電力系統(tǒng)光纖傳輸網(wǎng)絡(luò)在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的實(shí)施探索

（國(guó)網(wǎng)南充供電公司信通分公司，四川 南充 637000）

電力系統(tǒng)光纖傳輸網(wǎng)絡(luò)在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的實(shí)施探索

謝繼明

（國(guó)網(wǎng)南充供電公司信通分公司，四川 南充 637000）

對(duì)于電力系統(tǒng)的生產(chǎn)安全和高效運(yùn)行來(lái)講，光纖傳輸網(wǎng)絡(luò)是其正常運(yùn)行的有力保障，過(guò)去習(xí)慣于人工加儀器的線路運(yùn)行維護(hù)方式，但是在對(duì)光纖網(wǎng)絡(luò)的傳輸性能和管理維護(hù)自動(dòng)化要求不斷提高的當(dāng)今社會(huì)，過(guò)去的方式已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足這方面的要求。本文主要研究一種電力系統(tǒng)光纖傳輸網(wǎng)絡(luò)的在線監(jiān)測(cè)方案，即根據(jù)OTDR測(cè)試技術(shù)，將WDM技術(shù)和GIS技術(shù)相結(jié)合的方案，目的在于為電力系統(tǒng)通信調(diào)度部門對(duì)光纖傳輸網(wǎng)絡(luò)的日常維護(hù)提供一個(gè)自動(dòng)化的監(jiān)測(cè)維護(hù)平臺(tái)。

電力系統(tǒng)；光纖傳輸網(wǎng)絡(luò)；在線監(jiān)測(cè)；光時(shí)域反射儀；波分復(fù)用

最近幾年，我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)得到了很大程度的發(fā)展，因此電力通信網(wǎng)規(guī)模也有了很大程度的擴(kuò)展，由于通信網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)十分復(fù)雜，因而形成了以光纖通信為主的主網(wǎng)架。由于光纖通信的容量較大，所以一旦其發(fā)生故障，中斷時(shí)間較長(zhǎng)，就會(huì)引起較大的損失，因此，光纖線路的在線監(jiān)測(cè)與管理維護(hù)的自動(dòng)化開(kāi)始受到越來(lái)越多人的關(guān)注。

一、測(cè)試基本原理

1光時(shí)域反射儀（OTDR）測(cè)試原理

由于光纖摻雜沒(méi)有均勻性，且自身有很多不足之處，因此在光子作用下，就無(wú)法產(chǎn)生散射現(xiàn)象。光脈沖通過(guò)光纖傳輸時(shí)，處于光纖方向上的每個(gè)點(diǎn)都會(huì)有散射現(xiàn)象，如果光纖有缺陷斷裂面，就會(huì)形成菲涅爾反射現(xiàn)象，其強(qiáng)弱程度和通過(guò)此處的光功率有正相關(guān)關(guān)系，不夠光功率的變化，和光纖衰減情況有很大關(guān)系。由此可見(jiàn)，光纖各個(gè)點(diǎn)的衰減直接影響光纖強(qiáng)弱，因?yàn)樯⑸涞姆较虿欢ǎ瓷涔鈺?huì)有較大的反射角，所以無(wú)論是散射光或者反射光，總有部分光會(huì)通過(guò)光纖孔徑角，再反向輸送到輸入端。而OTDR測(cè)試技術(shù)的主要功能便是通過(guò)分析測(cè)試波的背向散射光，隨著時(shí)間光功率在光纖方向上的分布曲線情況，提取光纖的傳輸性能。

被測(cè)試光纖的背向散射曲線有兩方面的內(nèi)容，一是反映光纖傳輸?shù)墓獠ㄒ驗(yàn)槭艿秸凵涞挠绊?，在正常情況下存在衰減情況；二是光纖中的物理接頭、熔接頭、光纖彎曲等，會(huì)在背向散射曲線中根據(jù)曲線特性的突然變化，造成相關(guān)事件反映。

2波分復(fù)用（WDM）原理

WDM技術(shù)，即將兩種以上、具有不同波長(zhǎng)光信號(hào)通過(guò)合波器在發(fā)送端集中在一起，然后傳輸在光線路中的同一根光纖當(dāng)中；分波端可以在接收端分離不同程度波長(zhǎng)的光波，通過(guò)光接收機(jī)進(jìn)一步處理光波，使原信號(hào)得以恢復(fù)。

光纖在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中，為了完成測(cè)試工作，在不影響正常通信的基礎(chǔ)上，根據(jù)波分復(fù)用原理，通常情況下，1625nm的測(cè)試波在波分復(fù)用的原理?xiàng)l件下，可通過(guò)合波器加載到光纖線路上，從而很好的完成測(cè)試；光波在在子站被分離復(fù)合時(shí)，系統(tǒng)工作波便會(huì)自動(dòng)進(jìn)入相應(yīng)的光設(shè)備，進(jìn)行處理，如此循環(huán)，測(cè)試波就會(huì)依次向下傳遞。光纖測(cè)試原理如圖1所示。

