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        電力光纜網(wǎng)多通路OTDR在線監(jiān)測及故障定位技術(shù)分析

        2021-08-27 06:10:43余希娟常仲科張慧峰馬紅霞薛亮
        中國新通信 2021年12期
        關(guān)鍵詞:故障定位在線監(jiān)測

        余希娟 常仲科 張慧峰 馬紅霞 薛亮

        【摘要】? ? 本文詳細(xì)分析多通路OTDR實(shí)時在線監(jiān)測技術(shù)和基于電網(wǎng)GIS應(yīng)用的光纜故障定位技術(shù),通過利用該技術(shù)可以構(gòu)建電力光纜網(wǎng)多通路在線監(jiān)測與故障定位系統(tǒng),提高電力企業(yè)電力光纜網(wǎng)的運(yùn)行穩(wěn)定性和可靠性。

        【關(guān)鍵詞】? ? 電力光纜網(wǎng)? ? 多通路? ? 在線監(jiān)測? ? 故障定位

        引言:

        電力光纜網(wǎng)一般采用OPGW光纜通過光傳輸設(shè)備進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)通信組網(wǎng),承載著調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)、通信數(shù)據(jù)網(wǎng)和信息內(nèi)網(wǎng)等數(shù)據(jù)信息的傳輸,在保障電網(wǎng)企業(yè)安全生產(chǎn)的重要設(shè)施。然而電力光纜網(wǎng)在運(yùn)行的過程中,會受到外在因素或者內(nèi)在因素的影響,導(dǎo)致光纜網(wǎng)出現(xiàn)運(yùn)行故障,如暴力施工導(dǎo)致的光纜外力破壞、自然條件因素導(dǎo)致的光纜斷裂等,故研究電力光纜網(wǎng)多通路OTDR在線監(jiān)測及故障定位技術(shù)具有重要的工程實(shí)際應(yīng)用價值。

        一、電力光纜網(wǎng)多通路OTDR在線監(jiān)測技術(shù)概述

        1.1 電力光纜網(wǎng)的監(jiān)測技術(shù)現(xiàn)狀

        隨著電力企業(yè)運(yùn)營業(yè)務(wù)量的增加,如果出現(xiàn)光纜中斷情況,則會帶來較大的安全運(yùn)行風(fēng)險,并且早期建成的運(yùn)行時間較長的光纜,出現(xiàn)故障的概率更大,一旦出現(xiàn)故障,將帶來較大的經(jīng)濟(jì)損失,故有必要對電力光纜網(wǎng)加強(qiáng)監(jiān)測。在早期的電纜網(wǎng)維護(hù)中,主要是采用折彎法等物理方式進(jìn)行故障排查,但這種故障排查方式容易對光纖造成損傷,并且維護(hù)的工作量也相對較大。

        隨著技術(shù)的發(fā)展,目前OTDR測試儀已經(jīng)在光纜維護(hù)中得到了廣泛應(yīng)用[1],這種測試儀是采用光時域反射的原理制作而成,在測試的過程中不會對光纜造成損傷,但依然做不到對光纜網(wǎng)的實(shí)時在線監(jiān)測,故這種方法依然難以滿足現(xiàn)代電力光纜網(wǎng)的運(yùn)行維護(hù)需求。

        1.2 應(yīng)用多通路OTDR監(jiān)測技術(shù)的必要性

        由于單個OTDR模塊在使用的過程中只能夠?qū)σ宦防w芯進(jìn)行監(jiān)測,如果需要對多個通路進(jìn)行監(jiān)測,由于在實(shí)際中不能采用多個OTDR模塊,故需要采用多通路OTDR監(jiān)測技術(shù)。如果采用光開關(guān)對待監(jiān)測的線路進(jìn)行切換,則切換時間難以把握,切換時間過長,則對發(fā)現(xiàn)故障的靈敏度不夠,實(shí)際應(yīng)用效果大大折扣[2]。如果切換時間過短,則會導(dǎo)致設(shè)備的使用壽命降低。而采用多通路OTDR監(jiān)測技術(shù),裝置自身的模塊具備同時與多個監(jiān)測通路同時通信的能力,這樣就可以實(shí)現(xiàn)對光纜纖芯的實(shí)時在線監(jiān)測。

        二、多通路OTDR實(shí)時在線監(jiān)測技術(shù)分析

        2.1 光纜網(wǎng)在線監(jiān)測系統(tǒng)

