电力光纤通信网络的规划与设计研究

周 航

（四川省水利规划研究院，四川 成都 610000）

0 引 言

近年来，随着科学技术的不断发展，电力光纤通信网络在通信领域的应用占比也在不断增大。相对于传统的光纤通信网络，电力光纤通信网络是基于输电过程所产生的，其融入的智能技术和互联网技术等要素相对更多，有助于推动通信工程的进一步发展，不仅能够提高通信的便利度，而且也能够同时解决网络终端设备的用电问题。基于此，应当进一步深入探究电力光纤通信网络的规划设计工作。

1 电力光纤通信网络概述

电力光纤通信网络是当前通信领域中较为先进的一种网络传输方式，其通常用于电网调度和保护等方面。当前主流的两种电力光纤分别为光纤复合架空地线和自承式光缆两种，在实际应用过程中，通常随高压线路架设工作同步进行[1]。

由于电力光纤通信网络是保障电力系统正常运行的重要组成部分，因此在通信网络的规划和设计中，其合理性是首要关注的一项内容。为确保其设计过程的合理性，在规划设计的过程中通常需要遵循以下几点原则。一是先进性原则，在设计过程中应当引入行业内较为先进的技术，用以指导设计；二是综合性原则，在规划设计工作中要始终结合工程的实际情况，合理设置参数和设备选型等，确保网络合乎要求；三是经济性原则，在确保通信网络满足需求的基础上，应当本着资源节约的理念方法展开设计，以提高项目的经济效益[2,3]。

2 电力光纤通信网络规划设计工作需要关注的要点

2.1 拓扑结构方面

在电力光纤通信网络的规划设计中，选择拓扑结构即选择网络连接的具体形式是技术人员首要关注的一项内容。在目前的规划设计工作中，星型、环型、总线型以及树型等均为拓扑结构的表现形式。由于各个拓扑结构在应用特点上存在着较大差异，因此在具体的规划设计工作中通常需要对各种拓扑结构进行比选。考虑到当前业务对于信息传输效率和安全性的要求，通常优先选择如图1所示的星型网络拓扑结构，以利用其简洁和多传输节点的特性[4]。

图1 星型网络拓扑结构

2.2 通信设备选型方面

电力光纤通信网络规划设计工作是一项综合性较强的过程，涉及大量的硬件设备，这些硬件设备的参数也直接决定了电力光纤通信网络的设计效果，因此对硬件设备的选型尤为重要。具体来看，设备的选型主要是结合电力系统的实际需求进行选择，在选择过程中还需要重点关注以下几方面的内容。一是注重通信接口，其接口的信息传输频率应当保持同步，以实现信息的高效传输；二是在规划设计过程中，设备的性能应当具有一定的冗余度，在确保资金的要求下综合考虑传输网络的后期发展需要，尽量选择容量可扩大、有升级空间且配置比较灵活的硬件设备[5]。

2.3 电力光纤网络电缆的选择方面

从以往的研究经验来看，材质不同的电缆决定着电力光纤通信网络运行效果的差异。就目前的两种主流电力光纤网络电缆而言，光纤复合架空地线具有更高的稳定性，主要是因为这种光纤材料的外层通常使用金属材料，在应用过程中不易受到侵蚀或降解，但其布置难度相对较高；而自承式光缆的优势则在于布置施工环节简单，能够很大程度上降低外界环境因素对施工进度造成的影响。由此不难看出，电力光纤网络电缆的选择并不存在绝对的优劣，需要结合实际情况进行选择，从而保障电力系统通信网络的高效运行[6]。

2.4 网络系统与传输管理方面

当前的电力光纤通信网络规划设计工作仍然具有一定的提升空间，为了进一步提高网络系统与传输管理工作的质量，针对以下3个方面进行提升则较为关键。首先是考虑网络系统和传输管理方面的统一化，针对当前各地电力光纤通信网络规划设计存在较多差异的情况，建立统一的电力光纤通信网络规划设计标准，以解决后续复杂的网络设计工作难题。其次是考虑引入更多的信息化和智能化技术，以提升电力光纤通信网络的智能化水平，解决以往人工操作环节存在的效率和准确性不足等问题。最后是要在电力光纤通信网络规划设计工作中注重冗余设计，重点是提升电力光纤通信网络整体的容错率和自愈能力，确保在出现问题时能够将负面影响降到最低[7]。

3 电力光纤通信网络规划设计的相关策略

3.1 项目概况

某沿海城市开发区现有两座220 kV变电站和5座110 kV变电站，变电站总容量约为1 230 MVA，每年为当地提供20亿kW·h以上的电能供应。近年来，随着当地城市建设的进一步推进，该地区的用电量持续增长，导致区域内变电站的负荷率也逐步升高，部分变电站的负荷率已经接近83%，同时当地现有的变电站存在着分布不均的问题。考虑到以上问题，该地区有关部门研究后决定在变电站密度较低的区域新建一座110 kV变电站，基于该变电站与其他电力模块之间的通信问题，技术人员首先研究其电力光纤通信网络规划设计工作。

3.2 设备器件选型

3.2.1 光纤设备选型

在整体规划设计工作中，技术人员通过研究当地的电网分布后决定，新建两条24芯光纤复合架空地线光缆，将本次新建的变电站接入到当地的光纤通道网络中。在此基础上，在有关的各变电站内配置相应的光传输设备、接入设备以及数据网设备，以此组织本变电站至整体电网的光纤通信通道和数据网通道。