二、光線在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)組成

1系統(tǒng)組成

電力系統(tǒng)光纖在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)包括監(jiān)測(cè)站、通信網(wǎng)絡(luò)、監(jiān)測(cè)中心三大部分，每個(gè)部分都有其各自功能。監(jiān)測(cè)站的主要任務(wù)便是監(jiān)測(cè)光纖網(wǎng)絡(luò)中需要受到監(jiān)測(cè)的光纖，在監(jiān)視的基礎(chǔ)上使光纖網(wǎng)的運(yùn)行受到嚴(yán)格控制；通信網(wǎng)絡(luò)的主要任務(wù)是實(shí)現(xiàn)各個(gè)監(jiān)測(cè)站和監(jiān)測(cè)中心之間以及各個(gè)監(jiān)測(cè)站之間的實(shí)時(shí)通信；監(jiān)測(cè)中心的主要任務(wù)是管理本管理區(qū)域內(nèi)部的監(jiān)測(cè)站，而不同監(jiān)測(cè)站的管理、控制命令主要是通過(guò)服務(wù)器下發(fā)到對(duì)應(yīng)站點(diǎn)的。

2監(jiān)測(cè)站

通常來(lái)說(shuō)，監(jiān)測(cè)站的主要工作是測(cè)試線路功能是否正常。一些會(huì)處于局中心機(jī)房，一些會(huì)處于某些變電站中。一般情況下，監(jiān)測(cè)站的具體位置、具體數(shù)量的決定性因素是傳輸網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)?，傳輸網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞呐渲眉捌涔δ苤饕牵褐骺啬K主要為OTDR提供插槽，而且能夠?qū)崿F(xiàn)和光功率監(jiān)測(cè)模塊的實(shí)時(shí)通信，在此基礎(chǔ)上，驅(qū)動(dòng)光開(kāi)關(guān)以及OTDR卡，從而完成測(cè)試功能；OTDR測(cè)試卡可以實(shí)現(xiàn)與之對(duì)應(yīng)的相關(guān)測(cè)試功能；分光器或者光功率監(jiān)測(cè)模塊可以對(duì)光功率進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，如果光功率低于用戶設(shè)定的門限值，就會(huì)主動(dòng)向主控模塊發(fā)出告警通知，進(jìn)行測(cè)試；波分復(fù)用或者光開(kāi)關(guān)模塊主要負(fù)責(zé)切換，在監(jiān)測(cè)到光功率的告警通知時(shí)，就會(huì)主動(dòng)把測(cè)試光及時(shí)切換到指定光路。

圖1 利用波分復(fù)用原理構(gòu)建的測(cè)試系統(tǒng)

圖2 帶有分支的光纖傳輸網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)示意圖

3監(jiān)測(cè)中心

作為系統(tǒng)的核心部分，監(jiān)測(cè)中心的主要任務(wù)是對(duì)監(jiān)測(cè)站進(jìn)行有效管理、維護(hù)。由于監(jiān)測(cè)站的所有控制權(quán)限都是由監(jiān)測(cè)中心獨(dú)自掌握、具備的，因此監(jiān)測(cè)中心能夠?qū)ΡO(jiān)測(cè)站實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制，展開(kāi)有效、全面的監(jiān)測(cè)工作。將監(jiān)測(cè)中心和GIS系統(tǒng)有機(jī)結(jié)合在一起，就可利用相關(guān)地理信息，對(duì)故障點(diǎn)進(jìn)行準(zhǔn)確、快速的定位；除此之外，監(jiān)測(cè)中心要對(duì)光纖傳輸網(wǎng)絡(luò)中的多種資源進(jìn)行規(guī)范管理，使資源管理達(dá)到自動(dòng)化水平。監(jiān)測(cè)中心的硬件設(shè)備主要包括數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器、系統(tǒng)應(yīng)用服務(wù)器、系統(tǒng)資源管理工作站以及語(yǔ)音卡。

三、常見(jiàn)測(cè)試方式

根據(jù)測(cè)試路由的特征，可以將測(cè)試方法分為三種，即跨段測(cè)試、雙向測(cè)試以及遠(yuǎn)端光開(kāi)關(guān)級(jí)聯(lián)測(cè)試。

