1、光纖自動監(jiān)測系統(tǒng)在電力系統(tǒng)中的應用尤天晴(東北電力設計院 長春130012)摘 要: 本文對光纖自動監(jiān)測系統(tǒng)的組成、功能以及監(jiān)測方式進行了介紹，對光纖自動監(jiān)測系統(tǒng)監(jiān)測范圍進行了參數(shù)分析和理論計算，對光纖自動監(jiān)測系統(tǒng)在東北電力系統(tǒng)中的應用進行了簡要闡述，提出了光纖自動監(jiān)測系統(tǒng)的建設設想，為光纖自動監(jiān)測系統(tǒng)的建立提供了理論參考和依據(jù)。關鍵詞: 光纖自動監(jiān)測系統(tǒng) 監(jiān)測范圍 建設設想 理論參考1 引言光纖網絡已經成為電力系統(tǒng)各種通信業(yè)務的主要承載平臺，電力調度電話、遠動、電量計費、MIS管理信息系統(tǒng)、可視會議電話系統(tǒng)、繼電保護信息聯(lián)網系統(tǒng)、調度數(shù)據(jù)網系統(tǒng)等重要的生產、管理信息業(yè)務全部在光纖傳輸網上運行

2、，光纖網絡在生產和管理方面具有十分重要的地位和作用。如果光纜發(fā)生阻斷，由于其大容量的特點，所承載的業(yè)務很難全部倒換到備用電路，所以在光纜發(fā)生阻斷時，如何能夠及時而且迅速的發(fā)現(xiàn)光纜的故障點，縮短恢復時間，將直接關系到電力系統(tǒng)通信網的安全和穩(wěn)定，直接關系到電力系統(tǒng)的安全生產。在日常的運行維護過程中，光纜傳輸性能下降或者阻斷的時候，只有傳輸設備發(fā)生告警、傳輸設備所承載的業(yè)務發(fā)生中斷的時候才能被運行維護人員發(fā)現(xiàn)，然后運行維護人員通過使用OTDR儀表測試結果與光纜的竣工資料對比才能發(fā)現(xiàn)故障點，并到現(xiàn)場進行故障的搶修。這種原始的維護光纜的方式存在許多方面的不足：a) 維護始終處于被動方式，只有光纜發(fā)生阻斷

3、，影響業(yè)務的傳送才能被發(fā)現(xiàn)并處理。b) 延長故障定位時間和故障定位不準確，OTDR測試完畢后需要在竣工資料上進行查找換算才能定位。c) 光纜性能發(fā)生緩慢劣化的時候不能夠及時發(fā)現(xiàn)，造成了性能的繼續(xù)劣化和范圍的擴大，造成維護的被動。光纖自動監(jiān)測系統(tǒng)是以OTDR測試技術為基礎，結合了計算機技術、軟件技術等方面的集成系統(tǒng)，采用先進的光纖測試、高階運算分析模式、數(shù)據(jù)庫、光纖隨路控制、地理信息接口、實時告警監(jiān)測、INTERNET瀏覽等技術，將光纖測試、光纜網絡管理、分析統(tǒng)計、告警與維護機制全方位整合在系統(tǒng)中。這一系統(tǒng)的應用不僅可以及時準確地報告突發(fā)性光纜故障，有效縮短故障歷時，而且能夠通過對多重門限和數(shù)據(jù)

4、庫資料的分析，及時發(fā)現(xiàn)隱含的、尚未但將會造成通信阻斷的潛在故障，并進行準確的預告，從而做到提前維護，并減少光纜阻斷次數(shù)。系統(tǒng)還能夠通過原始資料的錄入和每天基本的周期測量形成一個完整的數(shù)據(jù)庫，為相關部門提供一個有效的光纜網絡的管理手段，可以提高光纜的運維和管理水平。2 光纖監(jiān)測系統(tǒng)的組成及功能2.1 系統(tǒng)組成光纖自動監(jiān)測系統(tǒng)是電信管理網（TMN）中傳輸系統(tǒng)管理子網的一個系統(tǒng)，由監(jiān)測中心和監(jiān)測站組成。監(jiān)測中心由主機、終端、網絡通信設備、數(shù)據(jù)輸出設備和專用管理軟件等組成。監(jiān)測站包括遠程測試站、遠程測試轉接站和對端站。監(jiān)測系統(tǒng)組成如圖1所示。MCRTURTURTU監(jiān)測站3監(jiān)測站2監(jiān)測站1監(jiān)測中心圖 1

