光纤通讯整体介绍

编写：付建明

1.光纤基础知识

光纤即光导纤维，是一种细小、柔韧并能传输光信号的介质，一根光缆中包含有多条光纤。20世纪80年代初期，光缆开始进入网络布线。与铜质介质相比，光纤具有一些明显的优势。因为光纤不会向外界辐射电子信号，所以使用光纤介质的网络无论是在安全性、可靠性，还是网络性能方面都有了很大的提高。

1.1.光纤的通信原理

光纤通信的主要组成部件有光发送机、光接收机和光纤，在进行长距离信息传输时还需要中继机。通信中，由光发送机产生光束，将表示数字代码的电信号转变成光信号，并将光信号导入光纤，光信号在光纤中传播，在另一端由光接收机负责接收光纤上传出的光信号，并进一步将其还原成为发送前的电信号。为了防止长距离传输而引起的光能衰减，在大容量、远距离的光纤通信中每隔一定的距离需设置一个中继机。在实际应用中，光缆的两端都应安装有光纤收发器，光纤收发器集成了光发送机和光接收机的功能；既负责光的发送也负责光的接收。

1.2.光纤的结构

光纤和同轴电缆相似，只是没有网状屏蔽层。中心是光传播的玻璃芯。在多模光纤中，芯的直径是15-50μm，大致与人的头发粗细相当。而单模光纤芯的直径为8-10μm。芯外面包围着一层折射率比芯低的玻璃封套，以使光纤保持在芯内。再外面的是一层薄的塑料外套，用来保护封套。光纤通常被扎成束，外面有外壳保护。纤芯通常是由石英玻璃制成的横截面积很小的双层同心圆柱体，它质地脆，易断裂，因此需要外加一层保护层。

陆地上的光纤通常埋在地下lm处。在靠近海岸的地方，越洋光纤外壳被埋在沟里。在深水中，它们处于底部。

1.3.光纤通信的特点

光纤通信最主要的优点是：

1、容量大。光纤工作频率比目前电缆使用的工作频率高出8-9个数量级，故所开发的容量很大。

2、衰减小。光纤每公里衰减比目前容量最大的通信同轴电缆的每公里衰减要低一个数量级以上。

3、体积小，重量轻。 同时有利于施工和运输。

4、防干扰性能好。光纤不受强电干扰、电气化铁道干扰 和雷电干扰，抗电磁脉冲能力也很强，保密性好。

5、节约有色金属。一般通信电 缆要耗用大量的铜、铝或铅等有色金属。光纤本身是非金属，光纤通信的发展将为国家 节约大量有色金属。

6、成本低。目前市场上各种电缆金属材料价格不断上涨，而 光纤价格却有所下降。这为光纤通信得到迅速发展创造了重要的前提条件。

当然，光纤也存在着一些缺点：如质地脆，机械强度低；切断和连接中技术要求较高等，这些缺点也了目前光纤的普及。

1.4.光纤的分类

光纤主要分以下两大类：

（1）传输点模数类

根据传输点模数的不同，光纤分为单模光纤和多模光纤两种(“模”是指以一定角速度进入光纤的一束光)。单模光纤采用激光二极管LD作为光源，而多模光纤采用发光二极管LED为光源。多模光纤的芯线粗，传输速率低、距离短，整体的传输性能差，但成本低，一般用于建筑物内或地理位置相邻的环境中：单模光纤的纤芯相应较细，传输频带宽、容量大、传输距离长，但需激光源，成本较高，通常在建筑物之间或地域分散的环境中使用。单模光纤是当前计算机网络中研究和应用的重点。

（2）折射率分布类

折射率分布类光纤可分为跳变式光纤和渐变式光纤。跳变式光纤纤芯的折射率和保护层的折射率都是一个常数。在纤芯和保护层的交界面，折射率呈阶梯型变化。渐变式光纤纤芯的折射率随着半径的增加按一定规律减小，在纤芯与保护层交界处减小为保护层的折射率。纤芯的折射率的变化近似于抛物线。

2.光纤的特性

从1970年到现在短短三十年的时间,光纤通信技术取得了极其惊人的发展。用带宽极宽的光波作为传送信息的载体，光纤通信具有通信容量大、中继距离长、保密性好、适应能力强等优点。然而，就目前的光纤通信而言，其实际应用仅是其潜在能力的2%左右，尚有巨大的潜力等待人们去开发利用，光纤通信正在向更高水平、更高阶段的方向发展。为了更好的认识光纤通信技术，下面我们从光纤的几个特性来着手认识它。

光纤的特性可以分为三大类：几何特性、光学特性与传输特性。包括：衰耗系数（即衰减）、色散、非线性特性等。

2.1.衰耗系数

衰耗系数是多模光纤和单模光纤最重要的特性参数之一，在很大程度上决定了多模和单模光纤通信的中继距离。

衰耗系数的定义为：每公里光纤对光信号功率的衰减值。其表达式为：

a= 10 lg Pi/Po 单位为dB/km

其中：Pi 为输入光功率值（W 瓦特）

      Po 为输出光功率值（W 瓦特） 

假如某光纤的衰耗系数为a=3dB/km，则意味着经过一公里光纤传输Pi/Po= 10 0.3= 2后，其光信号功率值减小了一半。长度为L 公里的光纤总的衰耗值为A=aL 。

对于单模光纤，按照0.18dB/km 的衰耗。对于一个光信号，若经过EDFA 放大后输出功率为+5dBm ，其接收端的接收灵敏度若为-28dBm ，则放大增益为33dB ，除以衰耗系数，除数距离为33/0.18=183公里，考虑老化等裕度，可传输120km 以上。

