电力光纤在线监测研究与应用研究

阚拓 傅卫弟

摘 要：电力系统的生产安全以及正常运行要靠电力系统光纤传输网络运行的可靠性来保证。在现阶段我国电力电缆在线运行的过程中，仍然存在潜在故障难以检测以及故障处理手段滞后等问题。随着电力光缆通讯网络的大规模建设，光缆线路越来越长，网络结构越来越复杂，光缆的维护与管理问题也日渐突出.该文从电力光纤在线监测系统开发及应用的实际情况出发，提出了利用OTDR测试技术，结合GIS等相关技术，提出了一种电力系统光纤传输网络的在线监测方案。

关键词：光纤在线监测 光时域反射仪 波分复用

中图分类号：TM7 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2015）03（b）-0064-01

随着我国产业结构的不断升级换代，对数据通信的容量也提出了越来越高的要求，光纤通信在这个过程中发挥着举足轻重的作用。只有重视了光纤线路的在线监测和管理维护的自动化水平才能保障电力系统的生产安全和稳定运行，实现在光纤线路传输性能下降时能够及时预警，及早地发现故障并解决问题。

1 光纤传输网络传统维护方式的不足

1.1 检测系统过分依赖人力

在传统光纤网络的监测过程中，相应的值班人员和维护人员是监测整个系统的主体。这样一来，出现故障时，发现问题并采取行动的反应时间则完全依靠相关人员的素质。如果维护人员没有及时配合行动，则会在极大程度上延误抢修进度，影响整个通信系统的运行。

1.2 故障定位相对困难

传输系统自身配置的光设备能够在光纤传输网络出现故障时进行告警，但是当整个光传输系统出现故障时，该故障的定位就非常困难，因为问题可能来自光设备，也可能来源于各种连接设备的接触不良，还有可能是分布于户外的光缆遭到损坏等。

1.3 光设备具备较弱的预警能力

通信系统具有很高的可靠性和稳定性才能保障电力系统相关业务的正常运行，因此要求传输系统的预警机制更加完善。但是，光设备告警只有在线路中断时才能发出告警信息，而无法正确预知光纤网络传输性能的改变，不能真正发挥故障预警的作用。

基于上述原因和监测需要，我们在实践基础上提出了主要以波分复用原理为基础，利用OTDR测试技术来完成的电力光纤传输网络在线监测方案。

2 测试的基本措施

2.1 OTDR测试

光脉冲在沿光纤传输的过程中存在着缺陷以及不均匀性的掺杂，再加上光子的强烈作用，较易在光纤长度方向上的各点出现散射的现象。如：菲涅尔反射现象就是光纤内部的几何缺陷断裂面所引起的，该反射的强弱往往与光纤的衰减具有密切联系，在很大程度上其强弱反映了光纤各点衰减的大小。光纤的传输性能由OTDR测试技术来测量，其测量方法是通过获得测试波的背向散射光在光纤上随时间的光功率分布曲线。

具体来说，OTDR曲线总体趋势是向右下倾斜的，经过一段较远距离的传输后，背向散射光的功率不断减小的同时发射的背向散射信号也会出现一定衰减。被测试光纤的背向散射曲线主要有两个作用。第一：及时反映在光纤传输中的光波因折射而造成的正常衰减。第二：通过曲线特性的突变监测光纤中物理接头、熔接头等可能出现问题的部分，以及同步反映光纤的弯曲情况。

在监测中心，将实时的OTDR测试曲线与对应此测试参数的参考曲线进行对比，技术人员通过分析可以得到该光纤在系统运行中的性能品质，之后再将分析获得的数据分类存储，为了满足未来不同性能的分析需要，应当将多种测试参数条件下的参考曲线保存起来。

2.2 跨段测试

跨段测试方法对在线光纤进行测试所采用的基本方法，其他测试方法都是建立在该方法的基础上。跨段测试方法在应用时需要具备两个条件， 首先，待测试的光纤线路应当具有较短的距离。其次，在对多个变电站连接光纤的测试时可以根据OTDR的动态范围来完成，在跨段测试时采用波分复用的基本原理，主要包括光波的合波和分波等一些过程来测试。在工作光波从光设备向下一个变电站传递的过程中与测试波进行复合，并将复合后的复合波在下一段光纤上进行传输，通过不断进行合波和分波的過程，从而实现对整段光缆的测试。

2.3 GIS图形显示技术

在大型的光纤监测系统中需要配置GIS的图形化技术，为了给系统资源管理提供良好的界面显示和交互操作的环境，方便用户检索和资源数据的添加，删除，编辑以及修改功能的完善，应当尽可能将光缆的各种线路资源，光缆资源，光纤路由以及光纤接续资源通过图形的形式来展示。另外，对于系统中各种设备的名称，地址，注释信息，杆塔以及光缆等属性可以依据实际情况进行修改和更新。总之，通过GIS智能地图，不仅可以准确显示光缆路由信息，还可以在实现断线故障定位的基础上完成光纤监测告警功能联动。

2.4 告警智能联动

为了保障光纤监测过程的持续性，及时准确地反映光缆的故障，应当以光功率监测作为故障预警的基础，结合备用纤芯建立光缆实时监测光路来进行光功率监测。与此同时，光功率监测还应当与扫描监测密切结合起来，在光缆出现异常时及时报警并通过GIS技术实现精确定位。

2.5 拉曼散射测试

光纤分子本身的热振动和光子间相互作用所表现出来的现象就是拉曼散射，在这个过程中光能和热能循环的转换，新的波长的光就会在能量转换的过程中出现。光纤分子的热振动产生了拉曼散射，光纤中的反斯托克斯光强发生变化是由光纤受外部温度的调剂所引起的。在获得温度变化的信息的过程中实现对沿光纤温度场的分布式测量。

2.6 备纤级联测试

将各个站的备纤通过尾纤连接起来是备纤级联的基本方法，目的是为了实现对备纤的检测。由于备纤与其他工作光纤处在同一根光缆中，因此可以根据备纤的性能来判断整个光纤的性能。可以免去在变电站添加波分复用器，节约了监测投资，是一种成本较低的监测方案。

3 结语

电力系统光纤在线监测系统可以为线路的运行维护人员提供一个自动化的维护与测试平台，在很大程度上替代了传统的人工加仪器的光纤传输网络的维护方式。该系统的广泛应用可以使线路的维护更加自动化，科学化，合理化。

参考文献

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