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(tǒng)光纖通訊的維護與應(yīng)用綜述

　　【摘 要】近年來，隨著我國經(jīng)濟的發(fā)展，電力通訊網(wǎng)絡(luò)日益龐大，通訊系統(tǒng)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(tǒng)通訊中被廣泛應(yīng)用。本文首先分析了光纖通訊技術(shù)的優(yōu)勢，并在此基礎(chǔ)上對電力系統(tǒng)中的光纖通訊維護與應(yīng)用進行研究。

　　【關(guān)鍵詞】電力系統(tǒng);光纖通訊;應(yīng)用

　　前言

　　電力通訊網(wǎng)是我國專用通訊網(wǎng)絡(luò)中，規(guī)模較大、發(fā)展較為完善的專用通訊網(wǎng)絡(luò)。隨著光纖通訊系統(tǒng)的不斷發(fā)展，我國的電力專用通訊網(wǎng)絡(luò)，從主干到接入網(wǎng)，都在大力發(fā)展光纖通訊，在有的地區(qū)，光纖通訊系統(tǒng)已經(jīng)發(fā)展成為了主要的通訊方式?？梢哉f，光纖通訊已經(jīng)成為電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行以及電力系統(tǒng)生產(chǎn)生活中不可缺少的一個重要組成部分。

　　電力光纖通訊系統(tǒng)所承載的業(yè)務(wù)除常規(guī)的電信業(yè)務(wù)如語音、數(shù)據(jù)、寬帶、 IP等外，還有電力生產(chǎn)系統(tǒng)專業(yè)的業(yè)務(wù)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(shù)據(jù)信息等。特別是保護和安全自動裝置信息，對光纖通訊系統(tǒng)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(tǒng)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(tǒng)連續(xù)穩(wěn)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(shù)的優(yōu)勢分析

　　與傳統(tǒng)的通訊技術(shù)相對比，光纖技術(shù)具有以下幾方面的優(yōu)勢：

　　1.1 通訊容量大

　　傳統(tǒng)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(tǒng)的傳輸速率一般在2.5Gbps到1OGbps，采用密集波分復(fù)術(shù)實現(xiàn)的多波長傳輸系統(tǒng)的傳輸速率已經(jīng)達到單波長傳輸系統(tǒng)的數(shù)百倍。

　　1.2 損耗率較低

　　傳統(tǒng)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(zhì)無法比擬的。為此，由光纖構(gòu)成的通訊系統(tǒng)在中繼距離上也要比由其它介質(zhì)構(gòu)成的通訊系統(tǒng)長得多，正是這一特點使得光纖通訊在電力系統(tǒng)中獲得了非常廣泛的應(yīng)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(yōu)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(chǎn)生的電磁干擾，使得光纖通訊技術(shù)能夠在電力領(lǐng)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(xiàn)電磁波泄露的現(xiàn)象，造成傳輸信息的泄露，使整個通訊系統(tǒng)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(guān)的光波導(dǎo)結(jié)構(gòu)中，這樣，已經(jīng)被泄露出來的射線就會被環(huán)繞在光纖周圍的不透明保護層有效吸收到，實現(xiàn)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(tǒng)的良好保密性。

　　1.5 其他優(yōu)勢

　　除以上特點之外， 光纖徑細、重量輕、柔軟、易于鋪設(shè) 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(tǒng)所占空間小，解決了地下管道擁擠的問題，節(jié)約了地下管道建設(shè)投資。

　　2 電力系統(tǒng)中光纖通訊的具體應(yīng)用及設(shè)備維護

　　2.1 光纖在電力通訊系統(tǒng)中的應(yīng)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(yōu)點，它一問世就在電力通訊系統(tǒng)中得到廣泛應(yīng)用并迅速發(fā)展。特別是一些有別于傳統(tǒng)光纜的適合電力系統(tǒng)特點和要求的特種光纜被研制出來，如OPGW (光纖復(fù)合地線)、OPPC(光纖復(fù)合相線)、MASS (金屬自承光纜)、ADSS(全介質(zhì)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(tǒng)中的應(yīng)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(shè)成本相對較低，經(jīng)過多年的發(fā)展，電力特種光纜的制造及工程設(shè)計已經(jīng)成熟，在國內(nèi)電力通訊系統(tǒng)中已經(jīng)開始得到大規(guī)模的應(yīng)用。電力特種光纜依附于電力系統(tǒng)自己的線路資源，避免了在路由協(xié)調(diào)、電磁兼容等方面與外界的矛盾，有較大的主動權(quán)和靈活性。電力光纖通訊系統(tǒng)與其它光纖通訊系統(tǒng)最大區(qū)別之一就是光纜的特別性。目前，在我國應(yīng)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(zhì)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(yīng)用，如220kV、110kV等等，尤其是在一些已經(jīng)建成的線路上應(yīng)用更多，它的應(yīng)用為電力系統(tǒng)直接通過高壓輸電桿塔建立通訊網(wǎng)絡(luò)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(huán)境以及跨越河流、山谷和雷電密集區(qū)的架空敷設(shè)，同時其還具備優(yōu)良的光纖傳輸性能、機械性能以及環(huán)境適應(yīng)性能，能夠與高壓電力線路同桿架設(shè)，并且傳輸信號不會受到強電場環(huán)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(tǒng)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(fù)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(fù)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(shè)，也可應(yīng)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(fù)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(yīng)用于電力通訊系統(tǒng)當中。

