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[摘 要] 数字化变电站采用网络化光通信手段，用光缆替代原有的控制电缆。一根光缆从出厂到工程安装完毕，需要进行机械测试、几何测试、光测以及传输测试。通过220kV 武胜变施工实践，分析了数字化变电站光缆的选型条件、测试方法及盲区等特点。
[关键词] 数字化；变电站；光缆；测试
中图分类号：TM63文献标识码： A 文章编号：
前言
变电站作为电力系统的重要组成部分，从基于模拟信号、电缆连接、数据繁杂的传统变电站转变到光信号、光纤连接、数据统一的智能化变电站，是整个电力系统发展的必然要求。智能化变电站采用网络化光通信手段来替代原有的控制电缆。由于采样值SV网取代了用于交流采用的控制电缆；GOOSE网取代了用于开关量采样、设备间联闭锁二次控制电缆；MMS网取代了用于采集遥信、中央信号等控制电缆，智能化变电站与常规变电站相比，其控制电缆的用量大大减少，但随之而来的是由于MMS网、GOOSE网和SV网组网、MU合并单元和电子互感器等通信需要，对光缆的需求量增幅巨大。
一根光缆从出厂到工程安装完毕，需要进行机械测试、几何测试、光测以及传输测试。前3 个测试一般都是在工厂进行，传输测试则是光缆布线系统工程验收的必要步骤。国家标准《GB 50312-2007 综合布线工程验收规范（含条文说明）》中明确要求对综合布线工程进行验收测试：“综合布线工程电气测试包括电缆系统电气性能测试及光纤系统性能测试。电缆系统电气性能测试项目应根据布线信道或链路的设计等级和布线系统的类别要求制定。各项测试结果应有详细记录，作为竣工资料的一部分。”
1光缆选型的参考条件
变电站使用的光缆需要满足一定的技术要求，在选型上我们需要考虑以下几个方面：
1）变电站复杂电磁环境复杂宜选用非金属光缆。
2）变电站内各种光缆电缆同路径敷设，宜选用阻燃光缆。
3）数字化变电站为提高光缆利用率宜选用多模光缆。
4）数字化变电站光设备很多，为方便施工且减少屏内熔接造成的增加设备、跳线烦多，宜选用一次成型自带SC/FC成端头尾缆连接。
图1：武胜变预置成品尾缆
5）在建设光缆线路时应充分考虑沿途多方面的通信需要，结合扩容等可能性，选择适当光缆芯数。
目前电力系统使用光缆情况，在新建220kV及以上输电线路上应优先选用OPGW光缆；在220kV及以下线路上承挂光缆时，可采用抗电腐蚀的ADSS光缆；35kV及以下线路根据实际环境选用OPPC、普通光缆、ADSS等光缆，城区光缆可采用地埋（管道）普通非金属光缆。
2光缆测试
光缆由于本身物理特性、熔接工艺等原因，必须现场进行测试。光缆测试可以从多个方面考虑：设备的连通性测试、跳线系统测试、通信线路的指标数据测试等，一般都借助专业工具进行。
以下从光纤测试参数、测试仪器、测试方法等几个方面进行简单的介绍。
2.1 测试参数
光缆测试一般应执行以下几个重要参数：
A、端到端光纤链路损耗
B、每单位长度的衰减速率
C、熔接点、连接器与耦合器各个事件
D、光缆长度或者事件的距离
E、光收发功率
2.2 常用的测试设备
2.2.1、光源
一个光源可以是一台设备，或者是一个LED，或者是一个激光器，常用的是激光笔。
图2 激光笔
2.2.2、 功率计
功率计是典型的光纤技术人员的标准测试仪，是常用的工具，主要的功能是显示光电二极管上的入射功率，读取功率电平。
图3 手持式光功率计
2.2.3、 光回损测试仪
光回损最常用的方法是光时域反射计（OTDR）。OTDR 向被测光缆内发射光脉冲，并且收集后向散射信息以及菲涅耳反射信息。
图4 ：光時域反射仪 OTDR
其它的测试设备还有：损耗测试仪，光话机，可视故障定位仪，光纤识别器，光纤检查显微镜，故障定位仪，监测系统等。