        在電力企業(yè)的光纜網(wǎng)在線監(jiān)測系統(tǒng)中,采用了計算機(jī)控制技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)、數(shù)據(jù)庫技術(shù)等,并且和地理信息系統(tǒng)相互結(jié)合,使得光纜網(wǎng)能夠在地理圖上通過圖形的方式加以顯示。在電力企業(yè)光纜網(wǎng)在線監(jiān)測系統(tǒng)的開發(fā)過程中,對于軟件系統(tǒng)的開發(fā),可以采用模塊化的軟件設(shè)計思想,并采用Linux操作系統(tǒng),使得系統(tǒng)具有較高的運(yùn)行效率。通過將光纜網(wǎng)在線監(jiān)測系統(tǒng)中的功能進(jìn)行模塊化封裝,當(dāng)某個功能無法正常使用時,排查故障的速度也較快[3]。在光纜網(wǎng)在線監(jiān)測系統(tǒng)的硬件系統(tǒng)設(shè)計方面,可以采用插件結(jié)構(gòu)設(shè)計,有利于提高光纜網(wǎng)在線監(jiān)測系統(tǒng)的運(yùn)行穩(wěn)定性。同時,在硬件系統(tǒng)中設(shè)置看門狗電路,保證光纜網(wǎng)在線監(jiān)測系統(tǒng)能夠復(fù)位。在光纜網(wǎng)在線監(jiān)測系統(tǒng)中,利用多通路OTDR實(shí)時在線監(jiān)測技術(shù),可以實(shí)時監(jiān)測光纜中的光功率情況,當(dāng)光纜網(wǎng)中出現(xiàn)異常情況時,可以上送相應(yīng)的告警信息。

        在光纜網(wǎng)在線監(jiān)測系統(tǒng)的組成上,主要包括了監(jiān)測裝置、監(jiān)測服務(wù)器以及工作站等,監(jiān)測裝置所采集到的數(shù)據(jù)信息傳輸?shù)椒?wù)器中進(jìn)行分析和處理,并將結(jié)果通過工作站展示在光纜網(wǎng)運(yùn)維人員面前,實(shí)現(xiàn)對光纜網(wǎng)的實(shí)時在線監(jiān)測。其中監(jiān)測裝置占用重要地位,包括了光測試模塊、光路切換功能模塊、微處理器、光功率檢測功能模塊、內(nèi)存單元、光耦合功能模塊等。同時監(jiān)測裝置應(yīng)采用雙電源的設(shè)計理念,保證當(dāng)監(jiān)測裝置其中一路電源故障或者失電時,依然能夠?qū)饫|網(wǎng)進(jìn)行監(jiān)視。

        2.2 光纜監(jiān)測技術(shù)方案

        在光纜的監(jiān)測技術(shù)方案方面,主要包括對備用纖芯和工作纖芯進(jìn)行監(jiān)測的方案,在對光纜中的備用纖芯進(jìn)行監(jiān)測的方案中,由于光纜一旦出現(xiàn)故障,一般是整個光纜出現(xiàn)了斷裂或者損壞,很少情況下會出現(xiàn)單根光纖斷裂[4]。并且對備用纖芯進(jìn)行實(shí)時監(jiān)測,也不會對正常的通信業(yè)務(wù)產(chǎn)生任何影響,故這種光纜監(jiān)測方案的性價比相對較高。另外,由于備用纖芯上沒有業(yè)務(wù)數(shù)據(jù),故測試光的波長可以和正常業(yè)務(wù)光波長一致,互不干擾。

        在測試波長的選擇上,由于1310nm和1550nm在實(shí)際中的應(yīng)用較多,故可以加以采用。同時由于波長為1625nm的信號對光纜中的信號較為靈敏,即使出現(xiàn)了微小的變化,也能夠準(zhǔn)確感知,故也可以采用1625nm波長。在監(jiān)測系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)方面,也較為簡單清晰。

        另一種是對工作纖芯進(jìn)行監(jiān)測的方案,下圖1為工作纖芯的監(jiān)測方案原理圖。

        在圖1中工作纖芯的監(jiān)測方案中,所采用的測試光在波長上應(yīng)保證和正常工作光的波長具有一定的差異,這樣就不會干擾光纜中正常的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)。在光纜中,兩種光通過FCM頭端耦合,以合波的方式進(jìn)行傳輸,到達(dá)目的地之后,再通過FCM末端濾波,將測試光加以濾除,正常業(yè)務(wù)光依然可以通過。但由于FCM頭端耦合和FCM末端濾波同時接入了兩種類型的光,故在具體的安裝實(shí)施過程中,需要斷開正常的光通道業(yè)務(wù),對電力生產(chǎn)具有一定的影響。這兩種監(jiān)測技術(shù)方案,都可以對光纜網(wǎng)實(shí)現(xiàn)多通路OTDR實(shí)時在線監(jiān)測。

        三、基于電網(wǎng)GIS應(yīng)用的光纜故障定位技術(shù)分析

        隨著電力光纜網(wǎng)運(yùn)維工作量的增大,需要采用更為先進(jìn)的技術(shù),快速定位光纜具體的故障位置,降低光纜的故障排查時間。當(dāng)告警監(jiān)測模塊采集到光纜網(wǎng)中的光功率出現(xiàn)異常情況時,此時裝置會通過調(diào)用OTDR模塊測算與光纜故障點(diǎn)之間的距離,實(shí)現(xiàn)對光纜的故障定位。