1跨段測(cè)試

假如系統(tǒng)測(cè)試的光纖線路比較短，當(dāng)OTDR動(dòng)態(tài)范圍可以測(cè)試到多個(gè)變電站所連接的光纖時(shí)，要想進(jìn)一步連續(xù)測(cè)試光纖段，就可以運(yùn)用跨段測(cè)試法?？缍螠y(cè)試是基本檢測(cè)方法，其他方法的測(cè)試原理都是建立在它之上的。

跨段測(cè)試，即遵循波分復(fù)用的原理，對(duì)光波的合波、分波情況進(jìn)行密切測(cè)試。首先，對(duì)于監(jiān)測(cè)站而言，系統(tǒng)能夠把OTDR卡發(fā)射的測(cè)試光波以及用戶使用的光波復(fù)合，當(dāng)兩者成為融于一體的復(fù)合波之后，再開(kāi)始在光纖上傳輸；其次，當(dāng)復(fù)合波傳輸?shù)狡渌冸娬緯r(shí)，可以將復(fù)合波分解之后使用，分離出用戶的工作波，將此工作波進(jìn)行光處理，而OTDR卡發(fā)射的測(cè)試光波則依然向下傳遞；最后，在光纖傳輸?shù)恼麄€(gè)過(guò)程中，如果衰減或者熔接點(diǎn)存在的缺陷比較明顯，監(jiān)測(cè)站的OTDR卡就能夠通過(guò)搜集背向散射光，對(duì)光纖傳輸品質(zhì)進(jìn)行分析，準(zhǔn)確定位其故障位置。合波、分波的過(guò)程遵從固定順序，交替進(jìn)行，從而完成光纜的全部測(cè)試工作。

2雙向測(cè)試

雙向測(cè)試是對(duì)某些特別長(zhǎng)的光纖進(jìn)行測(cè)試時(shí)，可在光纖的兩端用兩個(gè)監(jiān)測(cè)站，一起測(cè)試該光纜，最后將測(cè)試得出的波形進(jìn)行準(zhǔn)確匹配，獲得本段光纜的測(cè)試數(shù)據(jù)。對(duì)超長(zhǎng)光纜進(jìn)行維護(hù)時(shí)，對(duì)于某些光功率很小的OTDR卡來(lái)說(shuō)，其動(dòng)態(tài)范圍要想達(dá)到測(cè)距的實(shí)際需要比較困難，可采取以下方法進(jìn)行解決：替換光功率很小的OTDR卡，購(gòu)買光功率相對(duì)較大的OTDR卡；選擇雙向測(cè)試法。一般情況下，如果OTDR卡的光功率的增加之后能夠達(dá)到相關(guān)測(cè)試的要求，就可以選擇此方法進(jìn)行測(cè)試；如果OTDR卡的光功率的增加之后，無(wú)法達(dá)到相關(guān)測(cè)試的要求，就只能運(yùn)用雙向測(cè)試法。

3遠(yuǎn)端光開(kāi)關(guān)級(jí)聯(lián)測(cè)試

網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)可以采用遠(yuǎn)程光開(kāi)關(guān)級(jí)聯(lián)的方式，原理是將監(jiān)測(cè)站中的光開(kāi)關(guān)延伸到遠(yuǎn)端、帶分支的變電站，如圖2所示。

對(duì)于放射狀的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)而言，使用遠(yuǎn)端光開(kāi)關(guān)切換站的方法，構(gòu)建監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，通過(guò)切換遠(yuǎn)端光開(kāi)關(guān)，能夠?qū)y(cè)試光切換到不同的光纖上，對(duì)不同光纜進(jìn)行監(jiān)測(cè)。

四、系統(tǒng)功能和特點(diǎn)

通常來(lái)講，系統(tǒng)的主要功能主要包括下列方面：全面管理光纖傳輸網(wǎng)絡(luò)；全面監(jiān)測(cè)光纖傳輸網(wǎng)絡(luò)的光設(shè)備、接頭盒內(nèi)的熔接點(diǎn)以及光纖等；對(duì)在線光纖的傳輸品質(zhì)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，分析光纖的傳輸質(zhì)量，做出監(jiān)測(cè)報(bào)告，對(duì)于某些存在故障隱患的光纖，可及時(shí)發(fā)出故障預(yù)警；將光纖在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)和GIS進(jìn)行有機(jī)結(jié)合，一旦光纖傳輸系統(tǒng)發(fā)生故障、中斷，可準(zhǔn)確定位，用多種方法將故障信息告知線路維護(hù)人員，以便搶修，減少線路中斷時(shí)間；不僅具有定制測(cè)試、故障告警聯(lián)動(dòng)測(cè)試等功能，還具有手動(dòng)測(cè)試功能，方便線路維護(hù)人員在維護(hù)中隨時(shí)對(duì)線路的實(shí)際情況進(jìn)行測(cè)試。

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