2.3、测试方法
通常在具体的工程中对光缆的测试方法有：连通性测试、收发功率测试和反射损耗测试等3 种，现分别简述如下。
2.3.1、 连通性测试
连通性测试是最简单的测试方法，只需在光纤一端导入光线（如红光激光笔），最远可达大约5 千公里的距离，通过发送可见光，技术人员在光纤的另外一端查看是否有红光即可（注意保护眼睛，不可直视光源），有光闪表示连通，看不到光即可判定光缆中的断裂与弯曲。此测试方式成为尾纤、跳线或者光纤段连续性测试的非常有用的工具。在对使用要求不高的项目中经常被采用作为验收标准。
2.3.2、 收发功率测试
收发功率测试是测定布线系统光纤链路的有效方法，使用的设备主要是光纤功率测试仪和一段跳接线。在实际应用中，链路的两端可能相距很远，但只要测得发送端和接收端的光功率，即可判定光纤链路的状况。具体操作过程如下。在发送端将测试光纤取下，用跳接线取而代之，跳接线一端为原来的发送器，另一端为光功率测试仪，使光发送器工作，即可在光功率测试仪上测得发送端的光功率值。在接收端，用跳接线取代原来的跳线，接上光功率测试仪，在发送端的光发送器工作的情况下，即可测得接收端的光功率值。发送端与接收端的光功率值之差，就是该光纤链路所产生的损耗。
图5 两端对光纤逐根进行双向(收与发)测试
图6 光功率测试示意
2.3.3、220kV武胜变光收发功率测试
测试目的：测试光接收端接收功率是否满足设备要求
在接收端，调整功率计对应的波长，并把对光端发送过来的光信号接入光功率计，在发光端的光发送器工作的情况下，即可测得接收端的光功率值，接收光功率=光功率计测量值
（1）、 部分测试数据
（2）、测试原理图
（3）、测试图片
2.3.4、 光时域反射损耗测试（OTDR）。
光时域反射计（OTDR）是一个用于确定光纤与光网络特性的光纤测试仪，OTDR 的目的是检测、定位与测量光纤链路的任何位置上的事件。OTDR 的一个主要优点是它能够作为一个一维的雷达系统，能够仅由光纤的一端获得完整的光纤特性，OTDR 的分辨力在4 厘米到40 厘米之间。OTDR 是光纤线路检修非常有效的手段，它使用光纤时间区域反射仪（OTDR）来完成测试工作，基本原理就是利用导入光与反射光的时间差来测定距离，如此可以准确判定故障的位置。OTDR 将探测脉冲注入光纤，在反射光的基础上估计光纤长度。OTDR 测试适用于故障定位，特别是用于确定光缆断开或损坏的位置。OTDR 测试文档对网络诊断和网络扩展提供了重要数据。采用OTDR 能够为技术人员提供光纤特性的图形化，永久的记录。
OTDR 测试又可以分为三种常见方式：
1）不使用发射与接收光缆的测试
图7 不使用发射与接收光缆的测试
此种测试方式可以测试被测光缆，但是由于被测光缆的前、后端没有连接发射光缆，前、后的连接器不能被测试。在这种情况下，不能提供一个参考的后向散信号。因此，不能确定端点连接器点的损耗。为了解决这一问题，在OTDR 的发射位置（前端）以及被测光纤的接收位置（远端）上加上一段光缆。
2）使用发射与接收光缆的测试
图8 使用发射与接收光缆的测试
此种方式由于加上了发射与接收光缆，可以测试被测光缆的整条链路，以及所有的连接点。
发射光缆的长度：多模测试通常在300 米到500 米之间；单模测试通常在1000 米到2000 米之间。非常重要的一点是发射与接收光缆应该与被测光缆相匹配（类型，芯径等）。
3）使用发射与接收光缆的环回测试
图9 使用发射与接收光缆的环回测试
此种方式可以测试被测光缆的整条链路，以及所有的连接点。
由于采用环回测量方法，技术人员仅需要一台OTDR 用于双向OTDR 测量。在光纤的一端（近端）执行OTDR 数据读取。一次可以同时测试两根光缆，所有数据读取时间被减为二分之一。测试人员需要2 人，一人在近端OTDR 位置，另一人位于光缆另一端，采用跳线或者发射光缆将测试的两根光缆链路进行连接。
