电力系统长跨距光纤通信技术的应用探讨.pdf
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1、第3 l 卷第2 1 4 期4 0 2 0 1 0 年8 月1 0 日电力系统通信T e l e c o m m u n i c a t i o n sf o rE l e c t r i cP o w e rS y s t e mV 0 1 3 lN o 2 1 4A u g 1 0，2 0 1 0电力系统长跨距光纤通信技术的应用探讨杨雪，刘卫华，于防(山东电力工程咨询院有限公司，山东济南2 5 0 0 1 3)摘要：长跨距光通信技术是电力系统骨干通信网络建设的必要技术。文章以光纤通信系统衰减受限长度最坏值计算法为基础，对目前用于长跨距光通信的技术产品进行分析和探讨，重点提出了电力系统长跨距
2、光纤通信技术的5 种应用方案，计算了各种方案的衰减受限长度。结合工程实际提出了4 种推荐方案。计算结果表明，4 种推荐方案适用于对骨干光通信网络中不同单跨长度，方案实现简单，性价比较高，对电力系统光纤通信工程的实施具有较好的借鉴意义和实用价值。关键词：衰减受限；前向纠错编码；掺铒光纤放大器；拉曼放大器；遥泵中图分类号：T N 9 1 3 7文献标志码：B文章编号：1 0 0 5-7 6 4 1(2 0 1 0)0 8 一0 0 4 0 0 40引言电力通信网络是电力生产调度自动化和管理现代化的基础平台。目前，光纤通信由于其损耗小、频带宽、抗干扰性能好、保密性好等优点已成为电力通信专网的主要通信
3、方式【l J。随着我国统一坚强智能电网的建设，电力通信网络的支撑和平台作用越来越重要，特高压电网作为智能电网建设的骨干网架，具有覆盖范围广(多为跨区域电网)、传输距离长、输电容量大等特点，但其线路路径位置偏远。设置光中继站维护不便。因此，长跨距的光通信方案是智能电网建设的重要课题。1光纤通信系统衰减受限长度对于通信系统来说，通信容量、传输距离(中继距离)是评判系统性能的两个重要因素，其中光纤通信系统的传输特性主要体现在衰减和色散上。目前，色散补偿技术作为解决光纤通信系统色散受限的普通产品技术已得到广泛应用色散补偿模块以其低廉的价格和优越的性能广泛应用于工程实际中【习。所以，提高光通信系统的衰减
4、受限长度是实现单跨长距光传输的关键问题。在衰减受限系统中，传输衰减包括光纤本身的固有衰减以及光纤的连接损耗和微弯带来的附加损耗嘲。根据Y D 5 0 9 5 2 0 0 5(S D H 长途光缆传输系统工程设计规范标准，光纤通信系统衰减受限实际可达再生段距离计算公式为仁臀(1)仁生生#掣(2)A f+A。式中L 为衰减受限再生段长度，单位为k m；只为s 点寿命终了时的光发送功率，单位为d B m；P 譬JR点寿命终了时的光接收灵敏度。单位为d B m；B E R，l O-1 2；P D 为最大光通道代价，单位为d B；A。为S、R 点间活动连接器损耗之和，单位为d B；A，为光纤平均衰减系统
5、，单位为d B k m；A 为光纤固定熔接头平均衰耗，单位为d B k m；M 为光缆富裕度，单位为d B。式(1)适用于再生段长度在7 5 1 2 5k m 之间的衰减受限长度计算；式(2)适用于其他再生段长度的衰减受限长度计算。对于固有衰减已定的光纤通信系统，可通过提高系统的发送端信号功率，改善系统的接受灵敏度等途径来提高其衰减受限距离。2 实现长跨距光传输的核心技术光纤通信系统的单跨传输距离越长，其成本万方数据开发与应用杨雪等电力系统长跨距光纤通信技术的应用探讨4 1 越低。获得的技术经济效益越高。目前。用于提高光传输中继长度的核心技术和产品主要包括前向纠错技术(F E C，F o r
6、w a r dE r-i o rC o r r e c t i o n)、光功率放大器(E D F A B A，E r b i u m-d o p e dO p t i c a lF i b e rA m p l i f i e rB o o s t e rA m p l i f i e r)、前置光纤放大器(E D F A P A，E r b i u m d o p e dO p t i c a lF i b e rA m p l i f i e rP r e A m p l i f i e r)、分布式拉曼放大器和遥泵技术等。2 1 前向纠错技术前向纠错是一种利用数字计算法在单向信道上对误
7、码进行纠正的方法。其主要特点是可实时传输信息，不需要反馈信道，只要单向信道即可，译码时延固定。比较适合实时业务传输系统。F E C 分为带内F E C 和带外F E C。带内F E C 是利用S D H 帧中未使用的开销字节装载F E C 纠错编码字节的技术1 4 1，实施F E C 编码后，信道码速不变，方便平滑升级，但帧开销中可利用的字节数有限，编码增益较小；带外F E C 是把F E C 纠错冗余字节插入到传输信号。F E C 编码冗余度大，纠错能力强，编码增益较高，能够大大改善系统性能，因而得到了广泛应用 5 1。目前F E C 的标准是O，I U 2(G 7 0 9)，编码增益约6
