電力系統光纖傳輸網絡在線監測系統的實施探索

（國網南充供電公司信通分公司，四川 南充 637000）

電力系統光纖傳輸網絡在線監測系統的實施探索

謝繼明

（國網南充供電公司信通分公司，四川 南充 637000）

對于電力系統的生產安全和高效運行來講，光纖傳輸網絡是其正常運行的有力保障，過去習慣于人工加儀器的線路運行維護方式，但是在對光纖網絡的傳輸性能和管理維護自動化要求不斷提高的當今社會，過去的方式已經遠遠不能滿足這方面的要求。本文主要研究一種電力系統光纖傳輸網絡的在線監測方案，即根據OTDR測試技術，將WDM技術和GIS技術相結合的方案，目的在于為電力系統通信調度部門對光纖傳輸網絡的日常維護提供一個自動化的監測維護平臺。

電力系統；光纖傳輸網絡；在線監測；光時域反射儀；波分復用

最近幾年，我國社會經濟得到了很大程度的發展，因此電力通信網規模也有了很大程度的擴展，由于通信網絡結構十分復雜，因而形成了以光纖通信為主的主網架。由于光纖通信的容量較大，所以一旦其發生故障，中斷時間較長，就會引起較大的損失，因此，光纖線路的在線監測與管理維護的自動化開始受到越來越多人的關注。

一、測試基本原理

1光時域反射儀（OTDR）測試原理

由于光纖摻雜沒有均勻性，且自身有很多不足之處，因此在光子作用下，就無法產生散射現象。光脈沖通過光纖傳輸時，處于光纖方向上的每個點都會有散射現象，如果光纖有缺陷斷裂面，就會形成菲涅爾反射現象，其強弱程度和通過此處的光功率有正相關關系，不夠光功率的變化，和光纖衰減情況有很大關系。由此可見，光纖各個點的衰減直接影響光纖強弱，因為散射的方向不定，反射光會有較大的反射角，所以無論是散射光或者反射光，總有部分光會通過光纖孔徑角，再反向輸送到輸入端。而OTDR測試技術的主要功能便是通過分析測試波的背向散射光，隨著時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。

被測試光纖的背向散射曲線有兩方面的內容，一是反映光纖傳輸的光波因為受到折射的影響，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，會在背向散射曲線中根據曲線特性的突然變化，造成相關事件反映。

2波分復用（WDM）原理

WDM技術，即將兩種以上、具有不同波長光信號通過合波器在發送端集中在一起，然后傳輸在光線路中的同一根光纖當中；分波端可以在接收端分離不同程度波長的光波，通過光接收機進一步處理光波，使原信號得以恢復。

光纖在線監測系統中，為了完成測試工作，在不影響正常通信的基礎上，根據波分復用原理，通常情況下，1625nm的測試波在波分復用的原理條件下，可通過合波器加載到光纖線路上，從而很好的完成測試；光波在在子站被分離復合時，系統工作波便會自動進入相應的光設備，進行處理，如此循環，測試波就會依次向下傳遞。光纖測試原理如圖1所示。

二、光線在線監測系統組成

1系統組成

電力系統光纖在線監測系統包括監測站、通信網絡、監測中心三大部分，每個部分都有其各自功能。監測站的主要任務便是監測光纖網絡中需要受到監測的光纖，在監視的基礎上使光纖網的運行受到嚴格控制；通信網絡的主要任務是實現各個監測站和監測中心之間以及各個監測站之間的實時通信；監測中心的主要任務是管理本管理區域內部的監測站，而不同監測站的管理、控制命令主要是通過服務器下發到對應站點的。

2監測站

通常來說，監測站的主要工作是測試線路功能是否正常。一些會處于局中心機房，一些會處于某些變電站中。一般情況下，監測站的具體位置、具體數量的決定性因素是傳輸網絡的拓撲，傳輸網絡拓撲的配置及其功能主要是：主控模塊主要為OTDR提供插槽，而且能夠實現和光功率監測模塊的實時通信，在此基礎上，驅動光開關以及OTDR卡，從而完成測試功能；OTDR測試卡可以實現與之對應的相關測試功能；分光器或者光功率監測模塊可以對光功率進行實時監測，如果光功率低于用戶設定的門限值，就會主動向主控模塊發出告警通知，進行測試；波分復用或者光開關模塊主要負責切換，在監測到光功率的告警通知時，就會主動把測試光及時切換到指定光路。

