光放大技术在内蒙电网正蓝变电站接入工程中的应用

(内蒙古电力勘测设计院，内蒙古  呼和浩特  010020)
摘 要：文章通过对内蒙电网正蓝变电站接入工程中光通 信系统建设方案的设计和分析，阐述了光放大技术在电力系统通信中的应用。
关键词：超长距离光纤传输;光放大器;喇曼放大器
中图分类号：TM73(226)  文献标识码：B  文章编号 ：1007—6921(2008)17—0079—02

电力通信网属国家专用通信网，是电力系统不可缺少的重要组成部分，是电网调度自动化、 网络运营市场化和管理现代化的基础，对确保电网安全、稳定、经济运行起着重要作用。目 前，光通信是电力通信网的主要方式，如何应用光通信的最新技术，降低建设和运营投资， 提升系统的可靠性，是电力通信系统建设中的重要问题。由于超长距离电力传输已开始在我 国应用，与其相配套的电力光传输通信系统也将采用切实有效的超长距离光纤传输解决方案 。内蒙电网公司规划建设的正蓝500kV变电站将破口接入汗海～塔拉500kV输电线路，根据正 蓝变的接入情况及汗塔线的通信现状，我们拟采用普通转发光放大器，前置光放大器和喇曼 放大器的组合设计长距离光传输通信系统，通过技术和经济比较，选择既满足正蓝变传输要 求，又节省投资的设计方案。
1 工程概况

汗海～塔拉500kV线路OPGW光缆长约为424.9km，途中建设明亮和乌日图两个光中继站，汗海 和塔拉变各配置2套西门子2.5G光端机设备，明亮和乌日图各配置一套西门子光端机设备， 采用1+1线路保护方式。汗海～明亮传输距离约为143.8km，两端光端机采用L-16.2光接口+ 17dB功率放大器；明亮～乌日图传输距离约为162.3km，两端光端机采用JE47DB-16.2光接口 ；乌日图～塔拉传输距离约为118.8km，两端光端机采用JE47DB-16.2光接口。

锡林郭勒正蓝500kV变电站(以下简称正蓝变电站)500kV接入计划：汗海～塔拉500kV线路 改接入正蓝变电站，汗海～正蓝500kV线路传输距离约为239km、正蓝～塔拉500kV线路传输 距离约为226km，破口后明亮中继站～正蓝传输距离约为952km，正蓝～乌日图中继站传输 距离约为1072km。系统线路传输速率为2.5Gbps，工作波长范围1 550nm窗口。在超长距离 传输跨段，需要考虑两个主要问题：超长距离光纤衰耗和光接口色散容限。
2 解决方案分析
2.1 光线路衰耗问题解决方案

分析表1 的参数可知，L16.2型光接口设备最大的传输距离只有80km，远不能满足实际工程 要求，为此，需探讨解决问题的具体方案。
2.1.1 采用掺铒光放大器(erbium doped fiber amplifier，EDFA)可以延长相当的传输 距离。但是在G652 普通光纤上传输2.5Gbps速率时，光放大器的入光功率不能超过+ 18 dB ，否则将产生较为严重的非线性效应。而接收端的低噪声前置放大器(pre-amplifier，PA)  的最低入光功率一般为 -41dB，在不考虑色散的情况下，其最大传输距离约为 200km，将光 缆的老化余度考虑进去，则仍有4～6dB 的差值，仍不能满足工程要求。
2.1.2 喇曼光纤放大器(Raman fiber amplifier，Raman)具有相对较宽的放大带宽，与 传统的掺铒光纤放大器只能放大1 550nm窗口的信号不同，喇曼放大器理论上可以对任意波 长益为6～12dB，典型值为10dB。与EDFA配合使用，可以进一步延长传输距离。
2.1.3 针对本工程涉及的超长距离光线路衰耗问题，建议采用功率放大器+分布式喇曼光 纤放大器+前置放大器的方案，理论上能达到260km 左右的传输距离，可以满足工程设计要求。
2.2 光线路色散问题及其解决方案

我们注意到普通的L16.2型光接口设备最大色散值为1 600ps/nm，若采用G652光纤，其最大 平均色散系数按18ps/nm·km 计算，那么按照色散计算的最大传输距离应为88.9km。

