電力光纖在線監測研究與應用研究

闞拓 傅衛弟

摘 要：電力系統的生產安全以及正常運行要靠電力系統光纖傳輸網絡運行的可靠性來保證。在現階段我國電力電纜在線運行的過程中，仍然存在潛在故障難以檢測以及故障處理手段滯后等問題。隨著電力光纜通訊網絡的大規模建設，光纜線路越來越長，網絡結構越來越復雜，光纜的維護與管理問題也日漸突出.該文從電力光纖在線監測系統開發及應用的實際情況出發，提出了利用OTDR測試技術，結合GIS等相關技術，提出了一種電力系統光纖傳輸網絡的在線監測方案。

關鍵詞：光纖在線監測 光時域反射儀 波分復用

中圖分類號：TM7 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2015）03（b）-0064-01

隨著我國產業結構的不斷升級換代，對數據通信的容量也提出了越來越高的要求，光纖通信在這個過程中發揮著舉足輕重的作用。只有重視了光纖線路的在線監測和管理維護的自動化水平才能保障電力系統的生產安全和穩定運行，實現在光纖線路傳輸性能下降時能夠及時預警，及早地發現故障并解決問題。

1 光纖傳輸網絡傳統維護方式的不足

1.1 檢測系統過分依賴人力

在傳統光纖網絡的監測過程中，相應的值班人員和維護人員是監測整個系統的主體。這樣一來，出現故障時，發現問題并采取行動的反應時間則完全依靠相關人員的素質。如果維護人員沒有及時配合行動，則會在極大程度上延誤搶修進度，影響整個通信系統的運行。

1.2 故障定位相對困難

傳輸系統自身配置的光設備能夠在光纖傳輸網絡出現故障時進行告警，但是當整個光傳輸系統出現故障時，該故障的定位就非常困難，因為問題可能來自光設備，也可能來源于各種連接設備的接觸不良，還有可能是分布于戶外的光纜遭到損壞等。

1.3 光設備具備較弱的預警能力

通信系統具有很高的可靠性和穩定性才能保障電力系統相關業務的正常運行，因此要求傳輸系統的預警機制更加完善。但是，光設備告警只有在線路中斷時才能發出告警信息，而無法正確預知光纖網絡傳輸性能的改變，不能真正發揮故障預警的作用。

基于上述原因和監測需要，我們在實踐基礎上提出了主要以波分復用原理為基礎，利用OTDR測試技術來完成的電力光纖傳輸網絡在線監測方案。

2 測試的基本措施

2.1 OTDR測試

光脈沖在沿光纖傳輸的過程中存在著缺陷以及不均勻性的摻雜，再加上光子的強烈作用，較易在光纖長度方向上的各點出現散射的現象。如：菲涅爾反射現象就是光纖內部的幾何缺陷斷裂面所引起的，該反射的強弱往往與光纖的衰減具有密切聯系，在很大程度上其強弱反映了光纖各點衰減的大小。光纖的傳輸性能由OTDR測試技術來測量，其測量方法是通過獲得測試波的背向散射光在光纖上隨時間的光功率分布曲線。

具體來說，OTDR曲線總體趨勢是向右下傾斜的，經過一段較遠距離的傳輸后，背向散射光的功率不斷減小的同時發射的背向散射信號也會出現一定衰減。被測試光纖的背向散射曲線主要有兩個作用。第一：及時反映在光纖傳輸中的光波因折射而造成的正常衰減。第二：通過曲線特性的突變監測光纖中物理接頭、熔接頭等可能出現問題的部分，以及同步反映光纖的彎曲情況。

在監測中心，將實時的OTDR測試曲線與對應此測試參數的參考曲線進行對比，技術人員通過分析可以得到該光纖在系統運行中的性能品質，之后再將分析獲得的數據分類存儲，為了滿足未來不同性能的分析需要，應當將多種測試參數條件下的參考曲線保存起來。

2.2 跨段測試

跨段測試方法對在線光纖進行測試所采用的基本方法，其他測試方法都是建立在該方法的基礎上。跨段測試方法在應用時需要具備兩個條件， 首先，待測試的光纖線路應當具有較短的距離。其次，在對多個變電站連接光纖的測試時可以根據OTDR的動態范圍來完成，在跨段測試時采用波分復用的基本原理，主要包括光波的合波和分波等一些過程來測試。在工作光波從光設備向下一個變電站傳遞的過程中與測試波進行復合，并將復合后的復合波在下一段光纖上進行傳輸，通過不斷進行合波和分波的過程，從而實現對整段光纜的測試。

2.3 GIS圖形顯示技術

在大型的光纖監測系統中需要配置GIS的圖形化技術，為了給系統資源管理提供良好的界面顯示和交互操作的環境，方便用戶檢索和資源數據的添加，刪除，編輯以及修改功能的完善，應當盡可能將光纜的各種線路資源，光纜資源，光纖路由以及光纖接續資源通過圖形的形式來展示。另外，對于系統中各種設備的名稱，地址，注釋信息，桿塔以及光纜等屬性可以依據實際情況進行修改和更新。總之，通過GIS智能地圖，不僅可以準確顯示光纜路由信息，還可以在實現斷線故障定位的基礎上完成光纖監測告警功能聯動。

2.4 告警智能聯動

為了保障光纖監測過程的持續性，及時準確地反映光纜的故障，應當以光功率監測作為故障預警的基礎，結合備用纖芯建立光纜實時監測光路來進行光功率監測。與此同時，光功率監測還應當與掃描監測密切結合起來，在光纜出現異常時及時報警并通過GIS技術實現精確定位。

2.5 拉曼散射測試

光纖分子本身的熱振動和光子間相互作用所表現出來的現象就是拉曼散射，在這個過程中光能和熱能循環的轉換，新的波長的光就會在能量轉換的過程中出現。光纖分子的熱振動產生了拉曼散射，光纖中的反斯托克斯光強發生變化是由光纖受外部溫度的調劑所引起的。在獲得溫度變化的信息的過程中實現對沿光纖溫度場的分布式測量。

2.6 備纖級聯測試

將各個站的備纖通過尾纖連接起來是備纖級聯的基本方法，目的是為了實現對備纖的檢測。由于備纖與其他工作光纖處在同一根光纜中，因此可以根據備纖的性能來判斷整個光纖的性能。可以免去在變電站添加波分復用器，節約了監測投資，是一種成本較低的監測方案。

3 結語

電力系統光纖在線監測系統可以為線路的運行維護人員提供一個自動化的維護與測試平臺，在很大程度上替代了傳統的人工加儀器的光纖傳輸網絡的維護方式。該系統的廣泛應用可以使線路的維護更加自動化，科學化，合理化。

參考文獻

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