圖1 利用波分復用原理構建的測試系統

圖2 帶有分支的光纖傳輸網絡結構示意圖

3監測中心

作為系統的核心部分，監測中心的主要任務是對監測站進行有效管理、維護。由于監測站的所有控制權限都是由監測中心獨自掌握、具備的，因此監測中心能夠對監測站實現遠程控制，展開有效、全面的監測工作。將監測中心和GIS系統有機結合在一起，就可利用相關地理信息，對故障點進行準確、快速的定位；除此之外，監測中心要對光纖傳輸網絡中的多種資源進行規范管理，使資源管理達到自動化水平。監測中心的硬件設備主要包括數據庫服務器、系統應用服務器、系統資源管理工作站以及語音卡。

三、常見測試方式

根據測試路由的特征，可以將測試方法分為三種，即跨段測試、雙向測試以及遠端光開關級聯測試。

1跨段測試

假如系統測試的光纖線路比較短，當OTDR動態范圍可以測試到多個變電站所連接的光纖時，要想進一步連續測試光纖段，就可以運用跨段測試法。跨段測試是基本檢測方法，其他方法的測試原理都是建立在它之上的。

跨段測試，即遵循波分復用的原理，對光波的合波、分波情況進行密切測試。首先，對于監測站而言，系統能夠把OTDR卡發射的測試光波以及用戶使用的光波復合，當兩者成為融于一體的復合波之后，再開始在光纖上傳輸；其次，當復合波傳輸到其他變電站時，可以將復合波分解之后使用，分離出用戶的工作波，將此工作波進行光處理，而OTDR卡發射的測試光波則依然向下傳遞；最后，在光纖傳輸的整個過程中，如果衰減或者熔接點存在的缺陷比較明顯，監測站的OTDR卡就能夠通過搜集背向散射光，對光纖傳輸品質進行分析，準確定位其故障位置。合波、分波的過程遵從固定順序，交替進行，從而完成光纜的全部測試工作。

2雙向測試

雙向測試是對某些特別長的光纖進行測試時，可在光纖的兩端用兩個監測站，一起測試該光纜，最后將測試得出的波形進行準確匹配，獲得本段光纜的測試數據。對超長光纜進行維護時，對于某些光功率很小的OTDR卡來說，其動態范圍要想達到測距的實際需要比較困難，可采取以下方法進行解決：替換光功率很小的OTDR卡，購買光功率相對較大的OTDR卡；選擇雙向測試法。一般情況下，如果OTDR卡的光功率的增加之后能夠達到相關測試的要求，就可以選擇此方法進行測試；如果OTDR卡的光功率的增加之后，無法達到相關測試的要求，就只能運用雙向測試法。

3遠端光開關級聯測試

網絡拓撲結構可以采用遠程光開關級聯的方式，原理是將監測站中的光開關延伸到遠端、帶分支的變電站，如圖2所示。

對于放射狀的網絡拓撲結構而言，使用遠端光開關切換站的方法，構建監測系統，通過切換遠端光開關，能夠將測試光切換到不同的光纖上，對不同光纜進行監測。

四、系統功能和特點

通常來講，系統的主要功能主要包括下列方面：全面管理光纖傳輸網絡；全面監測光纖傳輸網絡的光設備、接頭盒內的熔接點以及光纖等；對在線光纖的傳輸品質進行實時監測，分析光纖的傳輸質量，做出監測報告，對于某些存在故障隱患的光纖，可及時發出故障預警；將光纖在線監測系統和GIS進行有機結合，一旦光纖傳輸系統發生故障、中斷，可準確定位，用多種方法將故障信息告知線路維護人員，以便搶修，減少線路中斷時間；不僅具有定制測試、故障告警聯動測試等功能，還具有手動測試功能，方便線路維護人員在維護中隨時對線路的實際情況進行測試。

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