楊泳星 蘇敏銳 張堅(jiān)俊

（廣東電網(wǎng)有限責(zé)任公司潮州供電局）

0 引言

近些年來，人類傳遞信息的手段隨信息量增加而不斷發(fā)展，為滿足信息高效傳輸，光纖網(wǎng)絡(luò)獲得快速普及。光纖網(wǎng)絡(luò)就是將光纖作為傳輸介質(zhì)實(shí)現(xiàn)信息數(shù)據(jù)傳輸、交換等，不僅耗能低，而且傳輸速度極快，廣泛應(yīng)用于我國各個(gè)領(lǐng)域之中。而光纖一般是由較為脆弱的玻璃等材料制作而成，光纖鏈路纖維直徑為微米級(jí)別，猶如人類頭發(fā)一般細(xì)。在智能變電站中光纖回路安裝過程中，由于光纖的脆弱性，極易被破壞，而光纖回路上承載了海量信息，如果出現(xiàn)故障，將嚴(yán)重影響信息通信的有效性。因此，在智能變電站光纖回路建設(shè)完畢之后，需要對(duì)回路穩(wěn)定性進(jìn)行驗(yàn)收，驗(yàn)收合格才可以投入使用。一般傳統(tǒng)的光纖回路驗(yàn)收方案是利用光時(shí)域反射儀來測(cè)量回路上信號(hào)，并根據(jù)信號(hào)分布情況來定位光纖回路中的故障點(diǎn)，該方案雖然具有較高準(zhǔn)確度，但操作復(fù)雜，不適合大批量的智能變電站光纖回路驗(yàn)收工作，所以本文設(shè)計(jì)一種批量驗(yàn)收的工具，為確保光纖回路可靠性以及降低工作人員負(fù)擔(dān)做貢獻(xiàn)。

1 光纖回路批量驗(yàn)收工具的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

本文主要設(shè)計(jì)一套用于智能變電站光纖回路驗(yàn)收及運(yùn)維的工具[1]，通過該工具來解決當(dāng)前面對(duì)大批量光纖回路驗(yàn)收及運(yùn)維時(shí)存在的沒有針對(duì)性、操作繁瑣低效、過程混亂不嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膯栴}。本文所設(shè)計(jì)的光纖回路批量驗(yàn)收工具主要針對(duì)光纖回路的各項(xiàng)布線和性能要求，依據(jù)管理標(biāo)準(zhǔn)、技術(shù)規(guī)范專用接口進(jìn)行定制，可以實(shí)現(xiàn)高效率、大批量測(cè)試光纖回路連接正確性與完好度、收發(fā)及衰減合格率、鋪設(shè)布線標(biāo)準(zhǔn)度等內(nèi)容，并生成標(biāo)準(zhǔn)格式報(bào)告，填補(bǔ)專用工器具的空缺。其組成框圖如圖1所示。

