文/潘樹昌 潘飛 徐梁剛

通信光纜監(jiān)測智能化水平的不斷提升，可以有效增強光纜故障排除能力，從而保障電力通信系統(tǒng)的安全運行。本文主要以區(qū)域電力通信網為研究對象，對光纜智能監(jiān)測系統(tǒng)進行了詳細設計，希望能夠為區(qū)域電力通信網光纜質量監(jiān)測系統(tǒng)設計提供一定的借鑒。

在智能電網系統(tǒng)快速發(fā)展的形勢下，區(qū)域電網信息化的穩(wěn)定性和可靠性直接關系著電網運行安全。在整個電力系統(tǒng)中，區(qū)域電網具有區(qū)域性特征。目前，國內光纜線路的鋪設主要為架空方式。在這種方式下，外界因素很容易對電纜運行造成影響，從而使光纜線路成為電網運行過程中的一個薄弱環(huán)節(jié)，同時也是電力系統(tǒng)中故障率最高的設施之一。傳統(tǒng)的電纜維護方式操作難度極大，因此，電力部門有必要利用先進技術對光纜線路進行實時監(jiān)測，從而實現(xiàn)對光纜線路故障發(fā)生率的有效控制。

一、光纜智能監(jiān)測系統(tǒng)構架設計

（一）整體系統(tǒng)結構

電力通信網絡中的光纜智能監(jiān)測系統(tǒng)主要包括監(jiān)測站系統(tǒng)、上位機監(jiān)測系統(tǒng)以及通信網絡系統(tǒng)等部分。其中，上位機監(jiān)測系統(tǒng)主要由客戶端和監(jiān)測中心共同組成，它與監(jiān)測站之間通過TCP/IP 協(xié)議實現(xiàn)連接。光纜智能監(jiān)測系統(tǒng)示意圖如圖1 所示。

光纜智能監(jiān)測系統(tǒng)運行的基本原理如下。①監(jiān)測站可以針對整個光纜線路自動進行實時監(jiān)測，同時可以實現(xiàn)光纖傳輸損耗變化情況的實時跟蹤。光纜智能監(jiān)控系統(tǒng)中配備的光功率監(jiān)測模塊可以對光纜線路光功率進行實時監(jiān)測。當存在斷線等故障時，實際監(jiān)測的光功率小于設定閾值。此時，控制模塊會切換光纜線路并同時發(fā)出告警信號。②在光纜線路中分布的數(shù)據(jù)采集器件可以對光纖運行基礎數(shù)據(jù)進行采集并將其傳輸?shù)奖O(jiān)測中心。監(jiān)測中心對數(shù)據(jù)進行存儲和分析，并將數(shù)據(jù)分析結果反饋到遠端，以幫助用戶及時發(fā)現(xiàn)故障點。③用戶在配備權限后即可查看切換信息和告警信息等。用戶通過遠程控制監(jiān)測站即可實現(xiàn)光纜的線路切換，并在實時監(jiān)測功能的幫助下及時察覺光纜線路傳輸劣化等相關問題，以有效控制光纜阻斷事故發(fā)生率。

（二）光纜智能監(jiān)測系統(tǒng)功能模塊設計

此次設計的光纜智能監(jiān)測系統(tǒng)主要包括光纜監(jiān)測、故障處理、運行維護、告警處理、統(tǒng)計分析及資源管理等多個子模塊。其中，光纜監(jiān)測模塊具有周期監(jiān)控、實時監(jiān)控和點名監(jiān)控等功能，用戶利用光纜監(jiān)測模塊可以進行切換信息查詢、條件查詢和歷史告警信息查詢等。告警處理模塊可以實現(xiàn)告警信息設定、告警通知和處理等。同時，告警處理模塊與故障處理模塊聯(lián)系緊密，它們可以幫助用戶對故障進行定位分析，并可實現(xiàn)過程信息記錄和故障恢復。資源管理模塊的主要作用是對設備、電路和線路等進行管理，它是在客戶端和監(jiān)測中心通過TCP/IP 協(xié)議進行連接后實現(xiàn)信息交互的，服務器接收到客戶發(fā)送請求后即可提供相應服務。統(tǒng)計分析模塊可以針對光纜及設備性能進行統(tǒng)計，該模塊屬于光纜智能監(jiān)測系統(tǒng)的核心模塊。資源管理模塊為系統(tǒng)的維護模塊，可以實現(xiàn)數(shù)據(jù)輸入、存儲、編輯和管理等功能。

（三）光纜智能監(jiān)測系統(tǒng)GIS功能設計

此次設計的光纜智能監(jiān)測系統(tǒng)GIS 功能框架如圖2 所示。光纜智能監(jiān)測系統(tǒng)GIS 的主要功能有數(shù)據(jù)輸入、數(shù)據(jù)存儲與管理、空間查詢與分析、數(shù)據(jù)編輯與處理、可視化表達與輸出等。