使光纤产生衰耗的原因很多，主要有：吸收衰耗，包括杂质吸收和本征吸收；散射衰耗，包括线性散射、非线性散射和结构不完整散射等；其它衰耗，包括微弯曲衰耗等。其中最主要的是杂质吸收引起衰耗。在光纤材料中的杂质如氢氧根离子、过渡金属离子对光的吸收能力极强，它们是产生光信号衰减的重要因数。因此，要想获得低衰耗光纤，必须对制造光纤用的原材料二氧化硅进行十分严格的化学提纯，使其杂质的含量降到几个PPb 以下。综合以上几个方面的损耗，单模光纤在1310nm和1550nm 波长区的衰减常数一般分别为0.3~0.4dB/km(1310nm) 和0.17~0.25dB/km(1550nm) 。ITU-TG.652 建议规定光纤在1310nm 和1550nm 的衰减常数应分别小于0.5dB/km 和0.4dB/km 。

实际工程中，光信号的长距离传输要求信号功率足以抵消光纤的衰耗，G.652 光纤在1550nm 窗口的衰耗系数一般为0.25dB/km 左右，考虑到光接头、光纤冗余度等因素，综合的光纤衰耗系数一般小于0.275dB/km 。

2.2.色散

当一个光脉冲从光纤中输入，经过一段长度的光纤传输之后，其输出端的光脉冲会变宽，甚至有了明显的失真，这说明光纤对光脉冲有展宽的作用，即光纤存在色散。这主要是光脉冲的前端和后端在光纤中传输的距离不一致，导致脉冲变宽。

光纤的色散是引起光纤带宽变窄的主要原因，光纤带宽变窄会光纤的传输容量，同时，也了光信号的传输距离。

G.652 光纤是1310nm 窗口零色散，在1550nm 窗口存在色散，在传输10G 信号时需加色散补偿光纤，进行色散补偿；G.653 光纤是色散位移光纤，在1550nm 窗口零色散，可传输10G 的光信号，但传输WDM 波分光信号时，因零色散，会产生四波混频等非线性效应，不能用于WDM 波分的传输。G.655 光纤在1550nm 窗口有很小的色散，可用于SDH 光信号和WDM 信号的传输。

2.3.光纤传输的非线性效应

光纤传输的衰耗和色散与光纤长度呈线性变化的，呈线性效应，而带宽系数与光纤长度呈非线性效应。非线性效应一般在WDM 系统上反映较多，在SDH 系统反映较少，因为在WDM 设备系统中，由于和波器、分波器的插入损耗较大，对16 波系统一般相加在10dB 左右，对32 波系统，相加在15dB 左右，因此需采用EDFA 进行放大补偿，在放大光功率的同时，也使光纤中的非线性效应大大增加，成为影响系统性能，中继距离的主要因数之一，同时，也增加了ASE 等噪声。

光纤中的非线性效应包括：①散射效应（受激布里渊散射SBS 和受激拉曼散射SRS 等）、②与克尔效应相关的影响，即与折射率密切相关（自相位调制SPM 、交叉相位调制XPM 、四波混频效应FWM ），其中四波混频、交叉相位调制对系统影响严重。

3.光纤在计算机网络中的应用

因光纤的数据传输速率高(可达几千 Mbit／s)，传输距离远(无中继传输距离达几十至上百公里)等特点，所以它在远距离的网络布线中得到了广泛应用。目前光缆主要用于集线器到服务器的连接以及集线器到集线器的连接，但随着干兆位局域网应用的不断普及和光纤产品及设备价格的不断趋于大众化，光纤将很快被人们接受。尤其是随着多媒体网络的日益成熟，光纤到桌面也将成为网络发展的一个趋势。

局域网布线中一般使用62．5um／125u m、50μm／125Um、100μm／140llm规格的多模光纤和8．3um／125um规格的单模光纤。

在实际应用中多使用光缆而不是光纤，因为光纤只能单向传输信号，所以在局域网中连接两个设备时至少需要2根光纤，一根用于发送数据，另一根用于接收数据。布线中直接使用的是光缆，一根光缆由多根光纤组成，外面再加上保护层。局域网中的光纤产品主要包括光纤跳线、布线光缆(包括室内光纤和室外光纤两类)和光纤连接器等。

3.1.光纤跳线

光纤跳线是指与桌面计算机或设备直接相连接的光纤，以方便设备的连接和管理。光纤跳线也分为单模和多模两种，分别与单模和多模光纤连接。

常用光纤接头类型：

FC型：金属双重配合螺旋终止型结构；

ST型：金属圆型卡口式结构；

SC型：矩形塑料插拔式结构，特点是容易拆装。多用于多根光纤与空间紧凑结构的法兰之间的连接。

以上是指接头与法兰之间的连接形式，这些结构主要任务是实现接头与法兰之间的坚固连接，并将两端光纤的轴线引导到一条线上。接头连接的损耗应该是越小越好，因此，对于活动接头的端面的要求标准比较高，以下是针对端面而制定的一些标准形式：

PC型：端面呈球形，接触面集中在端面的部分，反射损耗35dB，多用于测量仪器；

APC型：接触端的部分仍保持PC型的球面，但端面的其它部分加工成斜面，使端面与光纤轴线的夹角小于90度，这样可以增加接触面积，使光耦合更加紧密。当端面与光纤轴线夹角为8度时，插入损耗小于0.5dB。广播电视光纤传输系统中常采用这种结构的接头；

UPC型：平面连接，加工精密，连接方便，反射损耗50dB，常用于广播电视传输网光纤系统中。

此外，光接头的抛光水平也很重要，APC斜面抛光型反射损耗可达68dB，UPC越精度抛光型反射损耗可达55dB。

各种活动连接器性能参数：

光纤跳线：光纤跳线是由一段经过加强外封装的光纤和两端已与光纤连接好的接头构成。两端接头的型号可以一样，也可以不一样。如FC/PC--FC/APC，使用于一头连接FC/PC接口法兰，另一头连接FC/APC接口法兰。