圖1 光纖回路批量驗(yàn)收工具組成框圖

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本文為該光纖回路驗(yàn)收批量驗(yàn)收工具的結(jié)構(gòu)提供了如下設(shè)計(jì)方案[2]：一套適用于智能變電站光纖回路驗(yàn)收及運(yùn)維的工具，主要包括多功能電力光纖測(cè)試儀、多個(gè)小型單點(diǎn)測(cè)試終端、接口轉(zhuǎn)換器、多根專用光纖、布線專用尺。其中測(cè)試儀設(shè)置有24個(gè)光口、紅光發(fā)射接口和OTDR接口，具備收發(fā)能力、測(cè)試能力、人機(jī)界面顯示、數(shù)據(jù)拷貝功能、充電功能、放電功能和可背光功能。測(cè)試儀與單點(diǎn)測(cè)試終端之間需要具備通信能力，通過組合使用完成批量收發(fā)對(duì)線、批量測(cè)功率、紅光測(cè)試和OTDR故障檢測(cè)。當(dāng)本文所設(shè)計(jì)工具進(jìn)行批量收發(fā)對(duì)線作業(yè)時(shí)，測(cè)試儀會(huì)接入過程層交換機(jī)光口，同時(shí)測(cè)試儀接入多根光纖，光纖對(duì)側(cè)分別接入單點(diǎn)測(cè)試終端；當(dāng)本文所設(shè)計(jì)工具進(jìn)行批量測(cè)功率作業(yè)時(shí)，測(cè)試儀會(huì)接入過程層交換機(jī)的光口，單點(diǎn)測(cè)試終端接入過程層交換機(jī)的對(duì)側(cè)間隔光口；當(dāng)本文所設(shè)計(jì)工具進(jìn)行紅光測(cè)試和OTDR故障檢測(cè)時(shí)，測(cè)試儀的紅光發(fā)射口或OTDR接口接入光纖。工具結(jié)構(gòu)中的接口轉(zhuǎn)換器具備多種型號(hào)光纖接口，每種光纖接口數(shù)量均不小于2個(gè)。工具結(jié)構(gòu)中的多根專用光纖具備彎徑收線功能，布線專用尺控制彎曲角度。工具結(jié)構(gòu)中的布線專用尺使用圓弧外切線測(cè)量彎曲半徑。通過本文所設(shè)計(jì)的適用于智能變電站光纖回路批量驗(yàn)收及運(yùn)維的工具，可以批量連接上多條光纖，發(fā)射不同波長(zhǎng)的光，批量發(fā)射、批量接收，加快驗(yàn)收速度，提高測(cè)試效率，降低人力投入，縮短質(zhì)檢工期，應(yīng)用性與實(shí)用性強(qiáng)，推廣應(yīng)用前景良好。同時(shí)，隨著光網(wǎng)絡(luò)在配網(wǎng)生產(chǎn)、市場(chǎng)營銷的進(jìn)一步發(fā)展，還具備較強(qiáng)的延伸性。

2 光纖回路批量驗(yàn)收工具的技術(shù)方案

2.1 光纖批量收發(fā)測(cè)功率

本文所設(shè)計(jì)的適用于智能變電站光纖回路批量驗(yàn)收工具主要包括光纖批量收發(fā)對(duì)線、光纖批量收發(fā)測(cè)功率以及紅光測(cè)試和OTDR故障檢測(cè)這三個(gè)功能。光電轉(zhuǎn)換技術(shù)處理后經(jīng)A/D變化，由微機(jī)計(jì)算生成結(jié)果。通過光時(shí)域反射原理（OTDR）測(cè)量評(píng)估返回的散射光情況，判斷光路質(zhì)量。光頻率識(shí)別技術(shù)完成多點(diǎn)回路同時(shí)識(shí)別。采用無線通信傳輸技術(shù)，實(shí)現(xiàn)單點(diǎn)終端數(shù)據(jù)回傳測(cè)試主機(jī)。人機(jī)界面和多接口擴(kuò)展，自帶可充電源，提高易用性和實(shí)用性。使用圓弧外切線測(cè)量光纖彎曲半徑，減少目測(cè)誤差。首先，關(guān)于光纖批量收發(fā)測(cè)功率：測(cè)試儀同時(shí)接入24根光纖，測(cè)試儀接入過程層交換機(jī)的發(fā)信接口側(cè)發(fā)光功率，單點(diǎn)測(cè)試終端接入各間隔發(fā)信光口測(cè)收光功率；測(cè)試儀同時(shí)接入24根光纖，測(cè)試儀接入過程層交換機(jī)的發(fā)信接口側(cè)發(fā)光功率[3]，單點(diǎn)測(cè)試終端接入各間隔發(fā)信光口測(cè)收光功率；單點(diǎn)測(cè)試終端回傳數(shù)據(jù)及對(duì)應(yīng)編號(hào)至測(cè)試儀，測(cè)試儀終端統(tǒng)一生成各對(duì)光纖兩側(cè)收發(fā)功率、衰減數(shù)值、靈敏度，判別各項(xiàng)是否合格，并具備標(biāo)準(zhǔn)報(bào)告格式可供查閱及導(dǎo)出。

