区域电网光缆线路智能监测系统的数据传输技术研究

何书毅+吴春吉+龙致远+黄孙新

摘 要： 以区域电网光缆线路智能监测系统为研究对象，对其数据传输技术进行研究。采用数据库技术、计算机技术、GIS技术、网络通信技术、OTDR测试技术，对电网光缆线路智能监测系统的组成及功能、系统结构设计、系统关键模块OTDR光缆智能监测的實现、GIS光缆监测故障位置的判断、GIS光缆故障智能监测定位进行研究，系统通过对数据库存储的光缆线路地标信息的使用，经OTDR测试，可直接将故障信息显示在地标信息上，提供准确直观可视化故障信息给维护人员，使运维成本得到进一步降低，避免通信中断造成系统瘫痪引起的损失，这为今后应用区域电网光缆线路智能监测系统数据传输技术提供参考。

关键词： 光缆； 智能监测系统； 传输技术； OTDR

中图分类号： TN915?34 文献标识码： A 文章编号： 1004?373X（2017）13?0118?04

Abstract： The optical fiber line intelligent monitoring system of regional power grid is taken as the research object， and its data transmission technology is studied. The database technology， computer technology， GIS technology， network communication technology and OTDR test technology are used to study the composition and functions of the optical fiber line intelligent monitoring system， system structure design， OTDR optical fiber intelligent monitoring implementation of the system key module， fault location judgment of GIS optical fiber monitoring， and location of GIS optical fiber fault intelligent monitoring. The system using the optical cable line landmark information stored in database is tested with OTDR to display the landmark information of the fault location directly， provide the accurate and intuitive visual fault information to the maintenance staff， reduce the maintenance cost further， and avoid the loss of system breakdown caused by communication interruption， which provides a reference for the future application of the optical fiber line intelligent monitoring system of regional power grid.

Keywords： optical cable； intelligent monitoring system； transmission technology； OTDR

0 引 言

区域电网实质上属于一种区域电力的市场模式，其特点是以区域性的电力系统为基础[1]。保障电力系统生产安全和高效运行的是光纤传输网络[2?5]。随着数据通信量的不断增长，光缆通信是信息传输的主要媒介，其具有越来越重要的作用，但因光纤具有较大的容量，在发生故障时，中断时间较长，会导致无法弥补的损失[6?9]。 要做到电力系统安全稳定，就要在光缆线路的传输性能正常运行到突然出现下降时进行预警[10]。智能在线监测是电力体系光缆线路的发展趋势。

目前，随着智能电网的快速发展与普及，区域电网光缆通信智能检测传输数据技术变得日益重要。在电力系统引入各种通信技术、设备、系统的过程中，不断有新问题出现，因而电力通信系统的光缆通信智能检测管理就需要更进一步的智能化和便捷化[11]。光缆智能监测系统的主要技术有四类，分别为光功率实时监测、自动控制、光时域反射和数据库等技术[12]。本文以区域电网光缆线路智能监测系统为研究对象，对其数据传输技术进行研究。

1 光缆通信的基本原理

光缆通信的载波为激光，传输媒质为光导纤维，通过光纤进行信息传输。光缆通信系统由四部分组成，分别为光发射机、光中继器、光缆、光接收机。光缆通信的传输原理实质是信息经过光发射机处理后，转换成电信号，然后经过电光转化和调制，将电信号转化为光信号，波长经波分复用技术进行调整，最后进入光缆传送，若进行长距离传输，则使用中继器放大信号，然后继续进行传输。传输到接收端时后，光信号经光接收机的电光转换，变为电信号，在放大和解调后，输出原信号，图1为光纤通信系统图。

2 光缆智能监测系统总体设计

2.1 系统的组成及功能

光纤智能监测系统由总监测中心GMC、区域监测中心LMC、监测终端MT、监测站MS、光功率监测模块OPM等组成。系统包含五种主要的技术，分别为数据库技术、计算机技术、GIS技术、网络通信技术、OTDR测试技术，这五种技术是测试传输线路光纤的专用技术。该系统可实时监测光纤网络的状况，完成对光纤的自动测试，光纤细微变化也被随时记录，通过与资源系统进行结合，可实现对光纤故障点、原因的快速确定，使得故障历时得到大幅缩短，图2为光缆智能监测系统的组成。

2.2 光缆智能监测系统的功能

光缆智能监测系统监控用来监测光纤损耗状况，以智能在线监测方式、自动方式进行光纤状况的测试，可快速、方便构成OSI，具有友好的计算机网络人机界面，支持汉字，容易安装。按规定周期，LMC将被监测光缆线路运行状况的数据文件传报给GMC；在光缆线路中，当被监测光纤有障碍产生时，LMC对故障点位置可迅速、准确的进行确认，从而压缩障碍历时，对抢修进行配合。

光纤要实现全面的智能在线网络监测，则必须要实现4个功能，即实时监测功能、光纤路由及地标管理功能、检测状态检查功能、检测数据管理功能，同时还需要有领先的数据库管理文件等技术，图3为光缆智能监测系统的功能。