5、 監(jiān)測系統(tǒng)組成圖2.2 系統(tǒng)功能a) 監(jiān)測中心（MC）功能要求設置與修改MS中程控光開關端口的序號與各被監(jiān)測光纜中繼段中被監(jiān)測光纖序號的一一對應關系；設置并管理省內各MS的密碼；設置與修改并遠程下裝各監(jiān)測站在點名測試、定期測試和障礙告警時OTDR模塊和程控光開關的參數(shù)和狀態(tài)。對MS發(fā)出告警信號的響應；數(shù)據(jù)文件回傳；b) 操作維護管理系統(tǒng)（OAM）功能要求操作維護管理系統(tǒng)對光纜線路中被監(jiān)測光纖的狀況進行監(jiān)測，而且能方便地構成OSI計算機網絡，人機界面友好，具有漢字支持能力，安裝容易，使用方便，與多種操作系統(tǒng)兼容，自治運行。并具有如下功能：應用功能；性能管理功能；障礙（維護）管理功能；配置管理功能

6、；安全管理功能。3 監(jiān)測方式的選擇3.1 監(jiān)測觸發(fā)方式按監(jiān)測觸發(fā)方式，監(jiān)測系統(tǒng)主要有點名測試方式、故障告警測試方式和定期測試方式幾種。a) 點名測試方式根據(jù)光纜運行狀況，由維護人員對某條光纜鏈路進行測試。b) 故障告警測試方式采用光功率監(jiān)測模塊（OPM）檢測被測光纖的收光功率，如果收光功率異常，則啟動測試。故障告警測試方式可以備纖監(jiān)測，即通過光源向備纖發(fā)射功率穩(wěn)定的測試光，檢測光功率，也可以在線監(jiān)測，即采用分光器從業(yè)務光纖中提取光功率。備纖監(jiān)測需要額外占用光纖資源，在線監(jiān)測的缺點是傳輸系統(tǒng)增加了光器件（分光器），使傳輸系統(tǒng)的可靠性有所下降，而且在系統(tǒng)建設時，需要割接業(yè)務光纖，會造成業(yè)務中斷，可

7、操作性差。兩種測試方式投資相當。c) 定期測試方式即周期性測試方案，系統(tǒng)針對監(jiān)測范圍內的光纜網絡中的每一條或每一組光纜段，逐一選擇相應的光纖測試鏈路，啟動OTDR進行測試，判斷當前測試的光纜段是否有故障。定期測試方式的優(yōu)勢在于成本低，除了OTDR測試模塊和光開關，不需要再設置其它硬件，缺點是若測試周期長，則無法及時發(fā)現(xiàn)光纜故障，若測試周期短，將大大降低ODTR測試模塊的使用壽命。3.2 監(jiān)測光路連接方式按監(jiān)測光路的連接方式，監(jiān)測系統(tǒng)主要有在線監(jiān)測方式和備纖監(jiān)測方式。a) 在線監(jiān)測方式在線監(jiān)測利用波分復用技術，將測試波同工作波復用到一起，利用光纖傳輸復用波來進行測試的一種方法。在線監(jiān)測的優(yōu)點是可

8、以直接反映使用纖芯的情況，缺點是：增加WDM模塊分合波，同時還要在設備之前增加FILTER模塊濾掉OTDR的雜光，這些光器件會使系統(tǒng)成本增加；增加的光器件會給系統(tǒng)引入插損和故障點，對傳輸系統(tǒng)的性能和可靠性有潛在影響。同時，當OTDR啟動測試時，大功率的OTDR測試光和業(yè)務信號在同一介質中傳輸，對在用業(yè)務有直接影響；建設光纖監(jiān)測系統(tǒng)時，需要割接承載業(yè)務的光纖，會中斷電路業(yè)務。b) 備纖監(jiān)測方式備纖監(jiān)測是對光纜中不承載用戶業(yè)務的光纖進行測試，進而達到對整根光纜的性能進行監(jiān)測的一種方法。測試鏈路獨享物理介質，即測試光與傳輸業(yè)務在同一根光纜的不同纖芯中傳輸，測試光與業(yè)務光物理上隔離。備纖監(jiān)測的優(yōu)點是成

