高中獲獎(jiǎng)科技論文

高中獲獎(jiǎng)科技論文

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　　高中獲獎(jiǎng)科技論文篇一

　　電力通訊系統(tǒng)光纖通訊的維護(hù)與應(yīng)用綜述

　　【摘 要】近年來(lái)，隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)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(yán)峻的考驗(yàn)。光纖通訊以其傳輸容量大、抗干擾能力強(qiáng)、安全性高等特點(diǎn)，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(shì)，并在此基礎(chǔ)上對(duì)電力系統(tǒng)中的光纖通訊維護(hù)與應(yīng)用進(jìn)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(guó)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(guó)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(shuō)，光纖通訊已經(jīng)成為電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行以及電力系統(tǒng)生產(chǎn)生活中不可缺少的一個(gè)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(yǔ)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(hù)信息、安全自動(dòng)裝置信息和電力市場(chǎng)營(yíng)銷所需的寬帶數(shù)據(jù)信息等。特別是保護(hù)和安全自動(dòng)裝置信息，對(duì)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(yùn)行維護(hù)水平，以保證電力光纖通訊系統(tǒng)連續(xù)穩(wěn)定暢通的運(yùn)行，縮短故障處理時(shí)間，就顯得尤為重要。

　　1 光纖通訊技術(shù)的優(yōu)勢(shì)分析

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

　　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(duì)較小，光纖的通訊容量是微波通訊的十幾倍。目前，單波長(zhǎng)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(shí)現(xiàn)的多波長(zhǎng)傳輸系統(tǒng)的傳輸速率已經(jīng)達(dá)到單波長(zhǎng)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(duì)于能源的要求非常高，而光纖的損耗相對(duì)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(wú)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(zhǎng)得多，正是這一特點(diǎn)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(qiáng)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(shí)際的運(yùn)行過(guò)程中不會(huì)遭受太陽(yáng)黑子以及電離層、雷電活動(dòng)的干擾，更不會(huì)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(wú)線信息傳輸過(guò)程中，都會(huì)出現(xiàn)電磁波泄露的現(xiàn)象，造成傳輸信息的泄露，使整個(gè)通訊系統(tǒng)缺乏良好的保密性。而光纖是通過(guò)光波進(jìn)行信息的傳輸，光纖在信息傳輸過(guò)程中，將光信號(hào)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(lái)的射線就會(huì)被環(huán)繞在光纖周圍的不透明保護(hù)層有效吸收到，實(shí)現(xiàn)光信號(hào)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(shì)

　　除以上特點(diǎn)之外， 光纖徑細(xì)、重量輕、柔軟、易于鋪設(shè) 光纖的芯徑很細(xì)，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(biāo)準(zhǔn)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(wèn)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(hù)

　　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(qiáng)等諸多優(yōu)點(diǎn)，它一問(wèn)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(diǎn)和要求的特種光纜被研制出來(lái)，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(jià)相對(duì)較高，但施工建設(shè)成本相對(duì)較低，經(jīng)過(guò)多年的發(fā)展，電力特種光纜的制造及工程設(shè)計(jì)已經(jīng)成熟，在國(guó)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(dòng)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(guó)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(guó)很多電壓等級(jí)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(guò)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(diǎn)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(shí)其還具備優(yōu)良的光纖傳輸性能、機(jī)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(hào)不會(huì)受到強(qiáng)電場(chǎng)環(huán)境的任何干擾，也不會(huì)使通訊量受到影響，這一特點(diǎn)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(jiǎn)單來(lái)講就是在架空地線當(dāng)中復(fù)合光纖。OPGW光纜最為顯著的特點(diǎn)是可靠性較高、且不需要進(jìn)行維護(hù)，唯一的缺點(diǎn)是造價(jià)過(guò)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(duì)輸電線路起到防雷屏蔽保護(hù)作用;另一方面可以借助復(fù)合在地線中的光纖進(jìn)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(dāng)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(jì)到安裝和運(yùn)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(shí)又能進(jìn)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(hù)

　　2.2.1 設(shè)備的維護(hù)要求

　　光纖通訊系統(tǒng)維護(hù)工作的主要目的就是保障系統(tǒng)正常穩(wěn)定運(yùn)行，及時(shí)迅速排除設(shè)備故障。維護(hù)工作主要針對(duì)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(hù)要求主要有以下二點(diǎn)：

