光纖自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用VIP

1、光纖自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用尤天晴(東北電力設(shè)計(jì)院 長春130012)摘 要: 本文對(duì)光纖自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的組成、功能以及監(jiān)測(cè)方式進(jìn)行了介紹，對(duì)光纖自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)監(jiān)測(cè)范圍進(jìn)行了參數(shù)分析和理論計(jì)算，對(duì)光纖自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在東北電力系統(tǒng)中的應(yīng)用進(jìn)行了簡(jiǎn)要闡述，提出了光纖自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的建設(shè)設(shè)想，為光纖自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的建立提供了理論參考和依據(jù)。關(guān)鍵詞: 光纖自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng) 監(jiān)測(cè)范圍 建設(shè)設(shè)想 理論參考1 引言光纖網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)成為電力系統(tǒng)各種通信業(yè)務(wù)的主要承載平臺(tái)，電力調(diào)度電話、遠(yuǎn)動(dòng)、電量計(jì)費(fèi)、MIS管理信息系統(tǒng)、可視會(huì)議電話系統(tǒng)、繼電保護(hù)信息聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)、調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)系統(tǒng)等重要的生產(chǎn)、管理信息業(yè)務(wù)全部在光纖傳輸網(wǎng)上運(yùn)行

2、，光纖網(wǎng)絡(luò)在生產(chǎn)和管理方面具有十分重要的地位和作用。如果光纜發(fā)生阻斷，由于其大容量的特點(diǎn)，所承載的業(yè)務(wù)很難全部倒換到備用電路，所以在光纜發(fā)生阻斷時(shí)，如何能夠及時(shí)而且迅速的發(fā)現(xiàn)光纜的故障點(diǎn)，縮短恢復(fù)時(shí)間，將直接關(guān)系到電力系統(tǒng)通信網(wǎng)的安全和穩(wěn)定，直接關(guān)系到電力系統(tǒng)的安全生產(chǎn)。在日常的運(yùn)行維護(hù)過程中，光纜傳輸性能下降或者阻斷的時(shí)候，只有傳輸設(shè)備發(fā)生告警、傳輸設(shè)備所承載的業(yè)務(wù)發(fā)生中斷的時(shí)候才能被運(yùn)行維護(hù)人員發(fā)現(xiàn)，然后運(yùn)行維護(hù)人員通過使用OTDR儀表測(cè)試結(jié)果與光纜的竣工資料對(duì)比才能發(fā)現(xiàn)故障點(diǎn)，并到現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行故障的搶修。這種原始的維護(hù)光纜的方式存在許多方面的不足：a) 維護(hù)始終處于被動(dòng)方式，只有光纜發(fā)生阻斷

3、，影響業(yè)務(wù)的傳送才能被發(fā)現(xiàn)并處理。b) 延長故障定位時(shí)間和故障定位不準(zhǔn)確，OTDR測(cè)試完畢后需要在竣工資料上進(jìn)行查找換算才能定位。c) 光纜性能發(fā)生緩慢劣化的時(shí)候不能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)，造成了性能的繼續(xù)劣化和范圍的擴(kuò)大，造成維護(hù)的被動(dòng)。光纖自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是以O(shè)TDR測(cè)試技術(shù)為基礎(chǔ)，結(jié)合了計(jì)算機(jī)技術(shù)、軟件技術(shù)等方面的集成系統(tǒng)，采用先進(jìn)的光纖測(cè)試、高階運(yùn)算分析模式、數(shù)據(jù)庫、光纖隨路控制、地理信息接口、實(shí)時(shí)告警監(jiān)測(cè)、INTERNET瀏覽等技術(shù)，將光纖測(cè)試、光纜網(wǎng)絡(luò)管理、分析統(tǒng)計(jì)、告警與維護(hù)機(jī)制全方位整合在系統(tǒng)中。這一系統(tǒng)的應(yīng)用不僅可以及時(shí)準(zhǔn)確地報(bào)告突發(fā)性光纜故障，有效縮短故障歷時(shí)，而且能夠通過對(duì)多重門限和數(shù)據(jù)