　　2.1.3 OPPC光纜

　　OPPC是光纖復(fù)合相線的英文縮寫。在電網(wǎng)中，有些線路可不設(shè)架空地線，但相線是必不可少的。為了充分利用電力系統(tǒng)自身的線路資源，滿足電力系統(tǒng)通訊的需要，與OPGW光纜技術(shù)相類似，在傳統(tǒng)的相線中以合適的方法加入光纖，就成為光纖復(fù)合相線(OPPC)。OPGW與OPPC雖然它們的結(jié)構(gòu)相似，但從設(shè)計到安裝和運行，它們有原則的區(qū)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(tǒng)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(shè)備的維護

　　2.2.1 設(shè)備的維護要求

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

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

　　(2)及時迅速排除設(shè)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(tǒng)出現(xiàn)故障時，應(yīng)首先根據(jù)故障現(xiàn)象以及設(shè)備和網(wǎng)管上的告警提示信息，結(jié)合通訊系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)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(nèi)解決故障，保證通訊設(shè)備穩(wěn)定、可靠運行;

　　2.2.2 設(shè)備的維護方式

　　為了達到及時發(fā)現(xiàn)設(shè)備故障目的，需要采用一些有效的設(shè)備系統(tǒng)維護檢修方式，在光纖通訊系統(tǒng)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(shè)備基本上都配備了遠程集中監(jiān)控系統(tǒng)，任一設(shè)備出現(xiàn)故障，都能及時反映到集中監(jiān)控終端上來。因此，各企業(yè)可根據(jù)本企業(yè)和實際情況，設(shè)置集中維護中心，將本企業(yè)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(nèi)，對于設(shè)備較少的通訊站點就可不設(shè)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(jié)約人力資源，減少儀器儀表、備品備件的配備數(shù)量，節(jié)約資金。

　　(2)加強巡視檢查。值班人員要定期巡視檢查監(jiān)控終端上的告警信息，一但發(fā)現(xiàn)有故障告警信息，應(yīng)立即根據(jù)系統(tǒng)給出的告警級別采取相應(yīng)的處理措施。其次，定期對無人通訊站進行巡視檢查，發(fā)現(xiàn)問題及時處理。應(yīng)制定完善的系統(tǒng)日、月、季、年度巡視檢查制度、巡視檢查的具體項目和內(nèi)容， 并嚴格執(zhí)行。

　　2.2.3 故障處理方法

　　為了及時迅速排除設(shè)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(shè)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(yīng)電路板、模塊或原件將被懷疑不能正常工作的相關(guān)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(huán)回檢測法(也稱作自環(huán))。環(huán)回是使信息從光設(shè)備的發(fā)端口發(fā)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(huán)回操作可以在分離通訊鏈路的情況下逐級確認網(wǎng)元的故障點，檢測節(jié)點和傳輸線路的工作狀態(tài)，幫助我們快速準確地定位故障點設(shè)備，甚至故障點單板。環(huán)回的方法有硬件環(huán)回和軟件環(huán)回，環(huán)回信號可以是光信號，也可是電信號。

　　硬件環(huán)回是指使用物理方法連接一路信號的收發(fā)端口，從信號流向的角度來講，硬件環(huán)回方向一般都是向設(shè)備內(nèi)方向，因此我們也稱之為硬件自環(huán)。軟件環(huán)回是指通過網(wǎng)管軟件將某一路信號的收、發(fā)通路進行連接，軟件環(huán)回不僅可以設(shè)定相當于硬件環(huán)回的信號自環(huán)，還可以設(shè)定線路環(huán)回或單一信道的環(huán)回。根據(jù)環(huán)回方向的不同，軟件環(huán)回可以分為線路側(cè)環(huán)回和終端側(cè)環(huán)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(tǒng)檢測儀表來進行設(shè)備故障的查找，光纖通訊系統(tǒng)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(yīng)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(wǎng)管軟件測試法。利用網(wǎng)管軟件執(zhí)行“插入誤碼”命令或執(zhí)行“插入告警”命令，來判斷系統(tǒng)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(huán)網(wǎng)的倒換是否正常。