        3.1 光纜故障定位系統(tǒng)的開發(fā)原則

        在光纜故障定位系統(tǒng)中的OTDR模塊中,需要采用軟件控制算法,對故障光纜的距離進(jìn)行可靠的計算。在基于電網(wǎng)GIS應(yīng)用的光纜故障定位系統(tǒng)開發(fā)中,可以采用面向?qū)ο蟮慕Y(jié)構(gòu)化軟件設(shè)計思想,通過采用地圖數(shù)字化技術(shù),在地圖上顯示出光纜的故障類型和具體的故障點(diǎn)[5]。同時,將軟件系統(tǒng)分為不同的功能模塊,包括光纜監(jiān)測模塊、光纜拓?fù)淠K、數(shù)據(jù)管理模塊、曲線分析模塊、故障處理模塊和報表功能模塊等。各個功能模塊分別承擔(dān)著不同的任務(wù),可以根據(jù)用戶的實(shí)際需要調(diào)用。

        數(shù)據(jù)庫的設(shè)計也是光纜故障定位系統(tǒng)開發(fā)過程中的重要內(nèi)容,對于故障定位控制算法的計算性能具有直接的影響,應(yīng)強(qiáng)化對標(biāo)識碼的辨識。此外由于光纜故障的類型較多,為了提高對光纜故障的應(yīng)急響應(yīng)速度,可以建立光纜故障的應(yīng)急預(yù)案庫。當(dāng)檢測到光纜出現(xiàn)了某種類型的故障之后,生產(chǎn)匹配出相應(yīng)的應(yīng)急處理措施,并進(jìn)行輔助決策。

        3.2 光纜故障定位系統(tǒng)的算法

        在故障定位算法的選擇上,可以采用小波變換技術(shù)和反向傳播算法。由于采用OTDR只能對各個測試點(diǎn)的光信號衰減值進(jìn)行測量,依然需要對OTDR曲線采用算法進(jìn)行分析才能夠定位光纜的具體故障位置,此時就可以利用小波變換算法。利用小波變換算法,從頻域的角度,可以將實(shí)際的OTDR曲線分解為若干個組成成分,包括尖峰部分、突變部分、噪聲部分等。

        通過小波算法和反向傳播算法的處理,可以將OTDR曲線中的突變信號部分增強(qiáng),并抑制曲線中的噪聲部分,以獲取到關(guān)鍵故障信息點(diǎn),實(shí)現(xiàn)對光纜故障點(diǎn)的定位。反向傳播算法在應(yīng)用的過程中,能夠很好地與光纜的拓?fù)淠P拖嗷ソY(jié)合,分別在前向傳播和后向傳播階段進(jìn)行訓(xùn)練,調(diào)整權(quán)重系數(shù)。一般當(dāng)光纜網(wǎng)出現(xiàn)故障之后,機(jī)房中的光端機(jī)會發(fā)出相關(guān)的無光告警信息,同時觸發(fā)測試模塊進(jìn)行光路測試,得出測試結(jié)果。

        四、結(jié)束語

        隨著電力企業(yè)光纜網(wǎng)的規(guī)模不斷變大,結(jié)構(gòu)也更為復(fù)雜,對電力光纜網(wǎng)的運(yùn)行狀況在線監(jiān)測具有較強(qiáng)的必要性。采用本文所述的多通路OTDR實(shí)時在線監(jiān)測技術(shù)和基于電網(wǎng)GIS應(yīng)用的光纜故障定位技術(shù),可以快速對光纜故障點(diǎn)進(jìn)行定位,從而縮短光纜網(wǎng)的故障時間,在實(shí)際中具有較高的推廣應(yīng)用價值。

        參? 考? 文? 獻(xiàn)

        [1] 徐略紅, 鄭鈞議, 伍順有,等. 基于GIS系統(tǒng)的電力光纜網(wǎng)多通路在線監(jiān)測與故障定位系統(tǒng)[J]. 電子世界, 2019, No.560(02):184-186.

        [2] 王甜甜, 楊鴻珍, 吳杰,等. 智能光配系統(tǒng)中基于光纜價值量的最少OTDR全覆蓋搜索策略研究[J]. 電力信息化, 2020, 018(005):52-57.

        [3] 張浩, 張煜. 通信光纜的在線監(jiān)測系統(tǒng)研究與應(yīng)用[J]. 通訊世界, 2018, 341(10):45-46.

        [4] 徐略紅, 黃華平, 龐龍,等. 淺析電力光纜網(wǎng)多通路在線監(jiān)測與故障定位關(guān)鍵技術(shù)[J]. 中國新通信, 2019, 021(005):51-54.

        [5] 張曉龍, 宮賀, 余晶晶,等. 基于光纖網(wǎng)的光纜線路故障告警技術(shù)研究[J]. 智能電網(wǎng):漢斯, 2018, 008(001):P.87-95.

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