　　(1)應(yīng)確保設(shè)備的工作條件良好。簡(jiǎn)單來(lái)講就是應(yīng)當(dāng)保證光纖通訊設(shè)備始終處在正常的工作環(huán)境當(dāng)中，如要保持機(jī)房有合適的溫度和濕度; 光設(shè)備工作電壓應(yīng)當(dāng)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(hù)終端使用的計(jì)算機(jī)應(yīng)為專用設(shè)備，嚴(yán)禁隨意挪用，應(yīng)制定嚴(yán)格的運(yùn)行和操作規(guī)程并嚴(yán)格執(zhí)行，不在上面隨意安裝應(yīng)用軟件，不準(zhǔn)接入單位MIS系統(tǒng)和公共互聯(lián)網(wǎng); 嚴(yán)禁U盤、移動(dòng)硬盤等移動(dòng)介質(zhì)的使用，嚴(yán)防病毒侵入。

　　(2)及時(shí)迅速排除設(shè)備故障。在維護(hù)工作中迅速有效地進(jìn)行故障的分析與處理，光通訊系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)，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(dāng)前的故障原因，并及時(shí)進(jìn)行排除，爭(zhēng)取在最短的時(shí)間內(nèi)解決故障，保證通訊設(shè)備穩(wěn)定、可靠運(yùn)行;

　　2.2.2 設(shè)備的維護(hù)方式

　　為了達(dá)到及時(shí)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(hù)檢修方式，在光纖通訊系統(tǒng)的維護(hù)檢修過(guò)程中，采用的維護(hù)檢修方法主要有以下幾種。

　　(1)采用集中維護(hù)方式。因光通訊設(shè)備基本上都配備了遠(yuǎn)程集中監(jiān)控系統(tǒng)，任一設(shè)備出現(xiàn)故障，都能及時(shí)反映到集中監(jiān)控終端上來(lái)。因此，各企業(yè)可根據(jù)本企業(yè)和實(shí)際情況，設(shè)置集中維護(hù)中心，將本企業(yè)的維護(hù)人員以及所需的儀器儀表、備品備件全部集中到集中維護(hù)中心內(nèi)，對(duì)于設(shè)備較少的通訊站點(diǎn)就可不設(shè)日常維護(hù)人員，這樣不但能夠提高維護(hù)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(qiáng)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(jí)別采取相應(yīng)的處理措施。其次，定期對(duì)無(wú)人通訊站進(jìn)行巡視檢查，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題及時(shí)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(xiàng)目和內(nèi)容， 并嚴(yán)格執(zhí)行。

　　2.2.3 故障處理方法

　　為了及時(shí)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(jìn)行替換，最終判明故障部位并排除故障。

　　(2)環(huán)回檢測(cè)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?gòu)淖约旱氖斩丝诮邮栈貋?lái)的操作，是在檢查傳輸通路故障時(shí)常用的手段。通過(guò)環(huán)回操作可以在分離通訊鏈路的情況下逐級(jí)確認(rèn)網(wǎng)元的故障點(diǎn)，檢測(cè)節(jié)點(diǎn)和傳輸線路的工作狀態(tài)，幫助我們快速準(zhǔn)確地定位故障點(diǎn)設(shè)備，甚至故障點(diǎn)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(hào)可以是光信號(hào)，也可是電信號(hào)。

　　硬件環(huán)回是指使用物理方法連接一路信號(hào)的收發(fā)端口，從信號(hào)流向的角度來(lái)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(guò)網(wǎng)管軟件將某一路信號(hào)的收、發(fā)通路進(jìn)行連接，軟件環(huán)回不僅可以設(shè)定相當(dāng)于硬件環(huán)回的信號(hào)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(cè)試法。這一方法主要是通過(guò)各種光纖通訊系統(tǒng)檢測(cè)儀表來(lái)進(jìn)行設(shè)備故障的查找，光纖通訊系統(tǒng)測(cè)試儀表主要有光功率計(jì)、光時(shí)域反射測(cè)試儀、誤碼儀和萬(wàn)用表等，在實(shí)際的故障處理過(guò)程中，可以采用相應(yīng)的儀表進(jìn)行準(zhǔn)確的故障定位。如誤碼儀主要是用來(lái)進(jìn)行通道誤碼性能測(cè)試;萬(wàn)用表用來(lái)進(jìn)行實(shí)際的供電電壓，電纜通斷的測(cè)試;光時(shí)域反射測(cè)試儀可用來(lái)判斷光纜線路故障，光功率計(jì)主要是用來(lái)測(cè)試光信號(hào)是否正常。