8、8d B。2 2 光放大器技术光纤放大器是在光路上直接对信号进行放大的技术，取代了原有的大量电中继站，具有简单、经济、稳定可靠、易于制作的特点。目前，应用较为广泛的光纤放大器有分布式光纤拉曼放大器和掺铒光纤放大器悯。2 2 1 掺铒光纤放大器掺铒光纤放大器主要由掺铒光纤、泵浦光源、光耦合器、光隔离器和光滤波器等组成，如图l 所示。输入信号输出信号图1E D F A 结构F i g 1E D F As t r u c t u r e其原理是在泵浦光源的作用下。在掺铒光纤中出现了粒子数反转分布，产生了受激辐射，从而使光信号得到放大，如图2 所示。高能卷图2E D F A 原理F i g 2E D
9、F Ap r i n c p l eE D F A 按照其在传输系统中的位置不同，又分为E D F A B A 和E D F A P A。E D F A B A 置于光发送机之后，以提高发送光信号功率；E D F A P A置于光接收机之前，用于放大接收信号功率，从而使光接收机能正常接收。如图3 所示。图3E D F A 安装位置示意F i g 3S c h e m a t i cd i a g r a mo fi n s t a l l a t i o np o s i t i o n常见E D F A B A 的输入范围一般要求在一6+3d B m 之间。目前主流的B A 产品功率增益在3
10、 一1 9d B 之间。输出功率可达1 7d B m。部分高端产品的输出功率可达2 2d B m。E D F A P A 的输入功率范围一般要求在_ 4 5 2 0d B m 之间，其增益一般大于5d B。2 2 2 分布式光纤拉曼放大器分布式光纤拉曼放大器的基本原理是基于非线性光学效应如果一个强泵浦光波和一个弱信号光波同时在一根光纤中传输。而弱信号光波的波长又在强泵浦光波的拉曼增益带宽内，基于S R S 原理。弱信号光波能够得到放大获得拉曼增益 7 1。分布式拉曼放大器可作为传输系统中对传输光纤损耗的分布式补偿放大也可作为光接收机的前置放大器。目前，工程中常用的拉曼放大器典型应用值为5 1
11、0d B，部分产品最大增益可达2 0d B。2 3 遥泵技术遥泵系统是在单跨传输链路中引入一个远程泵浦的光放大器。即将E D F 与相关的无源器件放置在特殊盒体内。在传输光纤特定位置处接入。而光泵浦源放置在终端。遥泵技术和产品可以解决一些特殊场合(沿海、岛屿、沙漠、森林等)的建网需求，可以建设大城市之间的直达路由。可以与R a m a n 放大器结合万方数据http:/ 2 电力孽镜通信2 0 1 0 3 1(2 1 4)使用，进一步提高无中继传输距离。但是需要在光缆中间放置专门设计的饵纤。破坏原有光缆。遥泵的泵浦源昂贵，造价较高，系统的稳定性不足，故障诊断不方便。2 4 长跨距技术比较将F
12、E C、E D F A B A、E D F A P A、分布式拉曼放大器和遥泵技术的主流产品进行比较，结果见表1 所列。表1 长跨距技术产品比较T a b 1C o m p a n s o no fl o n g s p a np r o d u c t sF E C 技术E D F A-B AE D F A P A分布式拉曼放大器R O P A 技术经济性良优优良差易用侄优优优优差3 长跨距光传输技术在电力系统的应用在电力系统中长跨距光传输技术主要应用于骨干传输网络。其特点是安全性和可靠性要求高、系统传输容量大(多为2 5G b i d s、1 0G b i 9 s 的S D H 系统)、传
13、送距离长(例如京沪光电路全长约19 0 0k m)。本文主要基于现有的主流长跨距光传输的技术产品。针对电力系统骨干光纤通信系统制定长跨距通信解决方案。3 1前提1)主要针对2 5G b i t s、1 0G b i g s 的S D H 系统进行研究。旨在提高单跨段的跨距。2)根据Y D 5 0 9 5 2 0 0 5(S D H 长途光缆传输系统工程设计规范标准关于光口参数和I T U-T 关于G 6 5 2 的光纤参数的规定。计算不采用任何长跨距技术的2 5G b i d s，1 0G b i“s 的S D H 系统的最大传输距离分别为8 2k m 和7 5k m。3)根据前文对长跨距技术
