电力系统光纤传输网络在线监测系统的实施探索

（国网南充供电公司信通分公司，四川 南充 637000）

电力系统光纤传输网络在线监测系统的实施探索

谢继明

（国网南充供电公司信通分公司，四川 南充 637000）

对于电力系统的生产安全和高效运行来讲，光纤传输网络是其正常运行的有力保障，过去习惯于人工加仪器的线路运行维护方式，但是在对光纤网络的传输性能和管理维护自动化要求不断提高的当今社会，过去的方式已经远远不能满足这方面的要求。本文主要研究一种电力系统光纤传输网络的在线监测方案，即根据OTDR测试技术，将WDM技术和GIS技术相结合的方案，目的在于为电力系统通信调度部门对光纤传输网络的日常维护提供一个自动化的监测维护平台。

电力系统；光纤传输网络；在线监测；光时域反射仪；波分复用

最近几年，我国社会经济得到了很大程度的发展，因此电力通信网规模也有了很大程度的扩展，由于通信网络结构十分复杂，因而形成了以光纤通信为主的主网架。由于光纤通信的容量较大，所以一旦其发生故障，中断时间较长，就会引起较大的损失，因此，光纤线路的在线监测与管理维护的自动化开始受到越来越多人的关注。

一、测试基本原理

1光时域反射仪（OTDR）测试原理

由于光纤掺杂没有均匀性，且自身有很多不足之处，因此在光子作用下，就无法产生散射现象。光脉冲通过光纤传输时，处于光纤方向上的每个点都会有散射现象，如果光纤有缺陷断裂面，就会形成菲涅尔反射现象，其强弱程度和通过此处的光功率有正相关关系，不够光功率的变化，和光纤衰减情况有很大关系。由此可见，光纤各个点的衰减直接影响光纤强弱，因为散射的方向不定，反射光会有较大的反射角，所以无论是散射光或者反射光，总有部分光会通过光纤孔径角，再反向输送到输入端。而OTDR测试技术的主要功能便是通过分析测试波的背向散射光，随着时间光功率在光纤方向上的分布曲线情况，提取光纤的传输性能。

被测试光纤的背向散射曲线有两方面的内容，一是反映光纤传输的光波因为受到折射的影响，在正常情况下存在衰减情况；二是光纤中的物理接头、熔接头、光纤弯曲等，会在背向散射曲线中根据曲线特性的突然变化，造成相关事件反映。

2波分复用（WDM）原理

WDM技术，即将两种以上、具有不同波长光信号通过合波器在发送端集中在一起，然后传输在光线路中的同一根光纤当中；分波端可以在接收端分离不同程度波长的光波，通过光接收机进一步处理光波，使原信号得以恢复。

光纤在线监测系统中，为了完成测试工作，在不影响正常通信的基础上，根据波分复用原理，通常情况下，1625nm的测试波在波分复用的原理条件下，可通过合波器加载到光纤线路上，从而很好的完成测试；光波在在子站被分离复合时，系统工作波便会自动进入相应的光设备，进行处理，如此循环，测试波就会依次向下传递。光纤测试原理如图1所示。

二、光线在线监测系统组成

1系统组成

电力系统光纤在线监测系统包括监测站、通信网络、监测中心三大部分，每个部分都有其各自功能。监测站的主要任务便是监测光纤网络中需要受到监测的光纤，在监视的基础上使光纤网的运行受到严格控制；通信网络的主要任务是实现各个监测站和监测中心之间以及各个监测站之间的实时通信；监测中心的主要任务是管理本管理区域内部的监测站，而不同监测站的管理、控制命令主要是通过服务器下发到对应站点的。

