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摘要：对光缆的定义、种类、优缺点进行了概述，结合本工程特点，选择适合的光缆型式。
关键词：智能变电站、光缆
中图分类号：TM411+.4 文献标识码：A 文章编号：
概述
智能变电站的特点之一是由高速光纤以太网替代传统的以太网及二次电缆。高速光纤以太网的通信介质是光缆，用它代替传统的二次电缆。
智能变电站的另一特点是引入了电子式互感器、智能化一次设备、网络化二次设备以及DL/T860标准协议等新技术和新标准，形成了智能变电站新的三层式数据结构，改变了传统的数据信息传递方式。
智能变电站信息交互中的光缆大量使用，与控制电缆相比，其抗干扰性能有所提高，但是物理强度有所降低。传统的光配单元通常针对通信专业定制，适用于光缆较少的场合，智能变电站的电气专业使用的光缆数量较多，而且往往对可靠性要求极高，因此有必要制定适合于智能变电站光缆型号、参数以及敷设措施，提高后期可运行维护性。
光缆型式及种类
光纤典型结构：
光纤裸纤一般分为三层：中心高折射率玻璃芯（芯径一般为50或62.5um）,中间为低折射率硅玻璃包层（直径一般为125um）,最外层为加强用树脂涂层。见图2.1-1。
图2.1-1 光纤结构图
光纤的基本结构主要根据一次涂层与二次涂层的相对位置划分。通常有三种：紧套结构、松套结构、带状结构。
数值孔径：
入射到光纤端面的光并不能全部被光纤所传输，只是在某个角度范围内的入射光才可以。这个角度就称为光纤的数值孔径。光纤的数值孔径大于光纤的对接是有利的。不同厂家生产的光纤的数值孔径不同（AT&T CORNING）。
光纤的种类：
按光在光纤中传输模式可分为：多模光纤和单模光纤。
多模光纤的中心玻璃芯较粗（50或62.5um）,可传多种模式的光，但其模间色散较大，这就限制了传输信号的频率，而且随距离的增加会更加严重。因此，多模光纤传输的距离就比较近。
单模光纤的中心玻璃芯较细（芯径一般为9或10um），只能传一种模式的光。因此，其模间色散很小，适用与远程通讯，稳定性要好。
按折射率分布情况分：突变型和渐变型光纤
突变型光纤中心芯到玻璃包层的折射率是突变的。其成本低，模间色散高。适用于短途低速通讯。
渐变型光纤中心芯到玻璃包层的折射率是逐渐变小，可使高模光按正弦形式传播，这能减少模间色散，提高光纤带宽，增加传输距离，但成本较高，现在的多模光纤多为渐变型光纤。
常用光纤规格：
單模：8/125um，9/125um，10/125um；
多模：50/125um，欧洲标准；62.5/125um，美国标准；
工业，医疗和低速网络：100/140um,200/230um；
塑料：98/1000um,用于汽车控制。
变电站光缆选择
3.1 多模光缆
多模光缆（Multi Mode Fiber）,芯较粗（50或62.5um）,可传多种模式的光。但其模间色散较大，这就限制了传输数字信号的频率，而且随距离的增加会更加严重。因此，多模光纤传输的距离就比较近，一般只有几公里。表3-1为多模光缆的带宽比较。
表3-1多模光缆带宽比较
3.2 单模光缆
单模光纤（Single Mode Fiber）；中心纤芯很细（芯径一般为9或10um），只能传一种模式的光。因此，其模间色散很小，适用于远程通讯，但还存在着材料色散和波导色散，这样单模光纤对光源的谱宽和稳定性有较高的要求，即谱宽要窄，稳定性要好。在1310nm波长处，单模光纤的色散为零。1310nm波长区就成了光纤通讯的一个很理想的工作窗口，也是现在实用光纤通信系统的主要工作波段。1310nm常规单模光纤的主要参数是由国际电信联盟ITU—T在G.652建议中确定的，因此这种光纤又称G652光纤。
表3-2单模光纤与多模光纤比较
通过表3-2可以看出，在变电站内部连接使用的光缆，一般不会超过500米，因此作为站内通信，多模光纤完全能够满足功能要求。同时多模光纤还具有抗干扰性强、对光源的谱宽和稳定性要求较低、造价便宜等优势，因此在本变电站光缆选择中推荐使用多模光缆。
多模光缆种类比较