2.2 光纖批量收發(fā)對(duì)線

測(cè)試儀同時(shí)接入24根光纖，測(cè)試儀接入過程層交換機(jī)的發(fā)信接口，光纖對(duì)側(cè)接入單點(diǎn)測(cè)試終端的收信接口。過程層交換機(jī)依次發(fā)射光波，測(cè)試儀分別記錄發(fā)信、收信光口編號(hào)；測(cè)試儀同時(shí)接入24根光纖，測(cè)試儀接入過程層交換機(jī)的收信接口，光纖對(duì)側(cè)接入單點(diǎn)測(cè)試終端的發(fā)信接口。過程層交換機(jī)依次接收光波，測(cè)試儀分別記錄發(fā)信、收信光口編號(hào)。多接口匹配，實(shí)現(xiàn)批量收發(fā)測(cè)試，高效解決工作難題。采用光頻率識(shí)別技術(shù)[4]，自動(dòng)完成光端口對(duì)線識(shí)別。光頻率識(shí)別技術(shù)主要根據(jù)微波頻率與功率之間的關(guān)系，對(duì)光纖回路中所探測(cè)出的電信號(hào)進(jìn)行處理，從而得到光頻率信息。本文綜合考慮光纖回路批量驗(yàn)收工具的經(jīng)濟(jì)性與穩(wěn)定性，通過測(cè)量光功率來識(shí)別微波頻率信息，進(jìn)而提升驗(yàn)收工具的可靠性。假設(shè)光纖回路中輸入光波信號(hào)為g(t0)=φcos(Ωt0)，式中，φ為光波信號(hào)的幅度；t0為光波信號(hào)傳輸時(shí)間；Ω為角頻率。那么可以通過下式來計(jì)算光功率：

式中，Q表示光纖回路批量驗(yàn)收工具所測(cè)量的光功率參數(shù)；f表示光波長(zhǎng)參數(shù)；λ1、λ2分別表示光波時(shí)延參數(shù)。同時(shí)本文所設(shè)計(jì)的驗(yàn)收工具為實(shí)現(xiàn)切實(shí)可行的光頻率識(shí)別方案，需要消除光纖介質(zhì)損耗等影響。然后結(jié)合光功率與微波頻率之間的映射關(guān)系，利用式（1）來確定光纖回路中的光頻率，進(jìn)而完成光端口對(duì)線識(shí)別。

2.3 紅光測(cè)試和OTDR故障檢測(cè)

光纖本側(cè)接入測(cè)試儀紅光發(fā)射口，對(duì)側(cè)通過紅光辨別光纖。常規(guī)紅光測(cè)試需要把對(duì)側(cè)光纖彎折一定角度才能看到透出的紅光，本方案通過提高光強(qiáng)，加上布線專用尺控制彎曲不超過損傷角度，就能看到透出的光；光纖接入測(cè)試儀的OTDR接口，定位光纖斷鏈的故障點(diǎn)[5]。根據(jù)光的后向散射與菲涅耳反向原理，利用光在光纖中傳播時(shí)產(chǎn)生的后向散射光來獲取衰減的信息，測(cè)量光纖故障點(diǎn)分布情況。其中光時(shí)域反射儀（OTDR）是由時(shí)域反射儀發(fā)展而來的，將光脈沖作為探測(cè)信號(hào)，以特定的角度輸入智能變電站光纖回路的起始端，光脈沖就會(huì)在光纖回路中進(jìn)行傳輸，由于光纖回路的瑞利散射特性，光脈沖會(huì)不斷傳輸至入射端直接被光時(shí)域反射儀所接收，如果光纖回路中存在故障點(diǎn)，那么會(huì)導(dǎo)致光纖介質(zhì)的折射率發(fā)生改變，從而導(dǎo)致背向反射光返回光纖回路入射端，所以本文將OTDR應(yīng)用于光纖回路批量驗(yàn)收工具中，來檢測(cè)光纖回路故障。已知光脈沖在光纖回路中的傳播速度，根據(jù)下式來計(jì)算光脈沖的傳輸距離：