2.3 光缆智能监测系统结构设计

光缆智能监测系统结构采用三层体系结构，分别为应用层、中间层、数据层。体系结构将数据存储、图形和数据结果展示、应用处理合理分开。空间数据库管理进行系统图形数据的引擎处理，Web GIS服务器进行Web数据的发布处理，业务应用服务器进行业务数据的处理。通过三层结构，数据库服务器上的一部分数据处理工作和计算工作，可转移到应用服务器上进行处理，这样数据库服务器处理压力就得到大幅的减轻。从而使数据库服务只管理数据存储。系统采用GIS平台显示图形和处理数据，GIS处理图形的功能非常强大。系统负荷分配均匀，数据与图形处理能力较高，图4为光缆智能监测系统体系结构。

2.4 光缆智能监测系统软件结构设计

光缆智能监测系统软件由三部分组成，分别为光缆数据采集层、界面层、逻辑处理层。采集系统实时运行信息、光缆实时数据，主要由数据采集层进行；各种功能界面由界面层提供给用户；处理逻辑业务由逻辑处理层进行，这样，系统的GIS管理、资源管理、故障管理等主要业务功能就得到实现。在不同操作平台上软件系统都可以运行，具有跨平台性和可移植性。

图5为光缆智能监测系统软件结构设计，系统功能组由三部分组成，即系统支撑管理功能组、外部接口功能组、网络管理功能组。各功能组又包含许多功能模块，各模块间通过松耦合进行组织，可部署在不同硬件环境下。系统各模块分在线运行和离线仿真两种状态，系统运行后，各模块均为在线运行状态。在离线状态下，系统再现网络故障，通过对故障影响业务进行分析，积累维护经验。

2.5 系统关键模块OTDR光缆智能监测的实现

光缆纤芯的智能在线监测、统计分析可通过光纤外置OTDR实现，并且可自动生成定检结果报表，可对单根光纤、完整光缆链路特征进行评估，为故障点定位工作提供了方便，光纤通信传输质量也得到了提高。系统通过对数据库存储的光缆线路地标信息的使用，经OTDR测试，可直接将故障位置显示在地标信息上，提供准确直观可视化故障信息给维护人员。

图6为OTDR模块的工作原理，由图6可知，通过USB线，OTDR模块与PC进行连接，程序指令通过USB线缆，从PC机传输给OTDR单元，OTDR单元进行数据采集。在OTDR 测试回路中，脉冲发生器产生脉冲，然后驱动LD，进而生成光脉冲，通过方向耦合器后，进入到待测光缆，然后产生反射光，进入雪崩二极管，再转换成电脉冲，经反复传送、收集、放大处理后，再在显示器 CRT上显示波形，图7为OTDR测试模块。

3 GIS光缆监测故障的判断与定位

3.1 GIS光缆监测故障位置的判断

当光纤故障被监测到后，通过GIS定位技术转换光缆路由图和距离，获得光纤故障位置的智能判断，故障纤长将被自动转换为路面实际位置，在GIS画面上呈现出来。根据光缆故障智能监测系统可判断光缆故障的位置，在系统告警同时启动OTDR，在进行故障光纤测试后，对比参考曲线，结合工程参考点信息，进而输出光纤故障位置。

图8为计算故障点地理位置示意图。

根据光纤所在光缆属性和故障纤长，对光纤故障点在光缆的位置进行计算，计算公式为：

式中：故障点与测试地标点a间的光缆长度用表示；故障点与测试装置a间的光纤长度用表示；光缆绞缩率用表示。

根据地标位置分段敷设方式，起始地标点到路径上任意地标点光缆长度为：

式中：地标点与地标点之间的光缆长度用表示；地标点与地标点的路面距离用表示；地标点0与地标点的光缆长度用表示。

光缆长度转换为地面距离的公式如下：

式中：地标点与地标点的路面距离用表示；光缆长度用表示；光缆弯曲率用表示。通过GIS技术计算出路面相距的光缆故障点地标信息，并展现在GIS地图上。

3.2 GIS光缆故障智能监测定位

以OTDR采集数据为基础，采用故障点地理位置分析算法判断光缆事件，将事件点与标准曲线进行比较，判断是否超出事件门限范围，同时生成对应报告。分析光缆事件，给出每段光缆测试的数据数组，光缆事件点位置、事件类型可自动分析出，图9为故障分析流程。

光缆故障智能监测分析流程表明，系统通过事件点和参考曲线事件损耗差值是否超过事件门限值进行对比，如果超过就进行告警。通过这种光缆故障智能监测分析，从而发现光缆故障，并对故障位置进行定位。系统通过对地标技术的运用，对故障点实际位置进行判斷，同时自动在GIS地图上将故障点位置标出，图10为光缆故障的智能监测。

4 结 语

本文以区域电网光缆线路智能监测系统为研究对象，对其数据传输技术进行研究。系统通过对数据库存储的光缆线路地标信息的使用，经OTDR测试，可直接将故障位置显示在地标信息上，提供准确直观可视化故障信息给维护人员，运维成本得到进一步的降低，避免通信中断造成系统瘫痪引起的损失，为今后区域电网光缆线路智能监测系统数据传输技术的应用提供了参考。

参考文献

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