　　(4)網(wǎng)管軟件測(cè)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(lái)判斷系統(tǒng)是否正常。插入誤碼操作可以用來(lái)判斷通道的狀況，插入告警用來(lái)判斷自愈環(huán)網(wǎng)的倒換是否正常。

　　2.2.4 對(duì)維護(hù)人員的要求

　　電力通訊系統(tǒng)中的光纖通訊設(shè)備維護(hù)是一項(xiàng)比較縝密的工作，它對(duì)維護(hù)人員提出了較高的要求。首先，維護(hù)人員應(yīng)非常熟悉系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?、保護(hù)特性、時(shí)隙配置情況、業(yè)務(wù)分配情況等。其次，在進(jìn)行設(shè)備維護(hù)工作時(shí)，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(duì)設(shè)備的損壞。在進(jìn)行機(jī)盤操作時(shí)，必須戴上防靜電手腕，并保證其有良好的接地，拆換下來(lái)的機(jī)盤應(yīng)及時(shí)裝入防靜電的袋子中。第三，在日常維護(hù)工作中，應(yīng)注意保持機(jī)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(gè)領(lǐng)域，它的技術(shù)應(yīng)用和技術(shù)進(jìn)步極大地推動(dòng)了光纖通訊事業(yè)的發(fā)展。為進(jìn)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(shí)傳送多個(gè)不同波長(zhǎng)的光載波，提高了光纖的傳輸能力。同時(shí)，還可以利用不同波長(zhǎng)沿不同方向傳輸來(lái)實(shí)現(xiàn)單根光纖的雙向傳輸。②頻分復(fù)用技術(shù)。當(dāng)相鄰兩峰值波長(zhǎng)間隔小于1nm時(shí)，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(méi)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(guò)直接光編碼和光解碼，實(shí)現(xiàn)光信道的復(fù)用和信號(hào)交換、這種技術(shù)較好地解決移動(dòng)通訊中抗多徑衰落、抗干擾問(wèn)題，提高了網(wǎng)絡(luò)的容量，改善了系統(tǒng)性能，增強(qiáng)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(shí)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(diǎn)數(shù)，而且還增強(qiáng)了網(wǎng)絡(luò)的透明度，使不同系統(tǒng)、不同信號(hào)得到了有效的連接，網(wǎng)絡(luò)的靈活性大大增強(qiáng)。另一方面，光聯(lián)網(wǎng)還實(shí)現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)的快速恢復(fù)。在發(fā)生故障時(shí)，因?yàn)榛謴?fù)時(shí)間非常短，對(duì)電力系統(tǒng)的正常運(yùn)行不會(huì)造成太大的影響，也不會(huì)造成太大的損失。正是因?yàn)楣饴?lián)網(wǎng)的這些優(yōu)點(diǎn)，適應(yīng)電力系統(tǒng)的發(fā)展需求，促進(jìn)電力通信邁上了一個(gè)新的發(fā)展臺(tái)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(duì)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(jìn)行實(shí)地測(cè)試驗(yàn)證。更高速的傳輸網(wǎng)絡(luò)的進(jìn)一步建設(shè)和實(shí)驗(yàn)，使電力系統(tǒng)整體上實(shí)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(zhǎng)的不同信號(hào)放在同一組光纖上傳輸，同時(shí)實(shí)現(xiàn)有效傳輸?shù)男Ч@樣會(huì)提高光纖傳輸?shù)某休d能力。

　　4 結(jié)語(yǔ)

　　總而言之，隨著科學(xué)技術(shù)水平的不斷提高，光纖通訊技術(shù)獲得了長(zhǎng)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(yùn)行的安全性、可靠性和穩(wěn)定性。在未來(lái)一段時(shí)期，應(yīng)當(dāng)加大對(duì)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(shì)，進(jìn)一步提升電力系統(tǒng)的運(yùn)行水平，這對(duì)于促進(jìn)我國(guó)電力事業(yè)的發(fā)展具有極其重要的現(xiàn)實(shí)意義。

　　參考文獻(xiàn)：

　　[1]李平，方磊.光纖通訊與載波通訊在高壓線路縱聯(lián)保護(hù)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(diǎn)設(shè)備維護(hù)手冊(cè).中興通訊股份有限公司.

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