光纤自动切换保护装置在电力通信系统中的运用分析

段宏坤，程涛，吴佩洪，蒋维，字然，危鹏

（1.云南电网责任有限公司昆明供电局，云南 昆明 650200 2. 云南电网有限责任公司电力调度控制中心，云南 昆明 650000）

0 前言

目前,电力系统的通信业务基本是承载在光纤传输网上。由于电力光缆一般是随输电线路架设,因此电力光缆网基本呈线性,难以全面组成带有自愈功能的环网。光缆线路一旦发生中断,短时间内通过手动调整恢复光缆路由十分困难；同时当下正处于城市规划建设的高峰期，市政工程施工较多，外力破坏故障频发，电力通信网络在城域网部分普遍存在抗N-1、N-2风险能力不足的难题。为了确保在发生N-1故障时电力通信网能够安全运行，在光缆路由允许的情况下，利用空闲光缆使重要站点重要路由实现1：1光缆纤芯保护，防止发生电力通信网N-2缺陷，确保网络安全稳定运行。目前采用的方法主要是利用光传输设备新增光路实现同一光方向的1：1保护，光板卡价格相对昂贵，且对传输设备物理资源产生占用，无法在光方向较多的重要节点全面推广。使用光纤自动切换保护装置建设光路备用路由，在保障通信网络可靠性的同时，可有效控制成本，节约光通信资源。

此外，在电力企业的数字化转型进程中，配电自动化终端的分布逐步增多，对配电自动化终端的通信可靠性也提出了新的要求。当前配电自动化终端通信普遍通过城区电力光缆互联，光缆故障率较高。加之配电终端设备供电可靠性低，终端掉线、链路中断故障频发。运用光纤自动切换保护装置，通过空闲纤芯增加配电终端跨点冗余路由。当配电终端单点故障或其中一主用光方向故障时，光纤自动切换保护装置可倒换至冗余路由，快速切除故障点，保障配电终端环路正常运行，解决因单个终端故障危及多个配电终端的问题。

1 光纤自动切换保护装置介绍

1.1 设备简介

光纤线路自动切换保护装置[1]（简称OLP）是一个独立于通信传输系统，完全建立在光缆物理链路上的自动监测保护系统。线路保护器OLP是工作在光层的传输设备，具有传输信号独立透明、安全可靠、故障恢复快速的特点。可以助力组建无中断、高可靠、安全灵活、抗灾害能力强的光通信网。

1.2 工作原理

光纤线路保护切换的工作原理是：当工作链路光纤中断或性能劣化到一定程度后，系统倒换设备将传输信号自动转至备用光纤系统来传输,从而使接收端仍能接收到正常的信号,而感觉不到网络出现了故障，主要适用于点到点应用的保护。OLP光纤线路保护器给用户提供多种方式的光纤线路保护方案。

光纤线路保护切换系统保护方式是基于2×2光开关选择通信光缆路由[2]。站点A和站点B之间有2条光缆路由，光传输系统选择其中的某条光缆线路作为主用线路，另外一条光缆线路作为备用线路。主用线路或者主用线路的某根光纤或光缆发生故障造成通信质量下降时，主用线路的接收端监测到信号的功率下降，自动将传输信号路由从主用线路切换至备用线路，另外一端的OLP设备会同步地将主用线路切换至备用线路上去。这种形式的保护特点是：选发选收[3]；切换速度快 (＜50 ms) ；备纤监控；插入损耗小（＜2.5 dB）；可自动返回至主线路。保护方式示意如图1所示。

图1 光纤线路保护切装置保护方式换示意图

2 光纤自动切换保护装置在光传输网中的运用

2.1 光传输网使用方法

在电力通信光传输网络中，引入光纤自动切换保护装置，主要使用于城区、重要节点、重要线路等场景。运用空闲光缆对重要传输路由建设1:1纤芯保护，当主用纤缆路由中断时，光纤自动切换保护装置可将纤缆路由瞬时切换至备用纤芯。可保障在光缆发生故障时，传输光路不中断运行。

如图2所示，通过冗余纤缆资源，可在A、B站间跳通主用及备用光缆路由，接入光纤自动切换保护装置。当主用路由故障时，光纤自动切换保护装置会将光路瞬时切换至备用路由。当主用路由恢复后，可自动返回主路由。使用方式示意图如图2所示。