尾纤：尾纤指一端为接头，另一端为光纤的器件。将一根光纤跳线从中间剪断就成为两根尾纤了。

尾缆：将若干尾纤合在一起，加上外护套制作成一端为光纤另一端为若干个接头的器件。

尾纤、跳线通常用于室内的设备与设备、设备与光纤之间的连接。尾缆通常用于室外或室内多头并联的情况。由于尾缆具有防水、防晒、防尘、防风摇摆等功能，室外光接收机和室外光发射机等都采用尾缆实现连接。

3.2.带状光缆

以多个单根光纤通过着色、堆叠成带和二次套塑的光纤带为单元加工成的光缆。光纤带有两种，即包封型和边粘型，前者能承受横向压力，后者厚度较薄。每带内可有4、8、12或16根光纤。带内光纤间距为0．28mm（对于4、8）和0．3mm（对于12和16），整齐排列，垂直方向上有平面度，即偏离度要求，不得大于如30、40、50um（依带内光纤数而定），以便于集群（熔接）接续。带内光纤有序地使用色谱，利于检修和接续时认别无误。光纤带体积小，可提高光缆中光纤的集装密度，可构成芯数很大的，如320直至3456芯。适用于当前发展迅速的光纤接入网。

3.3.全介质自承式光缆

简称ADSS光缆，其中抗张力的加强元不是金属而是芳纶纱和玻璃纤维增强塑料（FRP）。主要应用在强电场合，如电力和铁路通信系统；同时，在跨江过河或复杂地形等大跨距场合。ADSS光缆可以不停电施工，耐电痕，温度范围宽。

3.4.地线复合光缆

简称OPGW，又称光纤架空地线，电力传输线路中地线中含有供通信用的光纤单元。该种光缆做到两全，即地线的电性能和机械性能不因设置了光纤而受到损害，光纤单元也要适当地受到保护而不致损伤。有铅骨架型、不锈钢管型以及海底光缆型等几种。

4.光纤连接器

光纤活动连接器，俗称活接头，一般称为光纤连接器，是用于连接两根光纤或光缆形成连续光通路的可以重复使用的无源器件，已经广泛应用在光纤传输线路、光纤配线架和光纤测试仪器、仪表中，是目前使用数量最多的光无源器件。

4.1.光纤连接器的一般结构

光纤连接器的主要用途是用以实现光纤的接续。现在已经广泛应用在光纤通信系统中的光纤连接器，其种类众多，结构各异。但细究起来，各种类型的光纤连接器的基本结构却是一致的，即绝大多数的光纤连接器的一般采用高精密组件（由两个插针和一个耦合管共三个部分组成）实现光纤的对准连接。

这种方法是将光纤穿入并固定在插针中，并将插针表面进行抛光处理后，在耦合管中实现对准。插针的外组件采用金属或非金属的材料制作。插针的对接端必须进行研磨处理，另一端通常采用弯曲构件来支撑光纤或光纤软缆以释放应力。耦合管一般是由陶瓷、或青铜等材料制成的两半合成的、紧固的圆筒形构件做成，多配有金属或塑料的法兰盘，以便于连接器的安装固定。为尽量精确地对准光纤，对插针和耦合管的加工精度要求很高。

4.2.光纤连接器的性能

光纤连接器的性能，首先是光学性能，此外还要考虑光纤连接器的互换性、重复性、抗拉强度、温度和插拔次数等。

（1）光学性能：对于光纤连接器的光性能方面的要求，主要是插入损耗和回波损耗这两个最基本的参数。

插入损耗（Insertion Loss）即连接损耗，是指因连接器的导入而引起的链路有效光功率的损耗。插入损耗越小越好，一般要求应不大于0.5dB。

回波损耗（Return Loss, Reflection Loss）是指连接器对链路光功率反射的抑制能力，其典型值应不小于25dB。实际应用的连接器，插针表面经过了专门的抛光处理，可以使回波损耗更大，一般不低于45dB。

（2）互换性、重复性

光纤连接器是通用的无源器件，对于同一类型的光纤连接器，一般都可以任意组合使用、并可以重复多次使用，由此而导入的附加损耗一般都在小于0.2dB的范围内。

（3）抗拉强度

对于做好的光纤连接器，一般要求其抗拉强度应不低于90N。

（4）温度

一般要求，光纤连接器必须在-40oC ~ +70oC的温度下能够正常使用。

（5）插拔次数

目前使用的光纤连接器一般都可以插拔l000次以上。

4.3.部分常见光纤连接器

按照不同的分类方法，光纤连接器可以分为不同的种类，按传输媒介的不同可分为单模光纤连接器和多模光纤连接器；按结构的不同可分为FC、SC、ST、D4、DIN、Biconic、MU、LC、MT等各种型式；按连接器的插针端面可分为FC、PC（UPC）和APC；按光纤芯数分还有单芯、多芯之分。

在实际应用过程中，我们一般按照光纤连接器结构的不同来加以区分。以下简单的介绍一些目前比较常见的光纤连接器：

(1)FC型光纤连接器

这种连接器最早是由日本NTT研制。FC是Ferrule Connector的缩写，表明其外部加强方式是采用金属套，紧固方式为螺丝扣。最早，FC类型的连接器，采用的陶瓷插针的对接端面是平面接触方式(FC)。此类连接器结构简单，操作方便，制作容易，但光纤端面对微尘较为敏感，且容易产生菲涅尔反射，提高回波损耗性能较为困难。后来，对该类型连接器做了改进，采用对接端面呈球面的插针(PC)，而外部结构没有改变，使得插入损耗和回波损耗性能有了较大幅度的提高。