式中，l表示光脈沖在光纖回路中的傳輸距離參數(shù)；v表示光脈沖的傳播速度參數(shù)；t表示光脈沖在光纖回路中的往返時(shí)間參數(shù)；δ表示光纖回路的折射率參數(shù)。綜上所述，本文所設(shè)計(jì)光纖回路批量驗(yàn)收工具中的OTDR故障檢測(cè)，就是在待驗(yàn)收光纖回路中注入光脈沖信號(hào)，根據(jù)反射光來確定該光纖回路中是否存在故障點(diǎn)。

3 實(shí)例應(yīng)用

前面內(nèi)容對(duì)光纖回路批量驗(yàn)收工具的詳細(xì)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行了介紹，本文將對(duì)該工具的OTDR故障檢測(cè)功能進(jìn)行驗(yàn)證。使用本文所設(shè)計(jì)的光纖回路批量驗(yàn)收工具對(duì)10條光纖回路進(jìn)行故障檢測(cè)，同時(shí)選用普通光纖回路驗(yàn)收系統(tǒng)作為實(shí)驗(yàn)對(duì)照組，對(duì)兩種驗(yàn)收方案的故障檢測(cè)準(zhǔn)確性以及時(shí)效性進(jìn)行對(duì)比分析。故障監(jiān)測(cè)結(jié)果如下表所示。

表 光纖回路故障檢測(cè)結(jié)果對(duì)比表

由上表可知，普通光纖回路驗(yàn)收系統(tǒng)的故障檢測(cè)準(zhǔn)確率平均為69.71%，而本文所設(shè)計(jì)的光纖回路批量驗(yàn)收工具幾乎可以將全部故障點(diǎn)準(zhǔn)確檢測(cè)出來，其故障檢測(cè)準(zhǔn)確率平均高達(dá)95.48%，較普通驗(yàn)收系統(tǒng)提升15.77%，具有更好的故障檢測(cè)精度。與此同時(shí)，獲得這兩種驗(yàn)收方案的故障檢測(cè)時(shí)間結(jié)果如圖2所示。

圖2 光纖回路故障檢測(cè)時(shí)間曲線圖

由圖2可知，對(duì)于這10條光纖回路，普通光纖回路驗(yàn)收系統(tǒng)的故障檢測(cè)時(shí)間共10.4s，而本文所設(shè)計(jì)的光纖回路批量驗(yàn)收工具平均檢測(cè)時(shí)間共2.6s，較普通驗(yàn)收系統(tǒng)縮短了7.8s，具有更高的故障檢測(cè)效率。綜上所述，針對(duì)OTDR光纖回路故障檢測(cè)，本文所設(shè)計(jì)的光纖回路批量驗(yàn)收工具性能更加優(yōu)越，更適用于智能變電站中。

4 結(jié)束語

隨著光纖網(wǎng)絡(luò)的迅速普及，智能變電站的光纖回路的維護(hù)管理工作量不斷增大。因此，為確保智能變電站光纖網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定運(yùn)行，對(duì)光纖回路安裝效果的驗(yàn)收工作十分必要。本文為提升智能變電站光纖回路驗(yàn)收效率，設(shè)計(jì)一種適用于智能變電站光纖回路批量驗(yàn)收的工具，經(jīng)過實(shí)例應(yīng)用驗(yàn)證了該工具性能良好，可以準(zhǔn)確、高效地實(shí)現(xiàn)光纖回路驗(yàn)收，減少對(duì)人力物力的需求。