为适应网络通信的需要，七十年代末到八十年代初，各国大力开发大芯径大数值孔径多模光纤（又称数据光纤）。当时国际电工委员会推荐了四种不同芯/包尺寸的渐变折射率多模光纤即A1a、A1b、A1c和A1d。它们的纤芯/包层直径（μm）/数值孔径分别为50/125/0.200、62.5/125/0.275、85/125/0.275和100/140/0.316。总体来说，芯/包尺寸大则制作成本高、抗弯性能差，而且传输模数量增多，带宽降低。100/140μm多模光纤除上述缺点外，其包层直径偏大，与测试仪器和连接器件不匹配，很快便不在数据传输中使用，只用于功率传输等特殊场合。85/125μm多模光纤也因类似原因被逐渐淘汰。1999年10月在日本京都召开的IECSC86AGW1专家组会议对多模光纤标准进行修改，2000年3月公布的修改草案中，85/125μm多模光纤已被取消。康宁公司1976年开发的50/125μm多模光纤和朗讯Bell实验室1983开发的62.5/125μm多模光纤有相同的外径和机械强度，但有不同的传输特性，一直在数据通信网络中“较量”。
62.5μm芯径多模光纤比50μm芯径多模光纤芯径大、数值孔径高，能从LED光源耦合入更多的光功率，因此62.5/125μm多模光纤首先被美国采用为多家行业标准。如AT&T的室内配线系统标准、美国电子工业协会（EIA）的局域网标准、美国国家标准研究所（ANSI）的100Mb/s令牌网标准、IBM的计算机光纤数据通信标准等。50/125μm多模光纤主要在日本、德国作为数据通信标准使用，至今已有18年历史。但由于北美光纤用量大和美国光纤制造及应用技术的先导作用，包括我国在内的多数国家均将62.5/125μm多模光纤作为局域网传输介质和室内配线使用。自八十年代中期以来，62.5/125μm光纤几乎成为数据通信光纤市场的主流产品。
上述形势一直维持到九十年代中后期。近几年随局域网传输速率不断升级，50μm芯径多模光纤越来越引起人们的重视。自1997年开始，局域网向1Gb/s发展，以LED作光源的62.5/125μm多模光纤几百兆的带宽显然不能满足要求。与62.5/125μm相比，50/125μm光纤数值孔径和芯径较小，带宽比62.5/125μm光纤高，制作成本也可降低1/3。因此，各国业界纷纷提出重新启用50/125μm多模光纤。经过研究和论证，国际标准化组织制订了相应标准。但考虑到过去已有相当数量的62.5/125μm多模光纤在局域网中安装使用，IEEE802.3z千兆比特以太网标准中规定50/125μm和62.5/125μm多模光纤都可以作为1GMbit/s以太网的传输介质使用。但对新建网络，一般首选50/125μm多模光纤。50/125μm多模光纤的重新启用，改变了62.5/125μm多模光纤主宰多模光纤市场的局面。遵照上述标准，康宁公司1998年9月宣布推出两种新的多模光纤。第一种为InfiniCor300型，按62.5/125μm标准，可在1Gb/s速率下，850nm波长传输300米，1300nm波长传输550米。第二种是InfiniCor600型，按50/125μm标准，在1Gb/s速率下，850nm波长和1300nm波长均可传输600米。
多模光缆的种类比较见表3-3。
表3-3多模光纤种类比较
结论
通过比较，50/125um的多模光纤，其传输模的数目大约是62.5μm多模光纤中传输模的1/2.5。这可有效降低多模光纤的模色散，增加带宽。对850nm波长，50/125μm比62.5/125μm多模光纤带宽可增加三倍（500MHz.km比160MHz.km）。按IEEE802.3z标准推荐，在1Gbit/s速率下，62.5μm芯径多模光纤只能传输270米；而50μm芯径多模光纤可传输550米。从技术发展的角度看，新建变电站应该采用芯径50/125um的多模光纤，但是目前现有国内自动化厂家设备均不支持50/125um的多模光纤，并且从目前智能变电站的网络流量上来看，过程层的GOOSE与SV并网运行，其网络流量不超过100Mbit/s，因此综合考虑根据目前两种多模光纤的使用现状，确定本站使用纤径62.5/125um的多模光缆。
参考文献
[1] 陈珩. 电力系统稳态分析（第三版）. 中国电力出版社.
