蒙西電網(wǎng)光纜智能運維方式的應用

馬濤 張永宏 王懿 代澤薈 馬家駿

（鄂爾多斯電業(yè)局 內(nèi)蒙古自治區(qū)鄂爾多斯市 017010）

目前電力通信光纜運維仍然以人工運維方式為主，電力通信網(wǎng)中的光纜類故障基本都需要搶修人員趕赴現(xiàn)場進行處理，蒙西地區(qū)地理形貌和氣候狀況復雜，雨雪冰凍、大風、沙塵暴等自然災害時有發(fā)生，對電力通信光纜的安全穩(wěn)定運行構成極大威脅，加之電力通信光纜網(wǎng)絡情況比較復雜，站點位置分布范圍比較廣，部分站點位置偏僻、交通不便，給人工運維也帶來很大困難，運維成本居高不下，亟需探索遠程化、智能化的電力光纜運維新方式。

1 人工運維方式

目前電力光纜網(wǎng)絡的運行維護主要還是采用人工方式，由于這種方式費時費力，且易受地理環(huán)境、交通狀況、氣候條件等因素制約，無法滿足電力通信網(wǎng)安全可靠、經(jīng)濟高效、實時性的要求。尤其對于主干電力通信網(wǎng)，其上承載有重要業(yè)務，對電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行具有重大影響，一旦發(fā)生故障，需要迅速進行排查和處理，避免造成重大損失。

電力光纜的運維工作主要包括光纜資源信息收集和光纜故障搶修兩大部分。以往，電力部門每年只能對轄區(qū)內(nèi)的光纜安排一輪巡檢和信息收集，無法保證及時發(fā)現(xiàn)光纜隱患。當通信調(diào)度值班人員發(fā)現(xiàn)光纜出現(xiàn)故障時，需要通知搶修人員駕車趕往現(xiàn)場，故障搶修工作首先需要確定光纜故障點的位置，對于簡單地表光纜故障點的位置比較容易判斷，而對于復雜地表光纜故障、直埋光纜故障、隱形光纜故障點位置判斷非常困難，由于人工收集的光纜長度數(shù)據(jù)與光纜實際敷設長度有時會存在差異，同時受測試誤差和缺乏準確參照點的影響，查找過程中往往需要劃定較大區(qū)域進行逐一判斷，另一方面，由于實際工作中很難憑肉眼對光纜進行直觀識別，且存在光纜吊牌脫落、敷設路徑變更、光纜名稱改變等現(xiàn)象，造成需要長距離梳理才能完成某一條光纜的識別，導致確定光纜實際故障點位置變得非常復雜，為此，光纜故障搶修工作需要投入大量經(jīng)驗豐富的人員和時間進行光纜故障點查找。平時還需要根據(jù)光纜資源的分布情況，就近安排運維人員對光纜進行日常巡線，通過肉眼觀察光纜運行狀況，這種方式需要消耗大量人力物力，且收效甚微。

總體來看，電力光纜的人工運維方式主要面臨以下幾個問題：

（1）通信站點數(shù)量多，光纜分布范圍廣，運維不方便；

（2）光纖性能數(shù)據(jù)的獲取費時費力；

（3）光纜資源信息管理效率低，無法保證時效性；

（4）光纜故障點定位工作量大，故障處理耗時長。

長期以來，運行維護人員一直通過簡單的儀器及自身經(jīng)驗進行電力光纜的維護，惡劣的自然環(huán)境和頻繁的外界強力破壞，導致光纜的維護工作異常艱難、繁瑣且效率低下，運行維護人員承受著很大的工作壓力和高負荷的工作量。以鄂爾多斯電業(yè)局為例，通信光纜網(wǎng)絡日趨復雜，而維護路途遙遠，運維任務越來越繁重，運維困難度越來越大，因此，改變現(xiàn)有的人工運維方式顯得十分必要。

圖1：智能光配系統(tǒng)結(jié)構圖

圖2：站點基礎信息

2 智能運維方式

本節(jié)主要闡述基于智能光配系統(tǒng)的光纜智能運維方式，該系統(tǒng)通過硬件和軟件的有機結(jié)合，可以實現(xiàn)通信光纜纖芯遠程倒換、纖芯自動測試和巡檢、光纜故障點遠程定位、纖芯資源遠程管理和調(diào)配等功能。