4、庫資料的分析，及時(shí)發(fā)現(xiàn)隱含的、尚未但將會(huì)造成通信阻斷的潛在故障，并進(jìn)行準(zhǔn)確的預(yù)告，從而做到提前維護(hù)，并減少光纜阻斷次數(shù)。系統(tǒng)還能夠通過原始資料的錄入和每天基本的周期測(cè)量形成一個(gè)完整的數(shù)據(jù)庫，為相關(guān)部門提供一個(gè)有效的光纜網(wǎng)絡(luò)的管理手段，可以提高光纜的運(yùn)維和管理水平。2 光纖監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的組成及功能2.1 系統(tǒng)組成光纖自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是電信管理網(wǎng)（TMN）中傳輸系統(tǒng)管理子網(wǎng)的一個(gè)系統(tǒng)，由監(jiān)測(cè)中心和監(jiān)測(cè)站組成。監(jiān)測(cè)中心由主機(jī)、終端、網(wǎng)絡(luò)通信設(shè)備、數(shù)據(jù)輸出設(shè)備和專用管理軟件等組成。監(jiān)測(cè)站包括遠(yuǎn)程測(cè)試站、遠(yuǎn)程測(cè)試轉(zhuǎn)接站和對(duì)端站。監(jiān)測(cè)系統(tǒng)組成如圖1所示。MCRTURTURTU監(jiān)測(cè)站3監(jiān)測(cè)站2監(jiān)測(cè)站1監(jiān)測(cè)中心圖 1

5、 監(jiān)測(cè)系統(tǒng)組成圖2.2 系統(tǒng)功能a) 監(jiān)測(cè)中心（MC）功能要求設(shè)置與修改MS中程控光開關(guān)端口的序號(hào)與各被監(jiān)測(cè)光纜中繼段中被監(jiān)測(cè)光纖序號(hào)的一一對(duì)應(yīng)關(guān)系；設(shè)置并管理省內(nèi)各MS的密碼；設(shè)置與修改并遠(yuǎn)程下裝各監(jiān)測(cè)站在點(diǎn)名測(cè)試、定期測(cè)試和障礙告警時(shí)OTDR模塊和程控光開關(guān)的參數(shù)和狀態(tài)。對(duì)MS發(fā)出告警信號(hào)的響應(yīng)；數(shù)據(jù)文件回傳；b) 操作維護(hù)管理系統(tǒng)（OAM）功能要求操作維護(hù)管理系統(tǒng)對(duì)光纜線路中被監(jiān)測(cè)光纖的狀況進(jìn)行監(jiān)測(cè)，而且能方便地構(gòu)成OSI計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，人機(jī)界面友好，具有漢字支持能力，安裝容易，使用方便，與多種操作系統(tǒng)兼容，自治運(yùn)行。并具有如下功能：應(yīng)用功能；性能管理功能；障礙（維護(hù)）管理功能；配置管理功能

6、；安全管理功能。3 監(jiān)測(cè)方式的選擇3.1 監(jiān)測(cè)觸發(fā)方式按監(jiān)測(cè)觸發(fā)方式，監(jiān)測(cè)系統(tǒng)主要有點(diǎn)名測(cè)試方式、故障告警測(cè)試方式和定期測(cè)試方式幾種。a) 點(diǎn)名測(cè)試方式根據(jù)光纜運(yùn)行狀況，由維護(hù)人員對(duì)某條光纜鏈路進(jìn)行測(cè)試。b) 故障告警測(cè)試方式采用光功率監(jiān)測(cè)模塊（OPM）檢測(cè)被測(cè)光纖的收光功率，如果收光功率異常，則啟動(dòng)測(cè)試。故障告警測(cè)試方式可以備纖監(jiān)測(cè)，即通過光源向備纖發(fā)射功率穩(wěn)定的測(cè)試光，檢測(cè)光功率，也可以在線監(jiān)測(cè)，即采用分光器從業(yè)務(wù)光纖中提取光功率。備纖監(jiān)測(cè)需要額外占用光纖資源，在線監(jiān)測(cè)的缺點(diǎn)是傳輸系統(tǒng)增加了光器件（分光器），使傳輸系統(tǒng)的可靠性有所下降，而且在系統(tǒng)建設(shè)時(shí)，需要割接業(yè)務(wù)光纖，會(huì)造成業(yè)務(wù)中斷，可

7、操作性差。兩種測(cè)試方式投資相當(dāng)。c) 定期測(cè)試方式即周期性測(cè)試方案，系統(tǒng)針對(duì)監(jiān)測(cè)范圍內(nèi)的光纜網(wǎng)絡(luò)中的每一條或每一組光纜段，逐一選擇相應(yīng)的光纖測(cè)試鏈路，啟動(dòng)OTDR進(jìn)行測(cè)試，判斷當(dāng)前測(cè)試的光纜段是否有故障。定期測(cè)試方式的優(yōu)勢(shì)在于成本低，除了OTDR測(cè)試模塊和光開關(guān)，不需要再設(shè)置其它硬件，缺點(diǎn)是若測(cè)試周期長，則無法及時(shí)發(fā)現(xiàn)光纜故障，若測(cè)試周期短，將大大降低ODTR測(cè)試模塊的使用壽命。3.2 監(jiān)測(cè)光路連接方式按監(jiān)測(cè)光路的連接方式，監(jiān)測(cè)系統(tǒng)主要有在線監(jiān)測(cè)方式和備纖監(jiān)測(cè)方式。a) 在線監(jiān)測(cè)方式在線監(jiān)測(cè)利用波分復(fù)用技術(shù)，將測(cè)試波同工作波復(fù)用到一起，利用光纖傳輸復(fù)用波來進(jìn)行測(cè)試的一種方法。在線監(jiān)測(cè)的優(yōu)點(diǎn)是可