针对光纤复合架空地线光缆的选型，技术人员综合考虑了光缆的热稳定特性、机械特性、防雷特性等多方面的要求，最终确定选用G625B型光纤，其主要参数如表1所示。

表1 G625B型光纤的主要参数

在此基础上，同时搭配G652型非金属普通光缆沿变电站内电缆管沟走廊进行敷设，考虑到现场情况，该普通光缆穿直径28 mm聚氯乙烯（Polyvinyl chloride，PVC）管进行敷设。

3.2.2 主要设备选型

为满足该变电站各类信息的高效可靠传输，在本次设计中，技术人员在该变电站内配置了两套传输速率为155 Mb/s的光端机，并为其配置了相应的光纤配线架（Optical Distribution Frame，ODF）、数字配线架（Digital Distribution Frame，DDF）、音频配线架（Voice Distribution Frame，VDF）单元以及脉冲编码调制（Pulse Code Modulation，PCM）综合接入设备。同时，在该变电站上、下行方向的两个变电站中，为已配置的光端机上各增加一块光板。在此基础上，为确保数据传输的同步性，为变电站配置精度较高的时钟。

另外，为确保对该通信网络内各个设备的有效管理，以保证网络的安全性，在本环节设计中引入数据认证模式，采用两次认证的方式进行，其具体流程如下。（1）用户发出认证请求，系统根据用户的密钥进行加密和上传，若用户尚未设置密钥则由系统产生一个认证随机数；（2）对密钥进行解密和验证，若验证通过则返回物理网关设备模型和认证成功的信息。

3.3 通信机房的布置

在设备选型完成后，技术人员开始进行通信机房的布置，具体布置分为以下几个环节。（1）新建一个通信控制机房，为新增的通信设备安装4个屏位，其中3个屏位用于通信设备工作情况的分析，另外一个屏位为冗余设计，兼顾后期拓展的需要；（2）对供电电源进行设置，为新增的通信设备配置一套直流配电屏（含柜），每路220 V交流电源进线分5路220 V交流出现，每路48 V直流电源进线分10路48 V直流出线；（3）为新增的通信控制机房增设防雷接地措施，主要是针对新增通信设备的机壳和接地端子部位就近与环形接地母线（应用面积为30 mm2的多股铜导线）相连，以实现较为可靠的接地，同时在48 V直流电源负极输入端的设备侧增设一个压敏电阻；（4）主控室和传达室安装固定电话设备，以考虑特殊情况下的通信需要。

3.4 传输技术的选择

为提升本次电力系统通信网络中信息传输的效率和质量，采用终端直接传输技术进行设计。这种技术是当前电力光纤通信中的一种关键技术，能够直接支撑不同终端间的数据传输，有效降低了不必要环节的应用以及通信网络中各节点的通信压力。

在此基础上，考虑到本次通信网络涉及到中长距离的信息传输，在光纤通信网络中设置若干个中继节点来保证信息传输质量，如图2所示。

图2 电力光纤通信网络的中继传输示意

在确定需要引入的中继节点后，技术人员将对该通信网络中各个中继段间的距离进行计算，考虑到信号在传输过程中的衰减，因此分析最不利因素下的中继段长度，计算公式为

式中：ε取0.306；B为传输速率，Mb/s；D为光纤色散系数，取20 ps/nm.km；∂λ为光源的均方根谱宽，取0.75 nm。根据代入以上已知条件，所求得的L值即为最不利因素下的中继段长度。结合本次实际情况，计算得到中继段长度为25.9 km，光缆线路的实际长度小于中继段长度，满足传输要求。

3.5 光纤通信网络方案的设计与实施

在确定基本的设备选型和通信机房配置方案后，设计人员开始着手进行本项目中光纤通信网络方案的设计与实施工作，具体来看，本环节的工作主要分为以下几个部分。

（1）对电力光纤通信网络的整体路径进行规划。经过现场勘查后确定其主要路径为：重建变电站引出通信光纤，沿着当地目前正在规划的几条主干道路进行敷设，并最终引至上行和下行方向的两个既有变电站中。针对涉及到的3个变电站，由于存在不适宜设置星型结构的客观条件，因此通信网络结构设置为环形结构，使用一条光纤来连接各个对应的节点，并将头部和尾部闭环连接，以形成一个完整的闭合回路。

（2）对光缆的布置进行设置。在光缆布置环节，除了在施工图纸中明确预留的地点及长度外，通信机房内预留20 m光缆，此部分预留的光缆则盘圈绑扎在机房的槽内，同时将爬梯和走线架上的光缆绑扎牢固，控制光缆在垂直上升段各个绑扎点的间隔在0.8 m左右。另外，从门形架引下及埋地辐射的光缆采用φ32/28 mm的PVC塑料管及规格为φ40 mm的镀锌钢管保护，并在电缆沟和竖井内采用规格为φ32/28 mm的PVC塑料管进行保护，同时对镀锌钢管采取固定措施，每隔1.5 m使用一个下抱箍进行固定。

（3）对光缆敷设环节进行控制，为确保多段光缆能够同步进行布置，设计人员组织施工人员展开密切合作，为各个施工区间配备无线电话，确保施工人员在光缆敷设环节的动作协调一致。在各区间的光缆敷设环节完成后，先对各个区间进行测试和检查，之后再进行各个区间光缆的接续。

4 结 论

在近年来的电力通信工作领域中，电力光纤通信网络对于整体网络技术与设备等多方面的要求仍在逐步提高。为确保电力光纤通信网络能够满足实际要求，在今后的工作中就需要结合实际情况，加强对现有技术模式的分析，抓住技术要点，积极采取针对性措施解决既有工作中存在的问题，从而促进我国电力光纤通信网络的高质量发展。