第十二章电力通信光缆线路

263第十二章电力通信光缆线路简介第一节光纤通信概述一、光纤通信的发展状况光纤是光导纤维（OpticalFiber）的简称。1966年英籍华裔学者高锟（C.K.KA）和霍克哈母（C.K.HOCKHAM）发表了关于传输介质新概念的论文，指出了利用光纤进行信息传输的可能性和技术途径，奠定了现代光通信——光纤通信的基础。1970年，光纤研制取得了重大突破，同时作为光纤通信用的光源也取得了实质性的进展。由于光纤和半导体激光器的技术进步，是1970年成为光纤通信发展的一个重要里程碑。1976年，美国在亚特兰大（ATLANTA）进行了世界上第一个实用光纤通信系统的现场实验，系统采用GAALAS激光器作为光源，多模光纤做传输介质，速率为44.7Mb/s，传输距离约10km。1976年美国亚特兰大进行的现场实验，标志着光纤通信从基础发展到了商业应用的阶段。此后，光纤通信技术不断发展：光纤从多模发展到单模，工作波长从0.85μm发展到1.31和1.55μm，传输速率从几十Mb/s发展到几千Mb/s。另一方面，随着技术的进步和大规模产业的形成，光纤价格不断下降，应用范围不断扩大：从初期的市话局间中继到长途干线进一步延伸到用户接入网，从数字电话到有线电视（CATV），从单一类型信息的传输到多种业务的传输。目前光纤已成为信息宽带的主要媒质，光纤通信系统将成为未来国家基础设施的支柱。单模光纤(SingleModeFiber)的中心玻璃芯很细(芯径一般为9或10μm)，只能传一种模式的光。因此，其模间色散很小，适用于远程通讯，但还存在着材料色散和波导色散，这样单模光纤对光源的谱宽和稳定性有较高的要求，即谱宽要窄，稳定性要好。后来又发现在1.31μm波长处，单模光纤的材料色散和波导色散一为正、一为负，大小也正好相等。这就是说在1.31μm波长处，单模光纤的总色散为零。从光纤的损耗特性来看，1.31μm处正好是光纤的一个低损耗窗口。这样，1.31μm波长区就成了光纤通信的一个很理想的工作窗口，也是现在实用光纤通信系统的主要工作波段。1.31μm常规单模光纤的主要参数是由国际电信联盟ITU－T在G652建议中确定的，因此这种光纤又称G652光纤，此外还有G.653、G.655光纤。与单模光纤相比，多模光纤芯径大，便于接续；但其衰减系数大,带宽小，故目前多模光纤只适用于短距离、小用量的数据和模拟光信息传输。二、光纤通信系统光纤通信的诞生和发展是电信史上的一次重要革命，与卫星通信、移动通信并列为20世纪90年代的技术。进入21世纪后，由于因特网业务的迅速发展和音频、视频、数据、多媒体应用的增长，对大容量（超高速和超长距离）光波传输系统和网络有了更为迫切的需求。光纤通信就是利用光波作为载波来传送信息，而以光纤作为传输介质实现信息传输，达到通信目的的一种最新通信技术。通信的发展过程是以不断提高载波频率来扩大通信容量的过程，光频作为载频已达通信载波的上限，因为光是一种频率极高的电磁波，因此用光作为载波进行通信容量极大，是过去通信方式的千百倍，具有极大的吸引力，光通信是人们早就追求的目标，也是通信发展的必然方向。光纤通信与以往的电气通信相比，主要区别在于有很多优点：它传输频带宽、通信容量大；传输损耗低、中继距离长；线径细、重量轻，原料为石英，节省金属材料，有利于资源合理使用；绝缘、抗电磁干扰性能强；还具有抗腐蚀能力强、抗辐射能力强、可绕性好、无电火花、泄露小、保密性强等优点，可在特殊环境或军事上使用。光纤通信的应用领域是很广泛的，主要用于市话中继线，光纤通信的优点在这里可以充分发挥，逐步取代电缆，得到广泛应用。还用于长途干线通信，过去主要靠电缆、微波、卫星通信，现已逐步使用光纤通信并形成了占全球优势的比特传输方法；用于全球通信网、各国的公共电信网（如我国的国家一级干线、各省二级干线和县以下的支线）；它还用于高质量彩色的电视传输、工业生产现场监视和调度、交通监视控制指挥、城镇有线电视网、共用天线（CATV）系统，用于光纤局域网和其他如在飞机内、飞船内、舰艇内、矿井下、电力部门、军事及有腐蚀和有辐射等环境中使用。