14、产品的分析，长跨距技术产品的选择顺序依次为：光功率放大器、前置光纤放大器、前向纠错编码器、分布式拉曼放大器、遥泵系统。4)考虑内置光放大器产品散热需求高且功率增益性能不佳，外置光放大器产品工程组网和统一方便，本文方案采用的长距技术产品均为外置产品，其参数为目前市场主流产品的技术参数。5)为保证工程实际安全可用，本文采用最坏值计算法计算衰减受限长度。系统富裕度取5d B，最大光通道代价及活动连接器衰减共取3d B。6)根据部分现运行的骨干O P G W 光缆(G 6 5 2光纤)测量结果，光纤平均衰减系数(含固定接头平均损耗)一般为0 2 1d B k m。随着光纤制作技术的发展，其光纤衰减系数
15、将会更低(0 1 9，0 2 0d B k 1 1 1等)。本文选取O 2 1d B k m 作为光纤衰减系数进行计算。3 2 解决方案基于前文分析，制定了B A，B A+P A，F E C+B A+P A F E C+B A+R a m a n+P A 和F E C+B A+R O P A+R o m a n+P A 五种长跨距解决方案并对每种方案的衰减受限距离分别计算，结果见表2 所列。由于目前的遥泵技术对周围环境的要求很高且成本昂贵因此在电力系统光纤通信实际工程中，除特殊情况外应尽量避免采用遥泵技术。文中将表2 中方案1 4 作为工程应用的主推方案，即使用目前主流的长跨距技术产品一般可使
16、光传输单跨距达到2 7 6k m(2 5G b i d s)和2 1 4k m(1 0G b i g s)，而且在采用高端技术产品、光纤本身条件较好、系统不需保留较多富裕度的条件下。2 5G b i 9 s 光传输系统单跨距可完全超过3 0 0k m。1 0G b i d s 系统也可达到2 5 0k m。由表2 可以看出，对2 5G b i d s 光传输系统，可基本按照1 7 6，2 1 4，2 5 2，2 7 6k m 的节点选取上述4 种长跨距光传输配置方案，对1 0G b i t s 光传输系统，可基本按照1 3 8，1 6 2，1 9 0，2 1 4k m 的节点选取上述4 种长跨
17、距光传输配置方案。对光纤情况较好或系统富裕度可调的光传输系统。可综合考虑安全性和经济性予以适当调整。4 结束语长跨距光传输技术能取代大量的中继站，具有较高的安全性、可靠性和经济性：前向纠错技术、光功率放大器、前置光纤放大器、分布式拉曼放大器和遥泵技术是较为常见的长跨距光传输技术。长跨距光传输技术水平和设备产品性能一定会随着科技的进步和生产工艺的提高不断发展，漂BBBmB躲衄拈曲m曲益罐筋巧小吒雌锚必巧洲娟万方数据开发与应用杨雪筹电力系统长跨距光纤通信技术的应用探讨4 3 表2 系统衰减受限距离计算T a b 2C a l c u l a t i o no fr e s t r i c t e
18、da t t e n u a t i o nd i s t a n c e2 5G b i t s1 0G b i t 詹系统系绕，最小苣孳髦专娶、1 7。(i DA 后入纤功率)“d B 1 2dB+BA“1方案l：使用B A最小灵敏度P r-2 8d B m-2 5d B m方案2：使用B A+P A方案3：使用F E C+B A+P A方案4：使用F E C+B A+R a m a n+P A 摄小发送功率P s(+B A入纤功率)方案5：使用F E C+R O P A+B A+R a m a n+P A震双宣限甲继雎已呙Ll，Ok mI j 8k m，型、耋孳髦妻窑、1 7d B m1
19、 2d B m(+B A 后人纤功率)一1，剐鎏黠黑、一3 6d B m 一3 0d B m(+P A 后入纤功率)“衰减受限中继距离L2 1 4k m1 6 2k m量磐慧搿蛩1 7d B m1 2d B m(+B A 入纤功率)“1“，烈鎏徽、一3 6d B m 一3 0d B m(+P A 后人纤功率)“F E C 编码增益8d B6d B衰减受限中继距离L2 5 2k m1 9 0k m1 7d B m(+R a m a n+P A后入纤功率)F E C 编码增益1 2d B m 最尘嚣敏4 1d B m一3 5d B m8d B6d B衰减受跟中继距离L2 7 6k m2 1 4k
20、m参磐慧臻01 7d B m1 2d B m(+B A 入纤功率)“1m，最硝罾般患、-3 6d B m 一3 0d B m(+P A 后入纤功率)1+F E c 黑譬冀8“”2 0 d B1 8d B编码增益衰减受限中继距离L3 0 9k m2 4 8k m、注：使用部分高端产品。系统功率增益可再提高至少5d B 中继距离可增加2 5k m 左右。更好更广泛地应用在电力系统光纤通信网络中，为电力生产服务。参考文献 1】郑勇电力系统S D H 光纤通信工程建设及组网实践【J】电力系统通信，1 9 9 9，2 0(6)：3 1-3 3【2】S C H M I T FJM O p t i c a
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