3光纤测试中几点说明
3.1、盲区
在光纤测试过程中，在存在强反射时，使得光电二极管饱和，光电二极管需要一定的时间由饱和状态中恢复，在这一时间内，它将不会精确地检测后散射信号，在这一过程中没有被确定的光纤长度称为盲区。
图10 盲区示意图
盲区一般表现为前端盲区，为了解决这一问题，可以在测试光缆前加一条长的测试光纤将此效应减到最小。
3.2损耗
国家标准《GB 50312-2007综合布线工程验收规范（含条文说明）》中对光纤测试极限值的规定：
光纤链路的插入损耗极限值可用以下公式计算：
光纤链路损耗=光转接器损耗+光纤连接点损耗纤损耗+
連接器件损耗=连接器件损耗/个×连接光纤损耗=光纤损耗系数（dB/km）×光纤长度(km)器件个数
光纤连接点损耗=光纤连接点损耗/个×光纤连接点个数
光纤链路损耗参考值：
3.3、典型的OTDR 轨迹图
4结束语
数字化变电站中大规模的光缆将取代原先的电缆已成为必然趋势,因此光缆在设计、施工、测试等环节必须建立统一的标准和要求。在设计时，应重视变电站环境对光缆的影响，在现场安装测试时，关键技术和专业管理还有待提升，从而确保数字化变电站的安全、可靠运行。
参照文献
[1]《GB 50312-2007 综合布线工程验收规范（含条文说明）》
[2]国家电网《电力通信》上、下
[3]《百度文库-光缆验收测试方法简介》
[4]《IEC 61350 功率计校准》
[5]《IEC 61746 OTDR 校准》
[6]《G.650.1 单模光纤与光缆的线性、确定性属性的定义与测试方法》
[7]《G.650.2 单模光纤与光缆的统计与非线性属性的定义与测试方法》
作者简介：
张荣伟（1982年10月—）：宁波电业局职工，华北电力大学工程硕士（电力系统及其自动化方 向）在读，长期从事长期从事继电保护及自动化工作叶楠（1984年12月—）：宁波电业局职工。
张慧鑫（1983年10月—）：宁波电业局送变电职工
[关键词] 数字化；变电站；光缆；测试
中图分类号：TM63文献标识码： A 文章编号：
前言
变电站作为电力系统的重要组成部分，从基于模拟信号、电缆连接、数据繁杂的传统变电站转变到光信号、光纤连接、数据统一的智能化变电站，是整个电力系统发展的必然要求。智能化变电站采用网络化光通信手段来替代原有的控制电缆。由于采样值SV网取代了用于交流采用的控制电缆；GOOSE网取代了用于开关量采样、设备间联闭锁二次控制电缆；MMS网取代了用于采集遥信、中央信号等控制电缆，智能化变电站与常规变电站相比，其控制电缆的用量大大减少，但随之而来的是由于MMS网、GOOSE网和SV网组网、MU合并单元和电子互感器等通信需要，对光缆的需求量增幅巨大。
一根光缆从出厂到工程安装完毕，需要进行机械测试、几何测试、光测以及传输测试。前3 个测试一般都是在工厂进行，传输测试则是光缆布线系统工程验收的必要步骤。国家标准《GB 50312-2007 综合布线工程验收规范（含条文说明）》中明确要求对综合布线工程进行验收测试：“综合布线工程电气测试包括电缆系统电气性能测试及光纤系统性能测试。电缆系统电气性能测试项目应根据布线信道或链路的设计等级和布线系统的类别要求制定。各项测试结果应有详细记录，作为竣工资料的一部分。”
1光缆选型的参考条件
变电站使用的光缆需要满足一定的技术要求，在选型上我们需要考虑以下几个方面：
1）变电站复杂电磁环境复杂宜选用非金属光缆。
2）变电站内各种光缆电缆同路径敷设，宜选用阻燃光缆。
3）数字化变电站为提高光缆利用率宜选用多模光缆。
4）数字化变电站光设备很多，为方便施工且减少屏内熔接造成的增加设备、跳线烦多，宜选用一次成型自带SC/FC成端头尾缆连接。