光纤传输系统主要由光发送机、光接收机、光缆传输线路、光中继器和各种无源光器件构成。要实现通信，基带信号还必须经过电端机对信号进行处理后送到光纤传输系统完成通信过程。图12-1示为一光纤264通信系统框图。它适用于光纤模拟通信系统，也适用于光纤数字通信系统和数据通信系统。在光纤模拟通信系统中，电信号处理是指对基带信号进行放大、预调制等处理，而电信号反处理则是发端处理的逆过程，即解调、放大等处理。在光纤数字通信系统中，电信号处理是指对基带信号进行放大、取样、量化，即脉冲编码调制（PCM）和线路码型编码处理等，而电信号反处理也是发端的逆过程。对数据光纤通信，电信号处理主要包括对信号进行放大，和数字通信系统不同的是它不需要码型变换。图12-1光通信系统的基本组成结构图三、光缆型号的组成内容、代号及意义型号由型式和规格两大部分组成，如下图所示：□(分类代号)□(加强构件代号)□(结构特征代号)□(护套代号)□(外护套代号)-光纤芯数□(光纤类别)型式由5个部分构成，各部分均用代号表示。1.分类的代号。GY——通信用室（野）外光缆2.加强构件的代号。加强构件指护套以内或嵌入护套中用于增强光缆抗拉力的构件。(无符号)—金属加强构件；F—非金属加强构件。3.缆芯和光缆的派生结构特征的代号。光缆结构特征应表示缆芯的主要类型和光缆的派生结构。当光缆型式有几个结构特征需要注明时，可用组合代号表示，其组合代号按下例相应的各代号自上而下的顺序排列。D—光纤带状结构；(无符号)—光纤松套被覆结构；J—光纤紧套被覆结构；(无符号)—层绞结构；X—缆中心管（被覆）结构；T—油膏填充式结构；(无符号)—干式阻水结构；R—充气式结构；C—自承式结构；B—扁平结构；E—椭圆结构；Z—阻燃结构。4.护套的代号。Y—聚乙烯护套；V—聚氯乙烯护套；U—聚氨酯护套；A—铝-聚乙烯护套(简称A护套)；S—钢-聚乙烯护套(简称S护套)；W—夹带平行钢丝的钢聚乙烯护套；L—铝护套；G—钢护套；Q—铅护套。表12-1铠装层代号Code023334445铠装层无铠装层绕包双钢带单细圆钢丝双细圆钢丝单粗圆钢丝双粗圆钢丝皱纹钢带5.外护层的代号。当有外护层时，它可包括垫层、铠装层和外被层的某些部分和全部，其代号用两组数字表示（垫层不需表示），第一组表示铠装层，它可以是一位或两位数字，见表1-1；第二组表示外被层或外套，它应是一位数字，见表12-2。表12-2外被层或外套代号12345外被层或外套纤维外被聚氯乙烯套聚乙烯套聚乙烯套加覆尼龙套聚乙烯保护套光缆的规格是由光纤数和线芯光纤类别组成。光缆中同类光纤的实际有效数目用数字表示；光纤类别采用光纤产品的分类代号表示，即用大写A和B分别表示多模光纤和单模光纤，用数字和小写字母表示不同类别的多模或单模光纤，见表12-3、表12-4。表12-3多模光纤分类代号AlaAlbAlc特征渐变折射率渐变折射率渐变折射率纤芯直径（μm）5062.585包层直径（μm）125125125材料二氧化硅SiO2二氧化硅SiO2二氧化硅SiO2265表12-4单模光纤分类代号B1B2B1.2B4光纤类别常规单模光纤色散位移单模光纤截止波长位移单模光纤非零色色散位移单模光纤例如，GYFTCY-12B1表示通信用室（野）外光缆，非金属加强构件，油膏填充式结构，自承式结构，聚乙烯护套，12芯常规单模光纤。四、光纤的传输衰减设计设计光纤通信系统时，必须充分考虑所用光纤的衰减、带宽、以及接头连接损耗，它们都是影响传输性能的最重要的参数。光缆系统的衰减(aK），与光缆长度(L)、光纤衰减系数(aF)和n个接头损耗(aSP)有关。光缆系统的衰减(aK）计算公式如下：aK＝LaF＋naSP（12-1）式中aK——光缆系统的衰减，dB；L——光缆长度，km；aF——光纤衰减系数，dB/km；aSP——接头损耗，dB(取值：固定接头0.1～0.2活接头1～2）。