电力通信长距离通信传输的系统构建

电力通信长距离通信传输的系统构建

1张聪1刘三龙1张爱奎2吕婧

1.国网安徽省电力公司阜阳供电公司安徽阜阳236017

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摘要：电力通信系统实现长距离通信传输，在降低建设及维护成本，提高系统可靠性具有很实际的意义。本文分析了电力通信系统长距离通信传输存在的问题并提出利用光功率放大器实现长距离通信传输解决方案，可为电力通信长距离通信传输系统的设计和建设提供一种参考方法。

关键词：长距离传输衰耗色散掺饵光纤放大器

1长距离传输主要考虑的问题

一般而言，长距离通信传输主要是指无中继距离超过100km的传输通信。对于普通的传输系统由于衰耗、色散等问题无法达到相关要求，所以对于长距离通信设计而言，必须要考虑如下几个问题：

1.1线路的衰耗

线路的衰耗主要包括线路本身的损耗，活接头的损耗，系统的通道代价以及光缆损耗的富裕度。其中，线路本身的平均损耗依据不同光缆的质量，视具体项目情况，可能会从0.21dB/km到0.25dB/km，如果光缆的平均损耗本身就超过0.25dB/km的话，则说明此段光缆质量并不是很好，从长期使用的角度来看，建议不使用这样的光缆；活接头的损耗一般按0.5dB/个来计算；对于L1.2和L4.2的系统而言，其通道代价一般是1dB，而对于L16.2和L64.2的系统而言，其通道代价一般是2dB；对于光缆富裕度的选取，目前并无标准规定，目前一般可取5～8dB。

1.2色散问题

随着脉冲在光纤中传输，脉冲的宽度会被逐渐展宽，当展宽超过一定的容限后就会导致接收端误判“0”和“1”，从而产生误码影响系统整体性能。一般而言，L16.2的系统的色散容限是1600ps/nm，按20ps/nm・km计算，折合是80km（G.652）。色散容限的劣化程度通常是与速率的平方成反比关系的。当超过色散容限后，就必须进行色散补偿。1.3非线性效应

对于长距离通信中，非线性问题也是必须要考虑的，直观反映出来的就是对入纤功率有一定的要求，对于2.5G及以下速率的系统，可支持17dBm的入纤功率，而对于10G系统而言，则要求入纤功率不得超过12dBm。

1.4光信噪比（OSNR）

对于长距离通信系统而言，OSNR也是个关键的指标，对于2.5G系统，一般要求OSNR不低于20dB（包含通道代价），而10G系统则要求不低于26dB（包含通道代价），622M系统一般要求不低于14dB（包含通道代价），155M系统一般要求不低于8dB（包含通道代价）。

2实现方案

2.1对于衰耗的问题，解决方法就是配置不同型号的放大器进行功率补偿。依据放大器的应用位置，可分为功率放大器（BA）和前置放大器（PA）。另外，目前国内部分厂家开发出了转发式EDFA（RT-EDFA），该设备同时采用了光信号转发和光放大技术，可将2.5G及以下速率系统的光端机发射出来的信号进行接收和放大，然后通过高色散容限的发射机转发输出再经过EDFA进行功率放大，达到了功率提升的作用，同时也增加了设备的色散容限，且可以输出指定的工作波长（主要就是1550.12nm），方便后续配套使用PA。

2.2对于信噪比，除了有针对性地配置上述各种ED-FA设备进行功率提升外，对于一些跨距非常大的应用场合，还需要配置相应的FEC设备或喇曼放大器。其中，目前国内2.5GFEC设备编码增益可达到8dB。对于2.5G系统，若采用了FEC设备，则OSNR的容限可由20dB降低到12dB，10GFEC的编码增益可以达到6dB，若采用10GFEC设备，则OSNR的容限可由26dB降低到20dB。喇曼放大器配合PA使用，可以有效提升光功率，同时，由于其噪声指数是负值的特性，可有效改善信噪比。（3）对于色散问题，除了采用上述FEC及RT-EDFA等设备提升系统色散容限范围外，还可以考虑配置色散补偿模块（DCM）进行色散补偿。对于1550.12nm波长的系统可采用光栅型的DCM进行色散补偿，对于未知波长的可考虑采用光纤型的DCM进行色散补偿。（4）对于非线性问题，主要是要解决发射端入纤功率的限制问题，通过对信号光脉宽调整，可以使入纤功率阈值进一步提高，相关技术目前部分厂商已集成到FEC中。

3超长距离传输技术的应用建议

3.1超长距离光传输主要技术的对比分析

在解决电力系统超长距离光传输问题上，超长距离光传输技术的应用效果显著，且能够大幅度降低系统的运行维护难度，但喇曼放大和遥泵放大技术也存在一些技术弊端：实验证明，在G.652光纤中，当1467nm泵浦光门限功率超过1400mW时，才会使光纤开始融化，而喇曼泵浦模块输出总功率在1000mW以下，对于光纤而言是十分安全的。但当功率超过20dBm时，若未能及时有效的清洁活动连接器，就可能出现活动连接器损坏现象，因此，在应用喇曼放大技术时，在工程安装以及后期运行维护中均需要充分注意该问题。

遥泵放大技术同样存在一定的弊端，当光传输距离在300km左右时，应用遥泵技术就需在光缆中间放置专门设计的铒纤，这时，就会对光缆线路造成一定的损坏。同时，ROPA泵浦造价昂贵，且输出功率超过1W，对于工艺的要求也更高，但使用寿命十分有限，需定期进行检查维护；在使用过程中，若采用备份方式，则将导致系统造价的进一步提高。此外，该技术对光纤接头的要求也更高，在处理光纤接头时，难度更大[4]。从经济层面来看，无论是遥泵技术还是喇曼技术，初期投资均高于中继站，但两种技术对比，喇曼技术投资更低，比中继站设置投资高10%左右，而遥泵技术比中继站投资要高30%左右。

3.2超长距离光传输技术的应用建议

光信号长距离传输过程中，应尽量少使用电中继，避免导致建设和运营成本大幅度上升，在实际工程建设过程中，当光传输距离在200km以上时，为实现超长距离无中继传输，可科学组合应用各种光放大器。在条件允许的情况下，尽可能减少中继站，减少线路运维工作量，此外还需要合理利用喇曼放大等关键技术，虽然初期建设所需要的投入资金较多，但运行维护成本可大幅度缩减。

在对超长距离传输的优缺点进行综合分析考虑后，若条件允许，则尽量少采用或不采用遥泵技术，优先选择应用喇曼放大技术，实现超长距离光传输。

4结束语：

本文针对电力光通信系统长距离传输需考虑的问题提出利用光功率放大器等设备解决方案，已在实际工程中得到应用。在实际建设时建议应采用较为成熟的技术和设备，满足电力通信系统高可靠性要求。

参考文献：

[1]李亮.超长距离无中继光传输技术及其应用[J].中国新通信，2013（12）：60.

[2]杨红梅.超长距离光传输技术的应用[J].城市建设理论研究（电子版），2013（3）.

[3]姚实颖.超长距离全光传输在电力系统通信中的关键技术及应用[J].科技创新导报，2011（28）：123+126.