图1：武胜变预置成品尾缆
5）在建设光缆线路时应充分考虑沿途多方面的通信需要，结合扩容等可能性，选择适当光缆芯数。
目前电力系统使用光缆情况，在新建220kV及以上输电线路上应优先选用OPGW光缆；在220kV及以下线路上承挂光缆时，可采用抗电腐蚀的ADSS光缆；35kV及以下线路根据实际环境选用OPPC、普通光缆、ADSS等光缆，城区光缆可采用地埋（管道）普通非金属光缆。
2光缆测试
光缆由于本身物理特性、熔接工艺等原因，必须现场进行测试。光缆测试可以从多个方面考虑：设备的连通性测试、跳线系统测试、通信线路的指标数据测试等，一般都借助专业工具进行。
以下从光纤测试参数、测试仪器、测试方法等几个方面进行简单的介绍。
2.1 测试参数
光缆测试一般应执行以下几个重要参数：
A、端到端光纤链路损耗
B、每单位长度的衰减速率
C、熔接点、连接器与耦合器各个事件
D、光缆长度或者事件的距离
E、光收发功率
2.2 常用的测试设备
2.2.1、光源
一个光源可以是一台设备，或者是一个LED，或者是一个激光器，常用的是激光笔。
图2 激光笔
2.2.2、 功率计
功率计是典型的光纤技术人员的标准测试仪，是常用的工具，主要的功能是显示光电二极管上的入射功率，读取功率电平。
图3 手持式光功率计
2.2.3、 光回损测试仪
光回损最常用的方法是光时域反射计（OTDR）。OTDR 向被测光缆内发射光脉冲，并且收集后向散射信息以及菲涅耳反射信息。
图4 ：光時域反射仪 OTDR
其它的测试设备还有：损耗测试仪，光话机，可视故障定位仪，光纤识别器，光纤检查显微镜，故障定位仪，监测系统等。
2.3、测试方法
通常在具体的工程中对光缆的测试方法有：连通性测试、收发功率测试和反射损耗测试等3 种，现分别简述如下。
2.3.1、 连通性测试
连通性测试是最简单的测试方法，只需在光纤一端导入光线（如红光激光笔），最远可达大约5 千公里的距离，通过发送可见光，技术人员在光纤的另外一端查看是否有红光即可（注意保护眼睛，不可直视光源），有光闪表示连通，看不到光即可判定光缆中的断裂与弯曲。此测试方式成为尾纤、跳线或者光纤段连续性测试的非常有用的工具。在对使用要求不高的项目中经常被采用作为验收标准。
2.3.2、 收发功率测试
收发功率测试是测定布线系统光纤链路的有效方法，使用的设备主要是光纤功率测试仪和一段跳接线。在实际应用中，链路的两端可能相距很远，但只要测得发送端和接收端的光功率，即可判定光纤链路的状况。具体操作过程如下。在发送端将测试光纤取下，用跳接线取而代之，跳接线一端为原来的发送器，另一端为光功率测试仪，使光发送器工作，即可在光功率测试仪上测得发送端的光功率值。在接收端，用跳接线取代原来的跳线，接上光功率测试仪，在发送端的光发送器工作的情况下，即可测得接收端的光功率值。发送端与接收端的光功率值之差，就是该光纤链路所产生的损耗。
图5 两端对光纤逐根进行双向(收与发)测试
图6 光功率测试示意
2.3.3、220kV武胜变光收发功率测试
测试目的：测试光接收端接收功率是否满足设备要求
在接收端，调整功率计对应的波长，并把对光端发送过来的光信号接入光功率计，在发光端的光发送器工作的情况下，即可测得接收端的光功率值，接收光功率=光功率计测量值
（1）、 部分测试数据
（2）、测试原理图
（3）、测试图片
2.3.4、 光时域反射损耗测试（OTDR）。