为消除色散对传输距离的限制，我们采用了波长转换技术，将普通的灰色光接口转换为彩色 光接口(波长为1 550.92nm)，在掺铒光纤放大器(EDFA)之前增加波长转换器设备，该设备集 成在EDFA设备内部，转换后的光接口的最大色散值可达5 400ps/nm，传输距离可达300k m，能满足工程要求。与在前置放大器后增加色散补偿光纤的方案比较，该方案在成本上要 节约很多。
2.3 光线路衰耗的具体参数计算

在实际工程中，采用架空OPGW光缆，光纤符合ITU-TG652B标准设计, 工作波长为1 310nm和1  550nm。根据线路特点以及光缆温度变化引起的衰减, 设备配置方案必须留有充分系统余量 ,以满足工程光纤通信传输的要求。衰减限制再生段距离计算采用ITU-T建议G957光缆的最坏 值计算法。具体计算依据如下：

L=(P_s-P_r-P_p-ΣA_c-M_c) / (A_f+A_s)

式中：L —再生段距离；

P_s —s点寿命终了时的最小平均发送功率；

P_r —r 点寿命终了时的光接收灵敏度(BER ≤10 - 12 )；

P_p—光通道代价，取值为1dB ;

ΣA_c—s，r点间所有活动连接器衰减之和，每个连接器衰减取0. 5 dB；

M_c—光缆富裕度，光缆长度<80km时，光缆余度≥3dB，光缆长度>80km时，光缆余度≥5 dB；

Af—光纤衰减系数，1 550nm波长范围内为020dB/km ，1 310nm波长范围内为0.36dB/km； 

As—光纤熔接接头每km衰减系数，取0.02 dB/ km。
3 传输系统配置

根据上述理论分析并综合考虑工程的实际要求，提出如下三种传输系统配置方案：
3.1 方案一

取消明亮和乌日图中继站，将明亮中继站和乌日图中继站的光端机设备、光配线设备、通信 电源和蓄电池组搬迁到正蓝变电站，开通汗海～正蓝和正蓝～塔拉2.5G传输链路。

汗海～正蓝段两端光端机采用L16.2光接口+13dB光放大器+10dB喇曼放大器+－41dB前置放大 器，1+1线路保护方式。

正蓝～塔拉段两端光端机采用L16.2光接口+17dB光放大器+－41dB前置放大器，1+1线路保护 方式。
3.2 方案二

取消明亮中继站，保留乌日图中继站，将明亮中继站的光端机设备、光配线设备搬迁到正蓝 变电站，为正蓝变电站新增一套主系统光端机设备，两台设备以S16.1光接口互联。

汗海～正蓝段两端光端机采用L16.2光接口(已有光口)+17dB光放大器(已有光放)+10dB 喇曼放大器+ -37dB前置放大器，1+1线路保护方式。

正蓝～乌日图中继站传输距离约为107.2km，两端光端机利用已有JE47dB-16.2(为传输段提 供47dB增益)光接口,开通正蓝～乌日图中继站2.5G传输链路，1+1线路保护方式。
3.3 方案三

保留明亮和乌日图中继站，为正蓝变电站新配置2套主系统光端机设备，两台设备以S-16.1 光接口互联。
正蓝～乌日图中继站传输距离约为107.2km，将原明亮～乌日图传输链路中明亮中继站侧的J E47dB-16.2光接口搬迁到正蓝变，乌日图中继站采用原JE47DB-16.2光接口,开通正蓝～乌日 图中继站2.5G传输链路，1+1线路保护方式。

明亮中继站～正蓝传输距离约为95.2km，两端光端机采用JE33dB-16.2(给传输段提供33dB增 益)光接口，1+1线路保护方式。

上述三种方案均能满足正蓝变电站的传输要求。其中方案二的设备配置既结合远期电网规划 ，又能利用已有设施，节省投资，设备配置更合理。经过方案比选，我们最终选择了该设计 方案作为工程解决方案。
4 结语

超长距离光纤传输可以不用或减少电中继、光中继的数量，延伸光中继之间的距离，降低系 统成本。本文采用光放大技术设计并讨论了内蒙电网正蓝变电站接入工程中的通信系统解决 方案，该方案能以更高的经济性、可靠度和灵活性满足建设需求，为网络投资和运营提供更 高的回报率。
［参考文献］
［1］ YD/T 5024-2005,SDH本地网光缆传输工程设计规范［S］.
［2］ 刘善田,张红红,崔永杰.超长距离光纤传输在华北电网中的实验与应用［J］. 电力系统通信, 2006,27(164).
［3］ 赵梓森.光纤通信工程(修订本)［M］.北京:人民邮电出版社,2006.