2.1 系統(tǒng)構成

智能光配系統(tǒng)由智能光配終端和電力光纜網(wǎng)絡管理平臺組成。在變電站安裝智能光配終端，通過尾纖連接原有ODF 架及光傳輸設備，采用RJ-45 網(wǎng)絡接口與電力通信網(wǎng)的SDH 光傳輸設備或數(shù)據(jù)通信網(wǎng)設備連接，并通過電力通信傳輸網(wǎng)或數(shù)據(jù)通信網(wǎng)接入電力光纜網(wǎng)絡管理平臺。電力光纜網(wǎng)絡管理平臺部署在通信調(diào)度機房，采用C/S 架構，平臺功能實現(xiàn)的核心部分及大量的應用程序存儲在服務器上，客戶機上僅安裝客戶端軟件、數(shù)據(jù)庫等，這種設計有利于平臺互聯(lián)數(shù)據(jù)的融合和功能應用的二次開發(fā)。智能光配系統(tǒng)結(jié)構圖如圖1 所示。

智能光配終端的主要功能是串接光纜纖芯、執(zhí)行纖芯倒換動作、采集設備和光纜信息。它主要依靠伺服電機控制機械手臂，精確捕捉纖芯連接器完成一系列機械操作實現(xiàn)纖芯倒換，內(nèi)部集成了光源、光功率計、OMS、OTDR 等設備模塊，利用現(xiàn)有的技術擴展遠程監(jiān)測功能，進一步實現(xiàn)光纜運維方式的自動化、智能化。電力光纜網(wǎng)絡管理平臺的主要功能是發(fā)送纖芯倒換指令、確認和處理告警，以及管理光纜信息、設置光纜測試和巡檢等工作。智能光配系統(tǒng)通過軟件和硬件的密切配合，遠程收集光纜纖芯衰耗等運行信息，實時監(jiān)測纖芯運行狀況，并回傳給通信調(diào)度中心，當在運纖芯發(fā)生故障時，還可以遠程發(fā)送指令完成故障纖芯和備用纖芯的倒換，由此實現(xiàn)對電力光纜全節(jié)點的遠程管理和維護。

2.2 系統(tǒng)應用

2.2.1 光纜資源管理

通過電力光纜網(wǎng)絡管理平臺，可以對光纜資源進行統(tǒng)一管理，當站點智能光配終端接入后，可以在網(wǎng)管拓撲界面添加該站點，并錄入站點信息，包括站點名稱、電壓等級、站點區(qū)域、設備容量、設備型號、安裝日期、光纜數(shù)量、光口數(shù)量、IP、OTDR 模塊IP 等，還可以錄入該站點的光纜信息，包括光纜起點、終點、長度、芯數(shù)、載荷等信息。如圖2 和圖3 所示。

2.2.2 光纜纖芯遠程倒換

智能光配終端主要由纖芯交換模塊完成纖芯的倒換動作，可以在本端通信接口模塊通過PC 登陸（需獲取相關權限）控制纖芯倒換和查看纖芯連接數(shù)據(jù)，也可以通過電力光纜網(wǎng)管平臺進行遠程操作，將發(fā)生故障的纖芯承載的業(yè)務倒換到備用纖芯。結(jié)合OMS 模塊的自動切換功能，當纖芯發(fā)生故障時，可以將業(yè)務自動倒換到預先設置的備用纖芯。

纖芯的遠程倒換是在光纜纖芯信息界面中完成的，該界面展示了光纜兩端的纖芯使用明細、承載業(yè)務名稱、ODF 端口、接入光端機接口等信息。如圖4 所示。

2.2.3 光纜纖芯測試巡檢管理

智能光配系統(tǒng)提供了強大的光纜纖芯測試巡檢管理功能，可以調(diào)用光源、OTDR 和光功率模塊對光纜備用纖芯進行測試。如圖5所示。

智能光配系統(tǒng)還引入了高效的光纜周期巡檢模式，可以根據(jù)月、季度、半年三種周期對光纜進行定期巡檢，改變了以往需要每年派人到站點對光纜進行逐芯測試的模式，大大縮短了巡檢周期，擴大了巡檢覆蓋面，降低了人為失誤率，光纜的巡檢效率得到了巨大提升，確保能夠及時發(fā)現(xiàn)光纜隱患。如圖6 所示。