光时域反射计（OTDR）是一个用于确定光纤与光网络特性的光纤测试仪，OTDR 的目的是检测、定位与测量光纤链路的任何位置上的事件。OTDR 的一个主要优点是它能够作为一个一维的雷达系统，能够仅由光纤的一端获得完整的光纤特性，OTDR 的分辨力在4 厘米到40 厘米之间。OTDR 是光纤线路检修非常有效的手段，它使用光纤时间区域反射仪（OTDR）来完成测试工作，基本原理就是利用导入光与反射光的时间差来测定距离，如此可以准确判定故障的位置。OTDR 将探测脉冲注入光纤，在反射光的基础上估计光纤长度。OTDR 测试适用于故障定位，特别是用于确定光缆断开或损坏的位置。OTDR 测试文档对网络诊断和网络扩展提供了重要数据。采用OTDR 能够为技术人员提供光纤特性的图形化，永久的记录。
OTDR 测试又可以分为三种常见方式：
1）不使用发射与接收光缆的测试
图7 不使用发射与接收光缆的测试
此种测试方式可以测试被测光缆，但是由于被测光缆的前、后端没有连接发射光缆，前、后的连接器不能被测试。在这种情况下，不能提供一个参考的后向散信号。因此，不能确定端点连接器点的损耗。为了解决这一问题，在OTDR 的发射位置（前端）以及被测光纤的接收位置（远端）上加上一段光缆。
2）使用发射与接收光缆的测试
图8 使用发射与接收光缆的测试
此种方式由于加上了发射与接收光缆，可以测试被测光缆的整条链路，以及所有的连接点。
发射光缆的长度：多模测试通常在300 米到500 米之间；单模测试通常在1000 米到2000 米之间。非常重要的一点是发射与接收光缆应该与被测光缆相匹配（类型，芯径等）。
3）使用发射与接收光缆的环回测试
图9 使用发射与接收光缆的环回测试
此种方式可以测试被测光缆的整条链路，以及所有的连接点。
由于采用环回测量方法，技术人员仅需要一台OTDR 用于双向OTDR 测量。在光纤的一端（近端）执行OTDR 数据读取。一次可以同时测试两根光缆，所有数据读取时间被减为二分之一。测试人员需要2 人，一人在近端OTDR 位置，另一人位于光缆另一端，采用跳线或者发射光缆将测试的两根光缆链路进行连接。
3光纤测试中几点说明
3.1、盲区
在光纤测试过程中，在存在强反射时，使得光电二极管饱和，光电二极管需要一定的时间由饱和状态中恢复，在这一时间内，它将不会精确地检测后散射信号，在这一过程中没有被确定的光纤长度称为盲区。
图10 盲区示意图
盲区一般表现为前端盲区，为了解决这一问题，可以在测试光缆前加一条长的测试光纤将此效应减到最小。
3.2损耗
国家标准《GB 50312-2007综合布线工程验收规范（含条文说明）》中对光纤测试极限值的规定：
光纤链路的插入损耗极限值可用以下公式计算：
光纤链路损耗=光转接器损耗+光纤连接点损耗纤损耗+
連接器件损耗=连接器件损耗/个×连接光纤损耗=光纤损耗系数（dB/km）×光纤长度(km)器件个数
光纤连接点损耗=光纤连接点损耗/个×光纤连接点个数
光纤链路损耗参考值：
3.3、典型的OTDR 轨迹图
4结束语
数字化变电站中大规模的光缆将取代原先的电缆已成为必然趋势,因此光缆在设计、施工、测试等环节必须建立统一的标准和要求。在设计时，应重视变电站环境对光缆的影响，在现场安装测试时，关键技术和专业管理还有待提升，从而确保数字化变电站的安全、可靠运行。
参照文献
[1]《GB 50312-2007 综合布线工程验收规范（含条文说明）》
[2]国家电网《电力通信》上、下
[3]《百度文库-光缆验收测试方法简介》
[4]《IEC 61350 功率计校准》
[5]《IEC 61746 OTDR 校准》
[6]《G.650.1 单模光纤与光缆的线性、确定性属性的定义与测试方法》
[7]《G.650.2 单模光纤与光缆的统计与非线性属性的定义与测试方法》
作者简介：
张荣伟（1982年10月—）：宁波电业局职工，华北电力大学工程硕士（电力系统及其自动化方 向）在读，长期从事长期从事继电保护及自动化工作叶楠（1984年12月—）：宁波电业局职工。
张慧鑫（1983年10月—）：宁波电业局送变电职工