具有自愈功能的光纤双环路收发器

1、1/ 5具有自愈功能的光纤双环路收发器引言近年来，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 1以其高速率、高可靠性、抗干 扰、低功耗、工作稳定、安装操作方 2便、价格适中等诸多优点，越来越被人们所重视。上海浦东金藤工业 园配电网自动化试点工程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

2、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可由近似估算出。若按 R=9600 bit/s, Y10%, 0.1 g计算，一般节点数

3、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：2/ 5a. 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

4、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.

5、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/FDxx3/ 5485)/xx（ 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Fig.1 The two-way optical fiber transceiver link outline2.2 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，

6、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

7、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 4/ 5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 system3.1 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。

8、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、子站皿之间光缆故障(见图3(a):主站 RD1只能收到子站I、子站I的响应信号；RD2只能收到子站皿的响应信号，这时由主站计算机分析判断就能确定子站5/ 5H、子站皿之间光缆有故障。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只收到子站皿响应信号，这时主站就能判断子站 I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Fig.3 Fault examples o