图2 OLP在光传输网中运用方式示意图

2.2 光纤自动切换保护装置的优势

光纤自动切换保护装置运用在光传输通信系统中[4]，具备诸多优势：

1）相较于传统方式，通过增加光板卡、光路形成1:1保护，建设成本显著降低。一套光纤自动切换保护装置（OLP）市场价格约为1万元，可实现一条电力通信网2.5 G、10 G光路1：1保护。同等条件下，通过增加光板卡、光模块方式实现，2.5 G光路建设成本约为5～10万元，10 G光路建设成本约为20～30万元,相较于传统方法，光纤自动切换保护装置的引入可以显著降低成本；

2）光纤自动切换保护装置为独立的外置设备，可以减少光传输设备槽位资源的占用，为设备扩容和新站点接入保留更多光通信资源；

3）光纤自动切换保护装置可使用-48 V直流或220 V交流供电[5]，可靠性高。当光纤自动切换保护装置异常掉电时，OLP系统仍能保障光路正常运行，不会导致业务中断；

4）光纤自动切换保护装置具备网管远程监视功能，可远程监控设备在线情况、主备用路由运行情况，及时处理光缆缺陷，保障通信系统可靠运行；

5）光纤自动切换保护装置的主备用通道线路衰耗差值最大为5dB[6]，适用于大多数应用场景。光纤自动切换保护装置的光功率、灵敏度与光传输设备适配，引入传输系统具备了很好的先天优势。

3 光纤自动切换保护装置在配网中的运用

3.1 配电通信网使用方法

在配电通信网中，因配电终端通信设备均由环网柜自行供电[7]，无专用通信电源和蓄电池组。在环网柜检修或故障情况下，配电终端通信设备同步掉电离线。此外配电终端分布在城区，终端通信设备之间的互联多采用管道普通光缆，光缆故障概率较大。受电力光缆资源及供电方式限制，配电终端设备的单点异常，经常引起配电终端大面积掉线的情况。在配电通信网中，光纤自动切换保护装置可用在多个配电终端之间，通过空余纤芯资源增加跨点备用路由。当单个配电终端掉电或光缆故障时，可切换至备用路由运行，保障配电通信网可靠运行，避免因配电终端单点故障导致多个终端三遥信号中断的情况。

在配电通信网运用环场景中，备用路由设置为跨单点或多点链路[8]。如图3所示，主用路由连接为：配电终端站A→配电终端站B→配电终端站C；备用路由为：配电终端站A→配电终端站C。正常状态下，通信运行在主用路由上，当配电终端站B故障掉电或光缆故障时，光纤自动切换保护装置单侧检测到信号中断，即可瞬时切换至备用路由运行。待主用路由恢复正常后，自动返回主用路由运行。在配电通信网中，该方法也可运用于跨多个终端的场景，根据维护经验对故障多发的配电终端设备建设跨点备用路由，确保单点缺陷不会产生故障范围扩大的情况。使用方式示意图如图3所示。

图3 OLP在配电通信网中运用方式示意图

3.2 配网运用优势

光纤自动切换保护装置在配电通信系统中的运用，可有效解决配电终端供电不稳定的问题，提升配电通信网稳定性，具备以下优点：

1）配电终端通信设备均由环网柜提供的交流供电，环网柜检修、故障停电情况下，配电终端通信设备掉电离线。两个及以上的环网柜停电，即有导致配电终端大面积掉线的风险[9]。光纤自动切换保护装置的使用可有效规避此类风险；

2）光纤自动切换保护装置的应用可以充分使用城区丰富的光缆资源，为配电自动化系统建设多端冗余路由，提升配电通信网可靠性；

3）配电终端通信设备均为工业以太网交换机[10]，普遍性能较差，不具备多个光方向接入条件，使用工业以太网交换机建设备用路由的方法不具备可行性，运用光纤自动切换保护装置建设配电通信网备用路由是优选方案；

4）光纤自动切换保护装置可以使用-48V直流供电或220 V交流供电，可以根据现场条件选择供电方式，应用场景不受限制。

4 结束语

综上，光纤自动切换保护装置在强调可靠性和安全性的电力通信行业有广阔的使用空间，其应用场景广泛、建设成本低价、设备安全可控的特点，可以较好满足电力通信网络的需求。作为光通信系统中一种建设备用冗余链路的优选方案，在电力通信行业有较好的应用前景。伴随电力企业数字化转型进程，对电力通信网可靠性方面提出了更高的要求，主网调度业务永不中断，配电自动化在线率跨越式提升均需要电力通信网在可靠性方面取得新的突破。加强通信新技术的运用，才能不断提升电力通信网络的可靠性，保障电力通信系统稳定运行。