圖3：站點光纜信息

圖4：光纜纖芯信息界面

圖5：光纜纖芯測試

智能光配系統(tǒng)還可以對光纜投運后每次巡檢獲取的信息進行記錄，分析光纜溫度、運行時間與衰耗的相關關系，幫助電力通信主管部門做好光纜健康狀況評估工作，實現(xiàn)對光纜故障預判預警功能。

2.3 系統(tǒng)安全

安全性是實現(xiàn)智能光配系統(tǒng)穩(wěn)定運行的基礎，電力光纜網(wǎng)絡管理平臺充分考慮安全風險。在技術上，電力光纜網(wǎng)絡管理平臺和智能光配終端采用加密通信，防止黑客入侵；在管理上，管理平臺操作流程嵌入了電力系統(tǒng)權限審批手續(xù)，防止誤操作。

3 經(jīng)濟效益分析

圖6：光纜周期巡檢設置

圖7：兩種運維方式業(yè)務恢復時間對比

采用智能運維方式能夠大大縮短因光纜故障引發(fā)的業(yè)務中斷恢復時間，保障電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運行。以一個110kV 無人值守變電站為例，若發(fā)生光纜故障，引發(fā)通信中斷，將導致站內(nèi)所有自動化、保護安控等數(shù)據(jù)無法上傳到調(diào)控中心，變電站將處于失控狀態(tài)運行，安全風險較大。若采用人工處理方式，需要搶修人員趕赴現(xiàn)場進行處理，業(yè)務平均恢復時間是15.32 小時，而采用基于智能光配系統(tǒng)的智能運維方式，通信調(diào)度人員只需在通信調(diào)度中心就可以完成纖芯倒換，業(yè)務平均恢復時間僅為1.68 小時，所用時間約為人工處理方式的1/9。尤其對于一些突發(fā)性災害，例如冰雪災害，受到地理環(huán)境、交通不便等因素影響，人員無法及時到達現(xiàn)場進行搶修，而智能光配系統(tǒng)可以避開這些不利因素，通過遠程倒換操作迅速恢復中斷業(yè)務。如圖7 所示。

采用基于智能光配系統(tǒng)的光纜運維方式后，還可以直接降低電力光纜維護工作量，減少維護費用支出，產(chǎn)生直接經(jīng)濟效益。人工運維情況下，通常每一百公里光纜需設置一個運行維護站，一臺車輛，一名技術工人，三名普通工人，配置若干工器具，主要工作為資源梳理、日常巡線、日常檢修和應急搶修，由于維護費用高，大部分光纜基本處于無維護狀態(tài)，只有在出現(xiàn)故障時，才會安排人員趕赴現(xiàn)場處理，導致業(yè)務中斷恢復時間往往無法預測。采用基于智能光配的光纜運維方式后，只需維持少量的光纜熔接人員，大部分故障都可以通過電力光纜網(wǎng)絡管理平臺進行遠程處理，確保中斷業(yè)務及時恢復，避免因業(yè)務中斷造成的經(jīng)濟損失，處理過程更加省時省力，節(jié)省的人力資源還可以投入其他工作，掌握其他工作技能，間接經(jīng)濟效益明顯。

4 結(jié)束語

本文介紹了基于智能光配系統(tǒng)的電力光纜智能運維方式在蒙西電網(wǎng)的應用，與傳統(tǒng)的人工運維方式相比，這種智能運維方式在光纜資源管理、光纜纖芯遠程倒換和光纜纖芯測試巡檢管理等方面的都有明顯優(yōu)勢，更能滿足智能電網(wǎng)對電力光纜安全穩(wěn)定運行的要求。

雖然智能光配系統(tǒng)在提高電力光纜網(wǎng)絡調(diào)整效率，縮短業(yè)務中斷恢復時間方面具有巨大的優(yōu)勢，這種優(yōu)勢主要通過電力光纜網(wǎng)絡管理平臺來實現(xiàn)，但是目前的管理平臺雖然具備光纜資源管理、纖芯遠程倒換、光纜纖芯測試巡檢等功能，但是隨著應用范圍的不斷擴大，管理平臺在光纜增量、光纜使用率等數(shù)據(jù)模型建立方面的功能和性能還不夠完善，在故障搶修、自動巡檢等方面的智能化支撐水平也還不夠深入。

此外，隨著電力通信光纜智能化運維方式的應用深入，現(xiàn)有的基于人工運維方式的電力通信光纜運維制度已經(jīng)無法滿足需要，亟需制定基于智能運維方式的電力通信光纜運維管理制度，這也是未來應用探索的方向。