[2] 刘贞、殷小红. 智能变电站的实现. 科技前沿，2009，(11)
关键词：智能变电站、光缆
中图分类号：TM411+.4 文献标识码：A 文章编号：
概述
智能变电站的特点之一是由高速光纤以太网替代传统的以太网及二次电缆。高速光纤以太网的通信介质是光缆，用它代替传统的二次电缆。
智能变电站的另一特点是引入了电子式互感器、智能化一次设备、网络化二次设备以及DL/T860标准协议等新技术和新标准，形成了智能变电站新的三层式数据结构，改变了传统的数据信息传递方式。
智能变电站信息交互中的光缆大量使用，与控制电缆相比，其抗干扰性能有所提高，但是物理强度有所降低。传统的光配单元通常针对通信专业定制，适用于光缆较少的场合，智能变电站的电气专业使用的光缆数量较多，而且往往对可靠性要求极高，因此有必要制定适合于智能变电站光缆型号、参数以及敷设措施，提高后期可运行维护性。
光缆型式及种类
光纤典型结构：
光纤裸纤一般分为三层：中心高折射率玻璃芯（芯径一般为50或62.5um）,中间为低折射率硅玻璃包层（直径一般为125um）,最外层为加强用树脂涂层。见图2.1-1。
图2.1-1 光纤结构图
光纤的基本结构主要根据一次涂层与二次涂层的相对位置划分。通常有三种：紧套结构、松套结构、带状结构。
数值孔径：
入射到光纤端面的光并不能全部被光纤所传输，只是在某个角度范围内的入射光才可以。这个角度就称为光纤的数值孔径。光纤的数值孔径大于光纤的对接是有利的。不同厂家生产的光纤的数值孔径不同（AT&T CORNING）。
光纤的种类：
按光在光纤中传输模式可分为：多模光纤和单模光纤。
多模光纤的中心玻璃芯较粗（50或62.5um）,可传多种模式的光，但其模间色散较大，这就限制了传输信号的频率，而且随距离的增加会更加严重。因此，多模光纤传输的距离就比较近。
单模光纤的中心玻璃芯较细（芯径一般为9或10um），只能传一种模式的光。因此，其模间色散很小，适用与远程通讯，稳定性要好。
按折射率分布情况分：突变型和渐变型光纤
突变型光纤中心芯到玻璃包层的折射率是突变的。其成本低，模间色散高。适用于短途低速通讯。
渐变型光纤中心芯到玻璃包层的折射率是逐渐变小，可使高模光按正弦形式传播，这能减少模间色散，提高光纤带宽，增加传输距离，但成本较高，现在的多模光纤多为渐变型光纤。
常用光纤规格：
單模：8/125um，9/125um，10/125um；
多模：50/125um，欧洲标准；62.5/125um，美国标准；
工业，医疗和低速网络：100/140um,200/230um；
塑料：98/1000um,用于汽车控制。
变电站光缆选择
3.1 多模光缆
多模光缆（Multi Mode Fiber）,芯较粗（50或62.5um）,可传多种模式的光。但其模间色散较大，这就限制了传输数字信号的频率，而且随距离的增加会更加严重。因此，多模光纤传输的距离就比较近，一般只有几公里。表3-1为多模光缆的带宽比较。
表3-1多模光缆带宽比较
3.2 单模光缆
单模光纤（Single Mode Fiber）；中心纤芯很细（芯径一般为9或10um），只能传一种模式的光。因此，其模间色散很小，适用于远程通讯，但还存在着材料色散和波导色散，这样单模光纤对光源的谱宽和稳定性有较高的要求，即谱宽要窄，稳定性要好。在1310nm波长处，单模光纤的色散为零。1310nm波长区就成了光纤通讯的一个很理想的工作窗口，也是现在实用光纤通信系统的主要工作波段。1310nm常规单模光纤的主要参数是由国际电信联盟ITU—T在G.652建议中确定的，因此这种光纤又称G652光纤。
表3-2单模光纤与多模光纤比较
通过表3-2可以看出，在变电站内部连接使用的光缆，一般不会超过500米，因此作为站内通信，多模光纤完全能够满足功能要求。同时多模光纤还具有抗干扰性强、对光源的谱宽和稳定性要求较低、造价便宜等优势，因此在本变电站光缆选择中推荐使用多模光缆。
多模光缆种类比较
