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双环路自愈型以太网光端机在智能电网中的应用
近年来，为满足市场需求，国家电力工业政策作了相应调整，重点投资放在城市电网、农村电网的建设和改造工程，为配电网自动化系统的应用与发展提供了条件。
建立可靠的性能价格比适中的通信网，是配电网自动化系统工程的重要组成部分。在当今各种通信模式中，光纤通信以其高速率、高可靠性、抗干扰、低功耗、工作稳定、安装操作方便、价格适中等诸多优点，越来越被人们所重视。此前不少项目采用光纤单环路通信获得成功，为光纤通信在配电系统中的推广应用积累了经验。
但单环路光纤通信网中，随着环路节点的增多，光纤环路可靠性将受到影响。双环路光纤通信是提高光纤环路通信可靠性的重要途径。而开发具有自愈功能的光纤双环路收发器，又是推广应用双环路光纤通信的前提条件。
1、双环路光纤通信网的技术关键
配电环网供电系统节点多，覆盖面分散，但节点之间距离较短，一般从几百米到几千米，有利于采用一点对多点的光纤环路通信方式。
配电网自动化系统中，主站通过光缆及光纤收发器，依次连接各子站(节点)，构成光纤环路。光纤环路中允许链接节点的数量，决定于传送数据速率R和数据正确识别或检测所允许的码形畸变(前后沿时延差)的百分数，以及每个节点平均引起的码形畸变。节点数N可由Δ/(Rδ)近似估算出。若按R=9 600
bit/s，Δ=10%，δ=0.1 μs计算，一般节点数N可达近100个，足以满足工程实际的需求。
正常情况下，简单的光纤单环路方式可靠性很高。但一旦某处出现故障(光缆折断、节点电源故障或其它问题)，则整个光纤系统构不成环，影响通信系统的可靠性。这自然使我们想到采用双环路方式。但若用两个光纤环路构成一个简单的双环路光纤系统，则出现两个问题：
a.若路由相同，即用同一根光缆的不同纤芯，仍然无法完全解决光缆折断造成的问题。如走不同路由，即用两根光缆，将提高成本或造价。
b.双环路输出信号的相互关系。在光纤环路中各子站均由两路光纤收发信号，由于路径不同，信号每经过一个节点中继后，造成时延，使得两路光纤的信号到达同一个子站的时间不同，即两个信号相位不同。如把这两个信号简单叠加，则会造成误码，使接收混乱，终端无法识别。
基于以上分析得出：采用两个光纤环路信号(单环)简单叠加的方式并不能解决实际问题，唯有采用具有自动切换(也称自愈)功能的双环路光纤系统，才能确保配电网自动化系统的安全可靠运行。因此，具有自愈功能的双环路光纤收发器，是实现双环路光纤通信网的技术关键。
2、光纤双环路收发器基本原理及功能特点
2.1、光纤双环路收发器基本原理及功能
光纤双环路收发器由光纤收发器和自动切换电路组成。其主要功能为：
a.光信号的发送、接收、转发功能；
b.确保子站光纤环路两路信号只能有一路数字信号输出，从而保证接收信号的可靠性；
c.当其中一路信号因故中断时，自动切换器动作，自动接通故障点两侧的两个光纤环路，构成新的光纤路径，保证环路中通信正常。
光纤双环路收发器结构如图1所示。
OFF/REP 中继（转发）开关：TA，TB，RA，RB光缆接头
DP数字通信口；HD/FD半双工（485）/全双工（422）切换开关
TE，RE数字信号指示灯；TOA，TOB，ROA，ROB光信号指示灯
图1 光纤双环路收发器
2.2 光纤双环路收发器特点
光纤双环路收发器保留了单路光纤收发器的优点，体积小，结构简单，使用方便。由于仅采用基带传输，而未使用调制解调方式，因此功耗很低。光纤双环路收发器采用12
V电源，有信号收发时，工作电流为100 mA；无信号收发时，静态工作电流小于30 mA，因此温升小，工作稳定，特别适合室外恶劣的工作环境。收发器中多采用快速CMOS电路，速度快，工作可靠。
3、应用举例
在实际配电网控制中，双环路光纤通信系统的配置：主站采用FD(422)，转发方式处于OFF(不转发)；各子站采用HD(485)及转发方式REP(转发，构成环路)。两个光纤环路使用同一根光缆中两根纤芯。两光纤环路互为热备用。两路光纤中的光信号既有区别(相位不同)，又互相联系(便于切换)。正常工作时，两路光纤中的光信号沿着相反的方向各走各的路径。在每个子站的光纤收发器中各个光信号分别进行转发。双环路光纤通信系统见图2。
图2 双环路光纤通信系统
Fig.2 Scheme of two-way optical fiber loops system
3.1、正常工作情况
来自主站的查询命令信号TD从光纤收发器送入，由A和B两个光纤环路向不同方向传送；主站收到的信号RD1和RD2分别来自两个光纤环路，其中RD1为专用接口送出的A环标准422输出信号，而RD2为B环备用输出信号。RD1和RD2尽管到达时间或相位不同，但都应包含各子站的应答信息和主站送出的查询命令。RD1和RD2分别占用主站两个串行口，分别接收A环和B环的信息。各子站由于采用HD方式，故查询及应答信号均由RD/TD端输入/输出。
3.2、故障分析
a、子站Ⅱ、子站Ⅲ之间光缆故障(见图3(a))：主站RD1只能收到子站Ⅰ、子站Ⅱ的响应信号；RD2只能收到子站Ⅲ的响应信号，这时由主站计算机分析判断就能确定子站Ⅱ、子站Ⅲ之间光缆有故障。
b、子站Ⅱ出现故障(见图3(b))：主站RD1只能收到子站Ⅰ响应信号；RD2只收到子站Ⅲ响应信号，这时主站就能判断子站Ⅱ发生故障。
同时可以根据RD1和RD2的差异找出光纤环路中可能发生的其它问题。
图3 光纤双环通信故障分析
4、结语
配电网自动化系统中采用光纤双环路技术极大地提高了配电网通信的安全可靠性。广州天为电信公司的具有自愈功能的光纤双环路收发器的研制成功，将大大推动光纤通信在配电网自动化系统中的应用。 |