(2)SC型光纤连接器

这是一种由日本NTT公司开发的光纤连接器。其外壳呈矩形，所采用的插针与耦合套筒的结构尺寸与FC型完全相同，其中插针的端面多采用PC或APC型研磨方式；紧固方式是采用插拔销闩式，不需旋转。此类连接器价格低廉，插拔操作方便，介入损耗波动小，抗压强度较高，安装密度高。

(3)ST型光纤连接器

ST型光纤连接器外壳呈圆形，所采用的插针与耦合套筒的结构尺寸与FC型完全相同，其中插针的端面多采用 PC或APC型研磨方式。紧固方式为螺丝扣。此类连接器适用于各种光纤网络，操作简便，且具有良好的互换性。

(4) 双锥型连接器（Biconic Connector）

这类光纤连接器中最有代表性的产品由美国贝尔实验室开发研制，它由两个经精密模压成形的端头呈截头圆锥形的圆筒插头和一个内部装有双锥形塑料套筒的耦合组件组成。

(5) DIN47256型光纤连接器

这是一种由德国开发的连接器。这种连接器采用的插针和耦合套筒的结构尺寸与FC型相同，端面处理采用PC研磨方式。与FC型连接器相比，其结构要复杂一些，内部金属结构中有控制压力的弹簧，可以避免因插接压力过大而损伤端面。另外，这种连接器的机械精度较高，因而介入损耗值较

(6) MT-RJ型连接器

MT-RJ起步于NTT开发的MT连接器，带有与RJ-45型LAN电连接器相同的闩锁机构，通过安装于小型套管两侧的导向销对准光纤，为便于与光收发信机相连，连接器端面光纤为双芯（间隔0.75mm）排列设计，是主要用于数据传输的下一代高密度光连接器。

(7) LC型连接器

LC型连接器是著名Bell研究所研究开发出来的，采用操作方便的模块化插孔(RJ)闩锁机理制成。其所采用的插针和套筒的尺寸是普通SC、FC等所用尺寸的一半，为1.25mm。这样可以提高光配线架中光纤连接器的密度。目前，在单模SFF方面，LC类型的连接器实际已经占据了主导地位，在多模方面的应用也增长迅速。

(8) MU型连接器

MU(Miniature unit Coupling)连接器是以目前使用最多的SC型连接器为基础，由NTT研制开发出来的世界上最小的单芯光纤连接器，该连接器采用1.25mm直径的套管和自保持机构，其优势在于能实现高密度安装。利用MU的l.25mm直径的套管，NTT已经开发了MU连接器的系列。它们有用于光缆连接的插座型光连接器（MU－A系列），具有自保持机构的底板连接器（MU－B系列）以及用于连接LD／PD模块与插头的简化插座（MU-SR系列）等。随着光纤网络向更大带宽更大容量方向的迅速发展和DWDM技术的广泛应用，对MU型连接器的需求也将迅速增长。

随着光纤通信技术不断的发展，特别是高速局域网和光接入网的发展，光纤连接器在光纤系统中的应用将更为广泛。同时，也对光纤连接器提出了更多的、更高的要求，其主要的发展方向就是：外观小型化、成本低廉化，而对性能的要求却越来越高。在未来的一段时间内，各种新研制的光纤连接器将与传统的FC、SC等连接器一起，形成“各显所长，各有所用”的格局。

5.光纤在继电保护中的应用

5.1.继电保护用光纤的特点

继电保护用光纤对衰耗值要求较高，不同波长的光信号衰耗值不同，单模光纤的传输衰耗最小，波长1.31 μm处是光纤的一个低损耗窗口。所以现在继电保护用光纤均使用单模光纤，使用1.3 μm的波长段。

5.2.电力光纤网络和电力光缆

5.2.1.电力光纤网络现状及展望

光纤网络的传输性能、稳定性及其自适应的保护恢复能力对光纤继电保护工作的可靠性起到关键作用。目前，在电力网络通信领域中广泛使用的是以电时分复用为基本工作原理的SDH/SONET同步数字体系，它具有强大的保护恢复能力和固定的时延性能。但由于采用电时分复用来提高传输容量的方法有一定的局限性，使其在电力网络这种呈现高速扩容及复杂拓扑结构的网络中渐渐难以满足组网的要求，因此从目前的电复用方式转向光复用方式将是电力光纤网络的必然发展方向。光复用方式有光时分复用、波分复用(WDM)和频分复用等方式，其中波分复用技术已逐渐进入大规模商用阶段。由于采用电时分复用系统的扩容潜力已尽，而光纤的200 mm可用带宽资源仅仅利用了不到1%，如果同时在一根光纤上传送多个发送波长适当错开的光源信号，则可以大大增加光纤的信息传输容量，这就是WDM的基本思路。采用WDM系统的主要好处是充分利用光纤的巨大带宽资源，使传输容量可以迅速扩大几倍甚至上百倍，在大容量长途运输时可以节约大量光纤和再生器，大大降低传输成本。WDM技术在电力光纤网络上具有相当大的发展潜力，可以节省电力光纤网长距离传输的成本，提高电力光纤网络传输的可靠性。因此，随着WDM技术的逐渐成熟和演化，WDM技术将在电力保护光纤网络上得到广泛的使用。

5.2.2.电力网络用光缆

由于光纤通信具有抗电磁干扰能力强、传输容量大、频带宽、传输衰耗小等诸多优点，它一问世便首先在电力部门得到应用并迅速发展。随着电网改造，旧电网更新，新电网大量建立，电力调度显得更为重要，因此对电力通信提出了更高的要求。过去的电力通信网远远不能满足要求，亦必须采用光纤光缆进行传输。除城市内的电力调度及通信可采用普通光缆外，城间联网，一般要采用特种专用光缆即在国际上通常采用的全介质自承式架空光缆（ADSS）和光纤复合架空地线（OPGW），前者适合已有电力线路上加挂，后者适用新建电力线路。其中ADSS（全介质非金属自承式光缆）光缆以其重量轻，易施工，可充分利用现有的杆塔系统等优点受到了用户的欢迎，发展较快。