8、以直接反映使用纖芯的情況，缺點(diǎn)是：增加WDM模塊分合波，同時(shí)還要在設(shè)備之前增加FILTER模塊濾掉OTDR的雜光，這些光器件會(huì)使系統(tǒng)成本增加；增加的光器件會(huì)給系統(tǒng)引入插損和故障點(diǎn)，對(duì)傳輸系統(tǒng)的性能和可靠性有潛在影響。同時(shí)，當(dāng)OTDR啟動(dòng)測(cè)試時(shí)，大功率的OTDR測(cè)試光和業(yè)務(wù)信號(hào)在同一介質(zhì)中傳輸，對(duì)在用業(yè)務(wù)有直接影響；建設(shè)光纖監(jiān)測(cè)系統(tǒng)時(shí)，需要割接承載業(yè)務(wù)的光纖，會(huì)中斷電路業(yè)務(wù)。b) 備纖監(jiān)測(cè)方式備纖監(jiān)測(cè)是對(duì)光纜中不承載用戶業(yè)務(wù)的光纖進(jìn)行測(cè)試，進(jìn)而達(dá)到對(duì)整根光纜的性能進(jìn)行監(jiān)測(cè)的一種方法。測(cè)試鏈路獨(dú)享物理介質(zhì)，即測(cè)試光與傳輸業(yè)務(wù)在同一根光纜的不同纖芯中傳輸，測(cè)試光與業(yè)務(wù)光物理上隔離。備纖監(jiān)測(cè)的優(yōu)點(diǎn)是成

9、本低，組建方便，安全性高。缺點(diǎn)是：測(cè)試結(jié)果無法直接反映在用纖芯的情況；測(cè)試光需要占用被測(cè)光纜中的備纖。3.3 監(jiān)測(cè)觸發(fā)方式的選擇光纖自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)應(yīng)同時(shí)具備點(diǎn)名測(cè)試、故障告警測(cè)試和定期測(cè)試三種監(jiān)測(cè)觸發(fā)方式。正常情況下采用備纖的故障告警測(cè)試方式，光纜鏈路故障時(shí)觸發(fā)監(jiān)測(cè)。同時(shí)，采用定期的輪詢測(cè)試方式，以監(jiān)測(cè)光纜的運(yùn)行狀況，并上傳光纜性能指標(biāo)，測(cè)試周期根據(jù)光纜網(wǎng)絡(luò)的性能狀況確定，并可以調(diào)整。此外，需要時(shí)，可以對(duì)個(gè)別光纜鏈路的性能進(jìn)行點(diǎn)名測(cè)試。3.4 監(jiān)測(cè)光纜連接方式的選擇一般來講，一根光纜里的所有纖芯，不論是否使用，其受環(huán)境影響的程度和物理特性的變化大致相同，例如：外力作用、濕氣滲透、線路受潮或線路斷

10、損等，所表現(xiàn)出的性能數(shù)據(jù)的改變情況基本相同。因此通過測(cè)試備纖的性能基本上可以反映整根光纜包括工作光纖的性能。根據(jù)相關(guān)統(tǒng)計(jì)結(jié)果，大約有90的光纜故障會(huì)影響光纜中的所有纖芯。因此測(cè)試了光纜中的一根纖芯，就基本上可以間接反映出整根光纜的情況。因此，考慮到電力系統(tǒng)中光纜鏈路光纖資源富裕較多，且備纖測(cè)試投資低、安全性高，因此，電力系統(tǒng)一般采用備纖監(jiān)測(cè)方式進(jìn)行光纜的自動(dòng)監(jiān)測(cè)。4 光纖自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)性能指標(biāo)計(jì)算光纜線路自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)監(jiān)測(cè)范圍應(yīng)根據(jù)OTDR模塊動(dòng)態(tài)范圍、測(cè)試時(shí)所需脈沖寬度、光纜衰減系數(shù)、測(cè)試光路上各種元器件的介入損耗以及測(cè)試精度富余度進(jìn)行計(jì)算。光纖自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的最大監(jiān)測(cè)長度的計(jì)算，采用最壞值設(shè)計(jì)法