为适应网络通信的需要，七十年代末到八十年代初，各国大力开发大芯径大数值孔径多模光纤（又称数据光纤）。当时国际电工委员会推荐了四种不同芯/包尺寸的渐变折射率多模光纤即A1a、A1b、A1c和A1d。它们的纤芯/包层直径（μm）/数值孔径分别为50/125/0.200、62.5/125/0.275、85/125/0.275和100/140/0.316。总体来说，芯/包尺寸大则制作成本高、抗弯性能差，而且传输模数量增多，带宽降低。100/140μm多模光纤除上述缺点外，其包层直径偏大，与测试仪器和连接器件不匹配，很快便不在数据传输中使用，只用于功率传输等特殊场合。85/125μm多模光纤也因类似原因被逐渐淘汰。1999年10月在日本京都召开的IECSC86AGW1专家组会议对多模光纤标准进行修改，2000年3月公布的修改草案中，85/125μm多模光纤已被取消。康宁公司1976年开发的50/125μm多模光纤和朗讯Bell实验室1983开发的62.5/125μm多模光纤有相同的外径和机械强度，但有不同的传输特性，一直在数据通信网络中“较量”。
62.5μm芯径多模光纤比50μm芯径多模光纤芯径大、数值孔径高，能从LED光源耦合入更多的光功率，因此62.5/125μm多模光纤首先被美国采用为多家行业标准。如AT&T的室内配线系统标准、美国电子工业协会（EIA）的局域网标准、美国国家标准研究所（ANSI）的100Mb/s令牌网标准、IBM的计算机光纤数据通信标准等。50/125μm多模光纤主要在日本、德国作为数据通信标准使用，至今已有18年历史。但由于北美光纤用量大和美国光纤制造及应用技术的先导作用，包括我国在内的多数国家均将62.5/125μm多模光纤作为局域网传输介质和室内配线使用。自八十年代中期以来，62.5/125μm光纤几乎成为数据通信光纤市场的主流产品。
上述形势一直维持到九十年代中后期。近几年随局域网传输速率不断升级，50μm芯径多模光纤越来越引起人们的重视。自1997年开始，局域网向1Gb/s发展，以LED作光源的62.5/125μm多模光纤几百兆的带宽显然不能满足要求。与62.5/125μm相比，50/125μm光纤数值孔径和芯径较小，带宽比62.5/125μm光纤高，制作成本也可降低1/3。因此，各国业界纷纷提出重新启用50/125μm多模光纤。经过研究和论证，国际标准化组织制订了相应标准。但考虑到过去已有相当数量的62.5/125μm多模光纤在局域网中安装使用，IEEE802.3z千兆比特以太网标准中规定50/125μm和62.5/125μm多模光纤都可以作为1GMbit/s以太网的传输介质使用。但对新建网络，一般首选50/125μm多模光纤。50/125μm多模光纤的重新启用，改变了62.5/125μm多模光纤主宰多模光纤市场的局面。遵照上述标准，康宁公司1998年9月宣布推出两种新的多模光纤。第一种为InfiniCor300型，按62.5/125μm标准，可在1Gb/s速率下，850nm波长传输300米，1300nm波长传输550米。第二种是InfiniCor600型，按50/125μm标准，在1Gb/s速率下，850nm波长和1300nm波长均可传输600米。
多模光缆的种类比较见表3-3。
表3-3多模光纤种类比较
结论
通过比较，50/125um的多模光纤，其传输模的数目大约是62.5μm多模光纤中传输模的1/2.5。这可有效降低多模光纤的模色散，增加带宽。对850nm波长，50/125μm比62.5/125μm多模光纤带宽可增加三倍（500MHz.km比160MHz.km）。按IEEE802.3z标准推荐，在1Gbit/s速率下，62.5μm芯径多模光纤只能传输270米；而50μm芯径多模光纤可传输550米。从技术发展的角度看，新建变电站应该采用芯径50/125um的多模光纤，但是目前现有国内自动化厂家设备均不支持50/125um的多模光纤，并且从目前智能变电站的网络流量上来看，过程层的GOOSE与SV并网运行，其网络流量不超过100Mbit/s，因此综合考虑根据目前两种多模光纤的使用现状，确定本站使用纤径62.5/125um的多模光缆。
参考文献
[1] 陈珩. 电力系统稳态分析（第三版）. 中国电力出版社.
[2] 刘贞、殷小红. 智能变电站的实现. 科技前沿，2009，(11)