OPGW光缆虽然造价较高，但在高电压等级及同杆双回和多回线路使用时占线路综合造价比例较低，并可以兼作继电保护通道。以1条220 kV线路为例，采用光纤保护与采用高频保护的价格相当，但高频保护在线路两侧还需要增设阻波器、耦合电容器和结合滤波器等设备，OPGW光缆则显得更为经济，而且还具有可靠性高、维护费用低的优点。随着光缆综合价格的下降，OPGW光缆在电力光纤网络中将得到广泛的应用。

5.3.光纤保护的基本方式及其特点

光纤保护目前已在国内部分地区得到较为广泛的使用，对已投入运行的光纤保护，按原理划分主要有光纤电流差动保护和光纤闭锁式、允许式纵联保护两种。

5.3.1.光纤电流差动保护

光纤电流差动保护是在电流差动保护的基础上演化而来的，基本保护原理也是基于基尔霍夫基本电流定律，它能够理想地使保护实现单元化，原理简单，不受运行方式变化的影响，而且由于两侧的保护装置没有电联系，提高了运行的可靠性。目前电流差动保护在电力系统的主变压器、线路和母线上大量使用，其灵敏度高、动作简单可靠快速、能适应电力系统震荡、非全相运行等优点是其他保护形式所无法比拟的。光纤电流差动保护在继承了电流差动保护的这些优点的同时，以其可靠稳定的光纤传输通道保证了传送电流的幅值和相位正确可靠地传送到对侧。时间同步和误码校验问题是光纤电流差动保护面临的主要技术问题。在复用通道的光纤保护上，保护与复用装置时间同步的问题对于光纤电流差动保护的正确运行起到关键的作用，因此目前光纤差动电流保护都采用主从方式，以保证时钟的同步；由于目前光纤均采用 Kbit数字通道，电流差动保护通道中既要传送电流的幅值，又要传送时间同步信号，通道资源紧张，要求数据的误码校验位不能过长，这样就影响了误码校验的精度。目前部分厂家推出的2 Mbit数字接口的光纤电流差动保护能很好地解决误码校验精度的问题。

我司相应产品为PRS753/753D/753G/353G。

光通信模板分为内置板和外置板共两种，两板的光接口特性相同。内置板完成由保护板至通道的电/光及光/电信号的转换；外置板则完成装置与PCM微波或光纤设备的接口功能。其使用方式如下：

专用光纤方式

数字复接方式

5.3.2.光纤闭锁式、允许式纵联保护

光纤闭锁式、允许式纵联保护是在目前高频闭锁式、允许式纵联保护的基础上演化而来，以稳定可靠的光纤通道代替高频通道从而提高保护动作的可靠性。光纤闭锁保护的鉴频信号能很好地对光纤保护通道起到监视作用，这比目前高频闭锁保护需要值班人员定时交换信号以鉴定通道正常可靠与否灵敏了许多，提高了闭锁式保护的动作可靠性。此外由于光纤闭锁式、允许式纵联保护在原理上与目前大量运行的高频保护类似，在完成光纤通道的敷设后只需更换光收发讯机即可接入目前使用的高频保护上，因此具有改造方便的特点。与光纤电流纵差保护比较，光纤闭锁式、允许式纵联保护不受负荷电流的影响，不受线路分布电容电流的影响，不受两端TA特性是否一致的影响。

广州地区电网超高压线路具有负荷较重、部分线路较长等特点，使差动保护灵敏度不足、分布电容电流大，了光纤分相电流差动保护的使用，因此光纤闭锁式、允许式纵联保护在广州地区电网逐渐得到了较广泛的应用。如光纤网络能有效解决双重化的问题，光纤闭锁式、允许式纵联保护就将逐步代替高频保护，在超高压电网中得到广泛应用。

我司相应产品为PRS701/702。

5.4.光纤保护实际使用中存在的问题

5.4.1.施工工艺问题

光纤保护是超高压线路的主保护，通道的安全可靠对电力系统的安全、稳定运行起到重要的作用。由于光缆传输需要经过转接端子箱、光缆机、电缆层和高压线路等连接环节，并且光纤的施工工艺复杂、施工质量要求高，因此如果在保护装置投入运行前的施工、测试中存在误差，则会导致保护装置的误动作，进而影响全网的安全稳定运行。综合各地由于施工工艺不良造成光纤保护退出运行的案例，需注意杜绝以下两类问题的出现：

1、断点的熔接质量不高，往往使断点附近的光纤纤芯受到应力的作用，导致光纤的衰耗指标不稳定，影响光纤保护的正常运行。

2、光纤活接头积灰造成通道衰耗增加，进而引起保护装置通道告警，造成光纤保护退出运行。

5.4.2.通道双重化问题

光纤保护用于220 kV及以上电网时，按照220 kV及以上线路主保护双重化原则的要求，纵联保护的信号通道也要求双重化，高频保护由于是在不同的相别上耦合，因此能满足双通道的要求，如果使用2套光纤保护作为线路的主保护，通道双重化的问题则一直着光纤保护的大规模推广应用。

同一光缆的不同纤芯能否构成通道的双重化需要根据光缆的型式来确定。对于普通光缆和ADSS光缆，由于其可靠性较差，同一光缆内的光芯不同不能视为通道双重化，只能通过光缆的双重化达到通道双重化的要求。对于OPGW光缆，由于其具有较高的可靠性，在目前光纤网络未能形成环网的现状下，同一光缆纤芯不同可视为通道双重化；当形成了光纤网络环网后，OPGW光缆也应实现两条路由的双重化，能在一条光缆损坏后通过另一个路由正常运行。随着波分复用技术的逐步应用和光纤容量的大幅增加，光纤保护将来还要实现在同一根光缆里的多重化、在传输波长上的多重化，以及在传输路由上的多重化，从而最大限度地提高光纤保护运行的可靠性。