　　2.2.4 對維護人員的要求

　　電力通訊系統(tǒng)中的光纖通訊設(shè)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(yīng)非常熟悉系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓撲、保護特性、時隙配置情況、業(yè)務(wù)分配情況等。其次，在進行設(shè)備維護工作時，應(yīng)注意設(shè)備的安全。因光通訊設(shè)備都是微電子設(shè)備，容易因高壓靜電而損壞，應(yīng)注意防止靜電對設(shè)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(yīng)及時裝入防靜電的袋子中。第三，在日常維護工作中，應(yīng)注意保持機房和設(shè)備的整潔，保證設(shè)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(shù)在電力系統(tǒng)應(yīng)用中的發(fā)展前景

　　3.1 光復(fù)用技術(shù)的應(yīng)用

　　光復(fù)用技術(shù)是光纖通訊技術(shù)應(yīng)用中最活躍的一個領(lǐng)域，它的技術(shù)應(yīng)用和技術(shù)進步極大地推動了光纖通訊事業(yè)的發(fā)展。為進一步提高光纖的利用率，人們采用了各種光的復(fù)用方法，其中最重要的是波分復(fù)用、頻分復(fù)用和碼分復(fù)用技術(shù)：①波分復(fù)用技術(shù)。波分復(fù)用技術(shù)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(xiàn)單根光纖的雙向傳輸。②頻分復(fù)用技術(shù)。當相鄰兩峰值波長間隔小于1nm時，稱為光頻分復(fù)用系統(tǒng)，它與波分復(fù)用在本質(zhì)上是沒有什么區(qū)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(tǒng)或分配式網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。③光碼分復(fù)用技術(shù)。光碼分復(fù)用技術(shù)通過直接光編碼和光解碼，實現(xiàn)光信道的復(fù)用和信號交換、這種技術(shù)較好地解決移動通訊中抗多徑衰落、抗干擾問題，提高了網(wǎng)絡(luò)的容量，改善了系統(tǒng)性能，增強了系統(tǒng)的保密性和網(wǎng)絡(luò)的靈活性

　　3.2 光聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用與發(fā)展

　　光聯(lián)網(wǎng)有效改善了傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)中存在的不足和弊端，不僅實現(xiàn)了超大容量的光網(wǎng)絡(luò)，增加了網(wǎng)絡(luò)的范圍和節(jié)點數(shù)，而且還增強了網(wǎng)絡(luò)的透明度，使不同系統(tǒng)、不同信號得到了有效的連接，網(wǎng)絡(luò)的靈活性大大增強。另一方面，光聯(lián)網(wǎng)還實現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)的快速恢復(fù)。在發(fā)生故障時，因為恢復(fù)時間非常短，對電力系統(tǒng)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(lián)網(wǎng)的這些優(yōu)點，適應(yīng)電力系統(tǒng)的發(fā)展需求，促進電力通信邁上了一個新的發(fā)展臺階。

　　3.3 向超高速傳輸方向的發(fā)展

　　目前的10Gbps網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)已經(jīng)大量應(yīng)用，10Gbps系統(tǒng)對光纜極化模色散非常敏感，但是目前已經(jīng)鋪設(shè)的光纜并不一定能滿足開通和使用10Gbps系統(tǒng)的要求，需要進行實地測試驗證。更高速的傳輸網(wǎng)絡(luò)的進一步建設(shè)和實驗，使電力系統(tǒng)整體上實現(xiàn)更高的處理速度得到了保證。

　　3.4 向超大容量傳輸方向發(fā)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(xiàn)有效傳輸?shù)男Ч?，這樣會提高光纖傳輸?shù)某休d能力。

　　4 結(jié)語

　　總而言之，隨著科學技術(shù)水平的不斷提高，光纖通訊技術(shù)獲得了長足的發(fā)展，其在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用大幅度提高了系統(tǒng)運行的安全性、可靠性和穩(wěn)定性。在未來一段時期，應(yīng)當加大對光纖通訊技術(shù)各方面的研究力度，尤其是在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用研究，充分發(fā)揮出光纖通訊技術(shù)的優(yōu)勢，進一步提升電力系統(tǒng)的運行水平，這對于促進我國電力事業(yè)的發(fā)展具有極其重要的現(xiàn)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(lián)保護中的應(yīng)用比較[J].山東電力技術(shù)，2009(5).

　　[2]中興Unitrans ZXMP S380(V1.0)基于SDH的多業(yè)務(wù)節(jié)點設(shè)備維護手冊.中興通訊股份有限公司.

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