年来，随着光学远泵放大技术的成熟，无中继超长距光纤通信在电力系统中得到一定的应用，它对监测手段提出了新的要求。特别是，随着特高压电网的建设，其通信线路势必采用多中继的光纤通信线路架构，通信线路随输电线延伸，绵延数千公里。考虑到通信对电网安全运行和维护的重要性，对多中继超长距电力光纤线路的监测必不可少。光纤通信网是对超长距电力光纤线路的重要载体。

光缆监测就是对在线的光纤资源网络进行可视化监测及信息管理，以科学的数据量化分析、从人力成本等多方面为通信网运维部门提供资源数据全息的管理视图以及一站式故障应急抢修。光纤监测系统主要是指根据光纤电路的实际维护需要将光缆电路应用到系统中进行实时性的监测维护管理，从而更好的把握光纤的变化情况，在光纤出现系统故障的时候及时发出报告，帮助相关人员及时分析光纤衰弱以及出现故障的原因。在进行光纤管理监测的过程中还需要应用先进的技术手段来确定故障点的位置，对故障及时分析、抢修、维护和管理。

从实际应用情况来看，光纤监测系统在运作的时候不仅仅会省去人工操作的麻烦，而且在系统维护方面会显示出更高的精准度，有效提升系统维护检修的效率，在出现光纤系统故障的时候减少故障出现的次数，缩短故障的维护检修时间，确保光缆网系统通信的安全、可靠。

光缆监测技术中一个重要的议题是，不断提升监测设备对光缆监测的距离和覆盖的范围。特别是特高压输电线路中，两个变电站的距离一般在200km 以上，而通常情况下光纤通信线路的中继放大器的间隔也只有80km，因此，传统的使用掺铒光纤放大器（EDFA）中继放大的方法，则需在两个变电站之间设置多个EDFA，它必然增加建设和运营的成本。另外，作为中继放大器的EDFA 虽然是全光放大器件，但是，还是需要对其供电，这样通信线路的稳定会受到器件自身和其所处环境的影响。考虑到这些问题，国家电网公司在“十一五”和“十二五”期间开展了基于拉曼放大的无中继超长站距光纤通信技术研究。通过将EDFA 的分立放大与分布式拉曼放大相结合，在实验中把无中继超长站距光纤通信的距离提升到了507km。分布式拉曼放大技术的使用使光纤通信线路适应了特高压电网超长站距的特点，整条通信线路中无需单独设置中继放大器就可以实现对通信信号功率的补偿。

伴随特高压交直流电网的发展，电站数量增多，电站建设所依赖的光纤通信网站距离也在不断延长，300km到500km的超长站光纤通信开始被人们广泛的应用到电力系统中。超长站距光纤通信增加了光中继电站之间的间隔传输距离，减少了光中继电站的建设数量，节省了电站运行成本。不仅如此，超长站距光纤通信在发展的过程中开始面临光信号衰减的问题，为了更好地解决这个问题人们开始思考如何进一步优化超长站距光纤传输系统的建设。

2 遥泵技术原理分析

一个完整的遥泵系统本质上是由一个RGU和一个RPU组合形成的，遥泵方案设计图如图1所示。在具体实施操作的时候遥泵技术会将高频率的泵浦激光器放置在信号的最终端位置，按照泵浦的方式来对泵浦操作系统进行划分。

图1 遥泵技术系统

EDF能够对信号进行放大处理，而具备这种现象的原因是EDF中的饵离子等级多样，在信号存储于一个高能级系统中的时候，如果有光子工作，这个光子会刺激EDF释放能量，能量释放之后所有的信息会回归到较低能级的状态，与之产生的能量会借助新光子传递。

EDFA泵浦光的波长的基本范围在980mm到1480mm之间，这些信息的合理利用会继发比较高的泵浦效率。遥泵系统中的RGU和泵浦源头之间的距离比较远，一般被人们选为泵浦光的常见传递波长。

3 电力超长距离光纤通信遥泵放大系统设计

在某大坝输变电工程建设中变电站光缆的总体长度为363km，由于整个光缆的长度比较长，整个系统在运作的时候需要消耗比较多的资源和能源，因而，为了确保系统的稳定运行需要在系统中选择使用遥泵放大技术，整个系统由光放大器、预放大器、遥泵放大器共同组成。

遥泵系统的全段光纤参数设定如下所示：光纤衰减系数为每千米0.2dB，光缆衰减为每千米72.6dB，固定接头的衰减系数为每千米0.01dB，固定接头衰减系数为每千米为3.63dB，活动连接器的衰耗在1dB左右，光通道的代价为2dB左右。光纤色散系数为4.5ps，总色散为每毫米1633.5ps，光放大器的发送功率一般为17dBm。整个遥泵系统采用了同纤遥泵的工作方式，加预放之后的接受灵敏度为-38dBm，向后方拉伸产生的效益是6dB，EFFC的功率增加水平是8dB，遥泵的基本增加效益水平为9AdB。

整个遥泵系统在运作的过程中采取了遥控的操作方式，总体泵浦光的基本频率为30.5dBm，波长为1480nm，RGU的有效输入泵浦功率为9dBm到10dBm。

在具体设置的时候要求最终要达到RGU的泵浦功率为12dBm。波长1480nm泵浦光在光纤中体现出来的衰减系数为每千米0.24dB。RGU距离RPU泵浦源最为理想的距离为（30.5-12）/0.24=77.08km。基于以上的计算分析需要在距离变电站77km的位置上设置一个交通方便、维护管理方便的输电线路铁塔，在铁塔建设完成之后将RGU安装在上面。

在将上文提出的理论计算结果综合整理后输送到传输系统中，在后泵浦源头和RGU距离是77km的时候我们发现整个放大器输出信号的信噪比数值为13.85dB，符合整个系统的设计要求。在将这些数据信息使用光传输系统分析软件分析之后我们会发现RGU距后端泵浦源的最理想距离是89km，EDF的最理想长度是27.8m。

4 结束语

综上所述，遥泵放大技术是现阶段能够实现350km以上无中继光纤传输的重要技术形式之一，但是由于该技术的出现比较短暂，遥泵放大技术在电力系统中还没有得到广泛的运用。伴随电力系统的深化发展，很多电力系统开设了遥泵放大系统试验光纤线路，并经过长时间的运作完善这个线路变得成熟，开始被人们广泛的应用到多条长距离、大容量的特高压直流线路中。相信在社会的进步发展下遥泵技术将会在电力系统中拥有更为广泛的应用空间和应用前景。