5.4.3.光纤保护管理界面的划分问题

随着保护与通信衔接的日益紧密，继电保护专业与通信专业管理界面日益难以区分，如不从制度上解决这一问题将直接影响到光纤保护的可靠运行。对于纤芯的保护，通信专业与继电保护专业管理的分界点在通信机房的光纤配线架上。配线架以上包括保护装置的那段尾纤，属于继电保护专业维护，这就要求继电保护专业人员具备一定的光纤校验维护技能；配线架以下，一直到对侧变电站通信机房的配线架，均属通信专业管理维护，通信专业在配线架上工作要开第二种工作票，如果影响到保护用纤芯的可靠性，要通知继保管理人员，由继保管理人员决定是否将光纤保护退出运行。对于使用复用通道的保护，通信专业与保护专业管理的分界点在通信机房脉冲编码调制（PCM）的数字电接口上。接口以上包括数字接口装置、机房到保护装置的光纤均属继电保护专业管理维护；PCM设备属通信专业管理维护，在PCM设备上进行工作需要开第二种工作票，如果影响到保护用接口的可靠性，要通知继保人员决定是否将光纤保护退出运行。

5.4.4.光纤保护在旁路代路上的问题

线路光纤保护在旁路代路时不方便操作，由于光纤活接头不能随便拔插，每次拔插都需要重新作衰耗测试，而且经常性拔插也容易造成活接头的损坏，因此不宜使用拔插活接头的办法实现光纤通道的切换。在我国部分省、市的电网中并没有单独的旁路保护，旁路代路时是切换交流回路，因此不存在通道切换问题，但在广州地区有的旁路保护，对于光纤闭锁式、允许式纵联保护暂时可以采用切换二次回路的方式，但对于光纤差动电流保护则无法代路，目前都是采取旁路保护单独增设一套光纤差动保护的方法解决。已有部分厂家在谋求解决光纤保护切换问题的办法，如使用光开关来实现光纤通道切换。

6.常用光纤转换设备

CAN网转光纤：CANOPT，CANOPT-1（自产）

232/485口转光纤

以太网转光纤：NetOpt-1（自产）

光纤传输设备：EOC700、EOC701（自产）

7.国内外光纤光缆现状及发展趋势

光缆通信在我国已有20多年的使用历史，这段历史也就是光通信技术的发展史和光纤光缆的发展史。光纤光缆在我国的发展可以分为这样几个阶段：对光缆可用性的探讨；取代市内局间中继线的市话电缆和PCM电缆；取代有线通信干线上的高频对称电缆和同轴电缆。这两个取代应该说是完成了；现正在取代接入网的主干线和配线的市话主干电缆和配线电缆，并正在进入局域网和室内综合布线系统。目前，光纤光缆已经进入了有线通信的各个领域，包括邮电通信、广播通信、电力通信和军用通信等领域。

7.1.光纤

符合ITU-T G.652.A规定的普通单模光纤是最常用的一种光纤。随着光通信系统的发展，光中继距离和单一波长信道容量增大,G.652.A光纤的性能还有可能进一步优化，表现在1550nm区的低衰减系数没有得到充分的利用和光纤的最低衰减系数和零色散点不在同一区域。符合ITU-T G.654规定的截止波长位移单模光纤和符合G.653规定的色散位移单模光纤实现了这样的改进。G.653光纤虽然可以使光纤容量有所增加，但是，原本期望得到的零色散因为不能抑制四波混频，反而变成了采用波分复用技术的障碍。

为了取得更大的中继距离和通信容量，采用了增大传输光功率和波分复用、密集波分复用技术，此时，传输容量已经相当大的G.652普通单模光纤显得有些性能不足，表现在偏振模色散（PMD）和非线性效应对这些技术应用的。在10Gb／s及更高速率的系统中，偏振模色散可能成为系统性能的因素之一。光纤的PMD通过改善光纤的圆整度和／或采用“旋转”光纤的方法得到了改善，符合ITU-T G.652.B规定的普通单模光纤的PMDQ通常能低于0.5ps／km1/2，这意味着STM-系统的传输距离可以达到大约400km。G.652.B光纤的工作波长还可延伸到1600nm区。G.652.A和G.652.B光纤习惯统称为G.652光纤。

光纤的非线性效应包括受激布里渊散射、受激拉曼散射、自相位调制、互相位调制、四波混频、光孤子传输等。为了增大系统的中继距离而提高发送光功率，当光纤中传输的光强密度超过光纤的阈值时则会表现出非线性效应，从而系统容量和中继距离的进一步增大。通过色散和光纤有效芯面积对非线性效应影响的研究，国际上开发出满足ITU-T G.655规定的非零色散位移单模光纤。利用低色散对四波混频的抑制作用，使波分复用和密集波分复用技术得以应用，并且使光纤有可能在第四传输窗口1600nm区（1565nm-1620nm）工作。目前，G.655光纤还在发展完善，已有TrueWave、LEAF、大保实、TeraLight、PureGuide、MetroCor等品牌问世，它们都力图通过对光纤结构和性能的细微调整，达到与传输设备的最佳组合，取得最好的经济效益。