11、計(jì)算，即所有參數(shù)都按最壞值考慮。根據(jù)信息產(chǎn)業(yè)部YD/T 50662005光纜線路自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)工程設(shè)計(jì)規(guī)范，光纖自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)長度按下式計(jì)算：式中L自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)最大監(jiān)測(cè)光路長度（km）；POTDR的動(dòng)態(tài)范圍（dB）；Ac監(jiān)測(cè)光路中的介入器件損耗，包括WDM的接入損耗，光開關(guān)的接入損耗，跳線活接頭的接入損耗等（dB）；MC光纜線路富余度（dB）；Ma監(jiān)測(cè)系統(tǒng)OTDR測(cè)試精度富余度（dB）；Af被測(cè)光纖平均衰減系數(shù)（dB/km）；As被測(cè)光纖的接頭平均衰減系數(shù)（dB/km）。一般情況下，被測(cè)光纖及接頭的平均衰減系數(shù)按0.25dB/km計(jì)算（1550nm波長），光纜富余度指標(biāo)，光纜長度75km以內(nèi)

12、為3dB，75km125km為5dB，OTDR測(cè)試精度富余度取35dB，介入器件損耗需根據(jù)介入器件的數(shù)量和單個(gè)損耗大小疊加考慮。根據(jù)以上計(jì)算公式及參數(shù)取值，可求出典型的OTDR動(dòng)態(tài)范圍內(nèi)的最大監(jiān)測(cè)光路長度，詳見表1。最大監(jiān)測(cè)光路長度計(jì)算表表15 電力系統(tǒng)中的應(yīng)用及發(fā)展前景吉林省光纖自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)已將長春-吉林段、長春市220kV環(huán)網(wǎng)段、吉林市220kV環(huán)網(wǎng)段、吉林-豐滿廠段、長春變-公主嶺變段、合德線段、德農(nóng)線段、德-五-榆段、德-前郭段光纜作為被監(jiān)測(cè)光纜，其中包含環(huán)狀、星狀等混合光纜結(jié)構(gòu)，共監(jiān)測(cè)光纜875公里。監(jiān)測(cè)方式采用備纖光功率實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和在線光功率實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)相結(jié)合的方式。吉林省電力公司設(shè)置了

13、省級(jí)監(jiān)測(cè)中心，長春、吉林供電公司分別設(shè)置地區(qū)監(jiān)測(cè)中心。在長春變、哈達(dá)灣變和德惠變分別設(shè)置了一臺(tái)監(jiān)測(cè)站，其中，長春變配置工作波長為1625nm的OTDR，用于光纖在線監(jiān)測(cè)，哈達(dá)灣變和德惠變均配置工作波長1550nm的OTDR，用于光纖備纖監(jiān)測(cè)。光纜線路監(jiān)測(cè)系統(tǒng)主通信通道為利用ATM網(wǎng)絡(luò)的以太網(wǎng)方式，當(dāng)主通信接口無法連接時(shí)，自動(dòng)倒換，采用PSTN進(jìn)行連接。遼寧省遼陽供電公司將遼陽供電公司-首山變-遼陽縣農(nóng)電局-鞍山局段、遼陽供電公司-太子河供電局-宏偉農(nóng)電局-遼化動(dòng)力車間-峨嵋變-屯南變-耿家變-弓長嶺農(nóng)電局-本溪北臺(tái)變段以及遼陽供電公司-太子河供電局-新城變-迎水寺變-燈塔農(nóng)電局-燈塔變段納入光

14、纖自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，監(jiān)測(cè)方式采用備纖光功率實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)方式。遼陽供電公司設(shè)置為區(qū)域監(jiān)測(cè)中心，在遼陽供電公司、耿家變、鐵一變各設(shè)置了一臺(tái)監(jiān)測(cè)站，均配置工作波長為1550nm的OTDR，用于光纖備纖監(jiān)測(cè)。光纜線路監(jiān)測(cè)系統(tǒng)主通信通道為利用SDH電路的以太網(wǎng)接口，當(dāng)主通信接口無法連接時(shí)，自動(dòng)倒換，采用PSTN進(jìn)行連接。隨著電力系統(tǒng)的發(fā)展，電力光纖網(wǎng)絡(luò)將更加龐大和復(fù)雜，為提高光纜網(wǎng)絡(luò)維護(hù)的自動(dòng)化水平，縮短網(wǎng)絡(luò)恢復(fù)時(shí)間，光纖自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)將逐漸的推廣應(yīng)用。吉林電力正在籌備開展光纖自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的二期擴(kuò)建，遼寧電力公司將遼陽供電公司的光纖自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)作為試點(diǎn)后，在資金允許的情況下，將逐步在遼寧省全省范圍內(nèi)建立光纖自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。6 結(jié)束語光纖自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)作為一種先進(jìn)