2监测站

通常来说，监测站的主要工作是测试线路功能是否正常。一些会处于局中心机房，一些会处于某些变电站中。一般情况下，监测站的具体位置、具体数量的决定性因素是传输网络的拓扑，传输网络拓扑的配置及其功能主要是：主控模块主要为OTDR提供插槽，而且能够实现和光功率监测模块的实时通信，在此基础上，驱动光开关以及OTDR卡，从而完成测试功能；OTDR测试卡可以实现与之对应的相关测试功能；分光器或者光功率监测模块可以对光功率进行实时监测，如果光功率低于用户设定的门限值，就会主动向主控模块发出告警通知，进行测试；波分复用或者光开关模块主要负责切换，在监测到光功率的告警通知时，就会主动把测试光及时切换到指定光路。

图1 利用波分复用原理构建的测试系统

图2 带有分支的光纤传输网络结构示意图

3监测中心

作为系统的核心部分，监测中心的主要任务是对监测站进行有效管理、维护。由于监测站的所有控制权限都是由监测中心独自掌握、具备的，因此监测中心能够对监测站实现远程控制，展开有效、全面的监测工作。将监测中心和GIS系统有机结合在一起，就可利用相关地理信息，对故障点进行准确、快速的定位；除此之外，监测中心要对光纤传输网络中的多种资源进行规范管理，使资源管理达到自动化水平。监测中心的硬件设备主要包括数据库服务器、系统应用服务器、系统资源管理工作站以及语音卡。

三、常见测试方式

根据测试路由的特征，可以将测试方法分为三种，即跨段测试、双向测试以及远端光开关级联测试。

1跨段测试

假如系统测试的光纤线路比较短，当OTDR动态范围可以测试到多个变电站所连接的光纤时，要想进一步连续测试光纤段，就可以运用跨段测试法。跨段测试是基本检测方法，其他方法的测试原理都是建立在它之上的。

跨段测试，即遵循波分复用的原理，对光波的合波、分波情况进行密切测试。首先，对于监测站而言，系统能够把OTDR卡发射的测试光波以及用户使用的光波复合，当两者成为融于一体的复合波之后，再开始在光纤上传输；其次，当复合波传输到其他变电站时，可以将复合波分解之后使用，分离出用户的工作波，将此工作波进行光处理，而OTDR卡发射的测试光波则依然向下传递；最后，在光纤传输的整个过程中，如果衰减或者熔接点存在的缺陷比较明显，监测站的OTDR卡就能够通过搜集背向散射光，对光纤传输品质进行分析，准确定位其故障位置。合波、分波的过程遵从固定顺序，交替进行，从而完成光缆的全部测试工作。

2双向测试

双向测试是对某些特别长的光纤进行测试时，可在光纤的两端用两个监测站，一起测试该光缆，最后将测试得出的波形进行准确匹配，获得本段光缆的测试数据。对超长光缆进行维护时，对于某些光功率很小的OTDR卡来说，其动态范围要想达到测距的实际需要比较困难，可采取以下方法进行解决：替换光功率很小的OTDR卡，购买光功率相对较大的OTDR卡；选择双向测试法。一般情况下，如果OTDR卡的光功率的增加之后能够达到相关测试的要求，就可以选择此方法进行测试；如果OTDR卡的光功率的增加之后，无法达到相关测试的要求，就只能运用双向测试法。

3远端光开关级联测试

网络拓扑结构可以采用远程光开关级联的方式，原理是将监测站中的光开关延伸到远端、带分支的变电站，如图2所示。

对于放射状的网络拓扑结构而言，使用远端光开关切换站的方法，构建监测系统，通过切换远端光开关，能够将测试光切换到不同的光纤上，对不同光缆进行监测。

四、系统功能和特点

通常来讲，系统的主要功能主要包括下列方面：全面管理光纤传输网络；全面监测光纤传输网络的光设备、接头盒内的熔接点以及光纤等；对在线光纤的传输品质进行实时监测，分析光纤的传输质量，做出监测报告，对于某些存在故障隐患的光纤，可及时发出故障预警；将光纤在线监测系统和GIS进行有机结合，一旦光纤传输系统发生故障、中断，可准确定位，用多种方法将故障信息告知线路维护人员，以便抢修，减少线路中断时间；不仅具有定制测试、故障告警联动测试等功能，还具有手动测试功能，方便线路维护人员在维护中随时对线路的实际情况进行测试。

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