为了在一根光纤上开放更多的波分复用信道，国外开发出一种称为“全波光纤”的单模光纤，它属于ITU-T 652.C规定的低水吸收峰单模光纤。在二氧化硅系光纤的谱损曲线上，在第二传输窗口1310nm区（1280nm-1325nm）和第三传输窗口1550nm区（1380nm-1565nm）之间的1383nm波长附近，通常有一个水吸收峰。通过新的工艺技术突破，全波光纤消除了这个水吸收峰，与普通单模光纤相比，在水峰处的衰减降低了2／3，使有用波长范围增加了100nm，即打开了第五个传输窗口1400nm区（即1350nm-1450nm区），使原来分离的两个传输窗口连成一个很宽的大传输窗口，使光纤的工作波长从1280nm延伸到1625nm。

为了提高光缆传输密度，国外开发了一种多芯光纤。据报道，一种四芯光纤的玻璃体部分呈四瓣梅花状，涂覆层外形为圆形，其外径与普通单芯光纤相同。光纤的折射率分布采用突变型时，光纤的平均衰减在1310nm波长上为0.375±0.01dB／km；在1550nm波长上为0.225±0.01dB／km。这种光纤的接头采用硅棒加热可缩套管的方法，其接头损耗的平均值为 0.17dB，标准偏差为0.10dB。

7.2.核心网光缆

我国已在干线（包括国家干线、省内干线和区内干线）上全面采用光缆，其中多模光纤已被淘汰，全部采用单模光纤，包括G.652光纤和G.655光纤。G.653光纤虽然在我国曾经采用过，但今后不会再发展。G.654光纤因其不能很大幅度地增加光纤系统容量，它在我国的陆地光缆中没有使 用过。

干线光缆中采用分立的光纤，不采用光纤带。

干线光缆主要用于室外，在这些光缆中，曾经使用过的紧套层绞式和骨架式结构，目前已停止使用。当前我国广泛使用的干线光缆有松套层绞式和中心管式两种结构，并且优先采用前者。松套层绞式光缆采用SZ绞合结构时的生产效率高，便于中间分线，同时也能使光缆取得良好的拉伸性能和衰减温度特性，目前它已获得广泛采用。

骨架式光缆的设计原理虽然和松套层绞式光缆相似，但是目前的实际工艺技术难以实现这一设计目标，使光缆拉伸性能难于达到规定的要求。这一点已为国内有关的光缆产品检测所证实，为此.目前我国的干线网已不再使用骨架式光缆。

在长途线路中，由于距离长、分支少，光缆在系统中所占费用比例相对较高。因此，干线光缆将通过采用G.655光纤和波分复用、密集波分复用技术来扩大容量。光缆本身的基础结构己相对成熟，不会有大的改变。但是，光缆的某些防护结构和性能仍有待开发完善。例如，全介质光缆具有众所周知的优良防雷和防强电的性能，但它的直埋结构和防鼠性能始终不尽人意，是值得开发的课题。

据国外报道，采用玻纤增强塑料圆丝销装结构和外护层中夹入玻璃纱层的结构，或者在护套料中掺杂0.4％的驱兽剂微囊，都能取得良好的防鼠效果。

海底光缆所受机械力，特别是拉力的作用，往往比陆地光缆要严峻得多。为此，海底光缆结构适应性的研究，以及光缆加强构件蠕变问题的研究，对确保光纤光缆的安全使用都是很重要的。据报道，针对使用环境条件开发了某些实用产品，例如，8000m深海用的轻型光缆，2000m深海、有船只拖挂危险地区用的轻铠光缆，1500m深海、多岩石、有船只拖挂危险地区用的单铠光缆，400m深海、多岩石、多浪、有船只拖挂危险地区用的单铠光缆，200m深海、多岩石、易磨损和压碎、有船只拖挂危险地区用的专门铠装光缆，以及防鲨鱼用的特殊光缆。

光纤的氢损问题在海底光缆中更加引入关注。据报道，普通单钢丝铠装和双钢丝铠装的光缆，经8-10年之后，在1550nm波长上可测试到0.01-0.04dB／km的氢损。在光缆填充物中加入吸氢材料和采用金属密封管作松套管，则没有出现光纤的氢损现象。

7.3.接入网光缆

接入网中的光缆距离短，分支多，分插频繁，为了增加网的容量，通常是增加光纤芯数。特别是在市内管道中，由于管道内径有限，在增加光纤芯数的同时增加光缆的光纤集装密度、减小光缆直径和重量，是很重要的。

接入网使用G.652普通单模光纤和G.652.C低水峰单模光纤。低水峰单模光纤适合于密集波分复用，目前在我国已有少量的使用。

接入网用光缆中广泛采用光纤带型式，它可使光缆适应芯数大和光纤集装密度高的要求，而且可以通过光纤带整带接续的方式提高光缆接续效率。但是，在小芯数光缆情况下，也直接采用分立的光纤。

由于光纤带光缆中光纤集装密度增大，可能损害光缆的拉伸性能和衰减温度特性，以及有可能损害光纤的传输衰减。因此，在获得大芯数、小外径要求的同时，光纤带光缆还有许多课题值得研究。

接入网光缆主要用于室外，目前有松套层绞式、中心管式和骨架式三种类型。虽然这些结构在国内都得到应用，但是都还需要在获得高集装密度、小尺寸、良好性能、便于制造、低成本和便于使用（例如便于分线和下线）等方面经受考验。

在中心管式光缆中，为了获得更大的芯数，往往采用增大光纤带芯数的方法，例如，采用24芯光纤带。据报道：采用24芯光纤带生产8芯的光缆，可以作到大于目前正式采用的1000芯骨架式光缆的集装密度。这种24芯光纤带由两根12芯子带构成，要求既要保持整带的稳定和牢固，又要易于手工分成两根结构完整的12芯带，便于整带熔接。