由于光缆系统要长期运行，因此，设计时必须考虑预留一定的余量来补偿维修时增加接头的需要。衰减预留量(aRes)取决于本地条件和系统的重要性，一般取值为：0.1～0.4dB/km。对一个中继段而言，中继段的衰减值(aR）由下式求得：aR＝aK＋aResL（12-2）式中aR——中继段衰减值，dB；aRes——衰减预留量，dB/km；L——中继段距离，km。在一个中继段内，通常尽可能选用长光缆来减少由于接头引起的损耗。同时，也要选用光纤衰减系数（aF）合适的光纤，以便在线路中间不加光中继器，从而减少工程投资。第二节电力系统光纤通信一、概述电力系统通信网是我国专用通信网中规模较大、发展较为完善的专网。随着通信网络光纤化趋势进程的加速，我国电力专用通信网在很多地区已经基本完成了从主干线到接入网向光纤过渡的过程。目前，电力系统光纤通信承载的业务主要有语音、数据、宽带业务、IP等常规电信业务；电力生产专业业务有保护、安全自动装置和电力市场化所需的宽带数据等。特别是保护和安全自动装置，对光缆的可靠性和安全性提出了更高的要求。可以说，光纤通信已经成为电力系统安全稳定运行以及电力系统生产生活中不可缺少的一个重要组成部分。光纤通信在电力通信中的应用最初是沿用电信部门传统的地埋、管道、架空等方法敷设普通光缆，构成电力光纤通信系统。随着技术的进步，到了上世纪的七、八十年代，一些有别于传统光缆的附加于电力线和加挂于电力杆塔上的光电复合式光缆被开发出来，这些光缆被统称为电力特种光缆。电力系统光纤通信与其它光纤通信系统最大区别之一就是通信光缆的特别性。电力特种光缆受外力破坏的可能性小，可靠性高，虽然其本身造价相对较高，但施工建设成本较低。经过多年的发展，目前电力特殊光缆制造及工程设计已经成熟，特别是OPGW和ADSS技术，在国内电力特殊光缆已经开始大规模的应用，如三峡工程中的长距离主干OPGW光缆线路等。特种光缆依托于电力系统自己的线路资源，避免了在频率资源、路由协调、电磁兼容等方面与外界的矛盾和纠葛，有很大的主动权和灵活性。电力系统有强大的电力网，遍布全国的城市和农村，借助于电力线路及杆塔建设光纤通信网是完全可行的。并且可以为发展电网自动化和新型继电保护提供宽频通道。目前，电力系统的城网和农网改造也为电力通信的发展带来了极好的机遇，许多省、地(市)电力局和县电力局都纷纷建设光纤线路，为实现宽带综合业务数字网(B-ISDN)做好充分准备。266二、电力特种光缆的种类电力特种光缆泛指OPGW(光纤复合地线)、OPPC(光纤复合相线)、MASS(金属自承光缆)、ADSS(全介质自承光缆)、ADL(相/地捆绑光缆)和GWWOP(相/地线缠绕光缆)等几种。目前，在我国应用较多的电力特种光缆主要有ADSS和OPGW。1、光纤复合地线——OPGW(OpticalGroundWire)OPGW又称地线复合光缆、光纤架空地线等，是在电力传输线路的地线中含有供通信用的光纤单元。它具有两种功能：一是作为输电线路的防雷线，对输电导线抗雷闪放电提供屏蔽保护；二是通过复合在地线中的光纤来传输信息。OPGW是架空地线和光缆的复合体，但并不是它们之间的简单相加。OPGW光缆主要在500kV、220kV、110kV电压等级线路上使用，受线路停电、安全等因素影响，多在新建线路上应用。OPGW的适用特点是：(1)高压超过110kV的线路，档距较大(一般都在250m以上)；(2)易于维护，对于线路跨越问题易解决，其机械特性可满足线路大跨越；(3)OPGW外层为金属铠装，对高压电蚀及降解无影响；(4)OPGW在施工时必须停电，停电损失较大，所以在新建110kV以上高压线路中应该使用OPGW；(5)OPGW的性能指标中，短路电流越大，越需要用良导体做铠装，则相应降低了抗拉强度，而在抗拉强度一定的情况下，要提高短路电流容量，只有增大金属截面积，从而导致缆径和缆重增加，这样就对线路杆塔强度提出了安全问题。常见的OPGW结构主