只有將地圖、文字報告、物化遙以及統(tǒng)計等相關數(shù)據(jù)輸入系統(tǒng)后，才能夠構建GIS 數(shù)據(jù)庫，該數(shù)據(jù)庫可將各類數(shù)據(jù)轉化為數(shù)字形式。輸入的信息類型主要包括格柵數(shù)據(jù)、圖形數(shù)據(jù)以及GPS測量數(shù)據(jù)等。數(shù)據(jù)存儲主要包括空間和非空間兩種存儲形式，用于存儲數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)庫還具有數(shù)據(jù)的更新、查詢和檢索等功能。數(shù)據(jù)編輯主要包括圖形編輯和屬性編輯兩個部分。圖形編輯可以實現(xiàn)圖形的變換、拼接、投影變換和整飾；而屬性編輯則主要通過數(shù)據(jù)庫管理來實現(xiàn)。另外，空間查詢與分析是GIS 的核心功能，可視化表達與輸出主要涉及人機交互層面。

二、局部系統(tǒng)設計

此次設計使用的是Windows操作系統(tǒng)，數(shù)據(jù)庫開發(fā)使用的是SQL Server 軟件，軟件開發(fā)使用的是VB 語言，地理信息系統(tǒng)開發(fā)主要使用的是Mapinfo Professional 12.0 平臺。

（一）光纜資源軟件系統(tǒng)

光纜資源管理系統(tǒng)主要包括數(shù)據(jù)存儲層、界面層和邏輯處理層三個部分。相應地，光纜資源軟件系統(tǒng)模型包括資源管理客戶端、資源數(shù)據(jù)庫以及應用服務器三個部分。數(shù)據(jù)存儲層的主要作用是對資源管理系統(tǒng)中產生的個人信息進行存儲。界面層可以為用戶提供各種功能界面。邏輯處理層主要用于邏輯業(yè)務的分析、資源統(tǒng)計調配等。值得一提的是，光纜資源軟件系統(tǒng)具有可調整性和維護便捷等特點。

（二）GIS 光纜監(jiān)測故障判斷與定位系統(tǒng)

1.GIS 光纜監(jiān)測故障位置判斷設計

在電纜光纖發(fā)生故障之后，系統(tǒng)可以快速監(jiān)測到光纖數(shù)據(jù)中斷狀態(tài)，同時可通過GIS 定位技術來快速獲取光纜故障點位置及其坐標距離。系統(tǒng)還會將故障點定位信息實時切換到實際位置信息，該信息可以通過GIS 畫面來進行顯示。技術人員根據(jù)定位信息即可快速判斷故障位置及可能的故障原因。在測試光纖故障之后，技術人員可以通過工程參考點信息準確判斷光纖故障位置，同時結合光纖屬性以及故障點位置詳細計算出光纖故障點的距離。距離計算公式如下：

式（1）中，L為故障點到測量點的距離，Of為光纖長度，α 為光纖絞縮率。

從測量點開始到光纖電纜沿線任意一個地標點的距離可通過式（2）進行計算：

式（2）中，Lij為標的點i與j之間的距離，Sij為標的點i與j之間的直線距離，βij為光能曲率。

由此可知，兩標的點的距離L計算公式為：

式（3）中，Rk為標的點的樁點里程。

光纜長度可通過式（4）進行計算：

式（4）中，Sxy為標的點x與y之間的間距，βxy為光纜曲率，Lxy為光纜的實際長度。

2.GIS 光纜故障智能監(jiān)測定位設計

OTDR（光時域反射儀）信息采集技術可以支撐光纜線路故障具體位置的研判。同時，故障點地理位置分析算法可實現(xiàn)故障點位及故障原因的詳細研判；利用標準曲線對故障點進行對比分析，即可生成初步的故障診斷報告。技術人員可以故障報告為依據(jù)對故障原因進行詳細分析，從而得到故障電纜數(shù)據(jù)、光纜故障位置信息及可能的故障原因等相關信息，進而采取有針對性的故障排除措施。

區(qū)域電力通信網中的光纜故障智能檢測系統(tǒng)的基本工作原理為：通過系統(tǒng)故障點與參考曲線來判斷損耗差值是否超過事件門限范圍，如果超過門限范圍，則會自動觸發(fā)故障報警信號；隨后，技術人員可進行故障監(jiān)測，精準定位故障點，并通過地標技術來實現(xiàn)故障點研判和故障信息確定。

三、結語

相較于傳統(tǒng)電力通信網絡中的光纜監(jiān)測手段，本文設計的光纜智能監(jiān)測系統(tǒng)采取了智能化OTDR 監(jiān)測方式，同時利用GIS 技術實現(xiàn)了監(jiān)測信息化和數(shù)字化。光纜智能監(jiān)測系統(tǒng)可以對通信網絡長度信息和經緯度信息進行快速、精準報備，同時可以實現(xiàn)對光纜的持續(xù)監(jiān)測和故障預警，從而有效避免電力通信網絡光纜在運行過程中因切割斷裂、遷改等相關問題導致故障位置無法精準定位等，有效提升了光纜故障反應速率，有利于壓縮搶修時間，從而充分保障光纜通信信息的穩(wěn)定與安全。