松管结构中的光纤与松管壁之间有较大的空隙。据国外报道，如果采用柔软聚氯乙烯制造的半紧套管集装12根光纤，管外径为1.4mm，壁厚为0.2mm，则管子的截面积只有常规松套管的大约30％。不用中心加强构件，用螺旋绞或SZ绞方式把12根这样的半紧套管绞合成缆芯，然后在缆芯外加上中心管式结构的护套，构成144芯光缆。这种光缆适合于在管道内用牵引方法或气送方法安装。

国外目前实际使用的骨架式光缆的最大芯数为1000芯，在它的骨架上有13个槽，共可放入125根8芯光纤带，这种8芯带可以方便地分成两个4芯带。近年来，骨架式光缆在减小光缆外径和重量、增加光缆的柔软性和改善光缆使用性能方面，也不断有所探讨和报道。最早的骨架式光纤带光缆采用螺旋槽结构，为了和松套SZ层绞式光缆一样便于下线，骨架式光缆也推出了SZ槽结构。光纤带在其厚度方向极易弯曲，在其宽度方向很难弯曲，即使强迫在宽度方向弯曲，则一定会使光纤带发生折转，同时会使光纤带两边的光纤产生一定的应力。据报道，通过采用专门的骨架槽截面的设计，可以适应光纤带的这种折转。近年来在减轻光缆重量方面也有一些探索，为了减少加强构件重量而采用非金属FRP加强构件代替钢绞线；为了减少光缆重量而干用内层为泡沫聚乙烯外层为实心聚乙烯的骨架和全部为泡沫聚乙烯的骨架，但为了保持骨架槽的内壁表面光滑，这两种骨架中采用内层为泡沫聚乙烯外层为实心聚乙烯的骨架更适用。

7.4.室内光缆

室内光缆往往需要同时用于话音、数据和视频信号的传输。并目还可能用于遥测与传感器。

国际电工委员会（IEC）在光缆分类中所指的室内光缆，笔者认为至少应包括局内光缆和综合布线用光缆两大部分。局用光缆布放在中心局或其他电信机房内，布放紧密有序和位置相对固定。综合布线光缆布放在用户端的室内，主要由用户使用，因此对其易损性应比局用光缆有更严格的考虑。

多模光纤虽然不再用于核心网和接入网，但芯径／包层直径为62.5／125μm的渐变型多模光纤在室内综合布线中仍有较多的应用，今后也可能应用50／125μm渐变型多模光纤。这种情况与综合布线系统的现有技术状况有关，随着单模光纤系统的发送模块、接收模块和相关设备成本的降低，本身价廉的单模光纤仍然有可能取代综合布线用的多模光纤。

随着我国FTTH、FTTC系统的采用和各种要求的智能大厦的建设，要求越来越多的室内光缆产品投入应用。目前所用的综合布线光缆芯数较小、缆芯不填充油膏、防火性能要求只限于阻燃或不延燃，这些光缆在品种、结构和性能等方面还急需进一步开发、完善和提高。

在布线光缆所用的光纤类型方面，国外正在探索采用多芯光纤，例如前面提到的四芯光纤，这样可使光缆外径小、重量轻、柔软性好。

室内光缆的防火性能应是基本要求之一。传统的PVC护套虽具有耐延燃性，但其防潮性能较差，不宜用于室外。据报道，国外已开发了室内室外兼用的引入光缆或下杆光缆，它们既能耐室外低温和紫外线辐射、又能阻燃和便于弯曲布线。这种光缆采用PVC紧套光纤、吸水膨胀粉干式阻水和低烟无卤阻燃护套。

随着通信业务的急剧增加，局内光缆布线的芯数将增加数倍，减小尾缆的直径，以便在有限的机房空间内布放更多的终端模块，就显得很重要。据国外报道，为了适应机房内的这种要求，已开发了两种微型光缆，一种的外径接近普通紧套光纤外径，为1mm；另一种的外径与普通的涂覆光纤一样，为0.25mm。外径1mm的光缆，其结构与常规单芯光缆相似，采用0.5mm直径的UV固化的二次涂覆光纤、芳纶纱加强和聚酰胺护套。外径0.25mm的光缆，第一种结构与常规的紧套光纤相似，采用涂覆光纤和由UV固化树脂涂覆的加强构件组成的外套；另一种采用涂覆光纤和由的12根层绞钢丝与UV固化树脂组成的外套。据报道，还开发了一种单芯矩形软线和由这种软线构成的8芯软线。8芯软线由8根单芯软线并列再加上总护套构成，又可方便地再分成8根单芯软线。

7.5.电力线路中的通信光缆

光纤是介电质，光缆也可作成全介质，完全无金属。这样的全介质光缆将是电力系统最理想的通信线路。用于电力线杆路敷设的全介质光缆有两种结构：即全介质自承式（ADSS）结构和用于架空地线上的缠绕式结构。

ADSS光缆因其可以单独布放，适应范围广，在当前我国电力输电系统改造中得到了广泛的应用。国内已能生产多种ADSS光缆满足市场需要。但在产品结构和性能方面，例如大志数光缆结构、光缆蠕变和耐电弧性能等方面，还有待进一步完善。ADSS光缆在国内的近期需求量较大，是目前的一种热门产品。

缠绕式光缆通常芯数较少，因其布放方法需要专门工具，比较麻烦，在我国似无需求和生产。据国外报道，缠绕式光缆在大芯数结构和结构的耐热性方面都有新的研究。

在高压电力线路同杆敷设的另一类光缆是光纤架空复合地线（OPGW）。它把光纤放在电力线路的保护地线中，既用于通信，又作保护地线。这种光缆往往在新建地线和更换旧地线时才可能采用。目前国内已能生产这类产品，但在产品结构和性能方面也还有待进一步完善。在OPGW中采用金属管作松套管，除了有利于防上光纤发生氢损之外，还可很好的保证中心管中的光纤余长，提高光缆强度，提高容许的短路电流和减小低温附加衰减。