9、本低，組建方便，安全性高。缺點是：測試結果無法直接反映在用纖芯的情況；測試光需要占用被測光纜中的備纖。3.3 監(jiān)測觸發(fā)方式的選擇光纖自動監(jiān)測系統(tǒng)應同時具備點名測試、故障告警測試和定期測試三種監(jiān)測觸發(fā)方式。正常情況下采用備纖的故障告警測試方式，光纜鏈路故障時觸發(fā)監(jiān)測。同時，采用定期的輪詢測試方式，以監(jiān)測光纜的運行狀況，并上傳光纜性能指標，測試周期根據(jù)光纜網絡的性能狀況確定，并可以調整。此外，需要時，可以對個別光纜鏈路的性能進行點名測試。3.4 監(jiān)測光纜連接方式的選擇一般來講，一根光纜里的所有纖芯，不論是否使用，其受環(huán)境影響的程度和物理特性的變化大致相同，例如：外力作用、濕氣滲透、線路受潮或線路斷

10、損等，所表現(xiàn)出的性能數(shù)據(jù)的改變情況基本相同。因此通過測試備纖的性能基本上可以反映整根光纜包括工作光纖的性能。根據(jù)相關統(tǒng)計結果，大約有90的光纜故障會影響光纜中的所有纖芯。因此測試了光纜中的一根纖芯，就基本上可以間接反映出整根光纜的情況。因此，考慮到電力系統(tǒng)中光纜鏈路光纖資源富裕較多，且備纖測試投資低、安全性高，因此，電力系統(tǒng)一般采用備纖監(jiān)測方式進行光纜的自動監(jiān)測。4 光纖自動監(jiān)測系統(tǒng)性能指標計算光纜線路自動監(jiān)測系統(tǒng)監(jiān)測范圍應根據(jù)OTDR模塊動態(tài)范圍、測試時所需脈沖寬度、光纜衰減系數(shù)、測試光路上各種元器件的介入損耗以及測試精度富余度進行計算。光纖自動監(jiān)測系統(tǒng)的最大監(jiān)測長度的計算，采用最壞值設計法

11、計算，即所有參數(shù)都按最壞值考慮。根據(jù)信息產業(yè)部YD/T 50662005光纜線路自動監(jiān)測系統(tǒng)工程設計規(guī)范，光纖自動監(jiān)測系統(tǒng)的監(jiān)測長度按下式計算：式中L自動監(jiān)測系統(tǒng)最大監(jiān)測光路長度（km）；POTDR的動態(tài)范圍（dB）；Ac監(jiān)測光路中的介入器件損耗，包括WDM的接入損耗，光開關的接入損耗，跳線活接頭的接入損耗等（dB）；MC光纜線路富余度（dB）；Ma監(jiān)測系統(tǒng)OTDR測試精度富余度（dB）；Af被測光纖平均衰減系數(shù)（dB/km）；As被測光纖的接頭平均衰減系數(shù)（dB/km）。一般情況下，被測光纖及接頭的平均衰減系數(shù)按0.25dB/km計算（1550nm波長），光纜富余度指標，光纜長度75km以內

12、為3dB，75km125km為5dB，OTDR測試精度富余度取35dB，介入器件損耗需根據(jù)介入器件的數(shù)量和單個損耗大小疊加考慮。根據(jù)以上計算公式及參數(shù)取值，可求出典型的OTDR動態(tài)范圍內的最大監(jiān)測光路長度，詳見表1。最大監(jiān)測光路長度計算表表15 電力系統(tǒng)中的應用及發(fā)展前景吉林省光纖自動監(jiān)測系統(tǒng)已將長春-吉林段、長春市220kV環(huán)網段、吉林市220kV環(huán)網段、吉林-豐滿廠段、長春變-公主嶺變段、合德線段、德農線段、德-五-榆段、德-前郭段光纜作為被監(jiān)測光纜，其中包含環(huán)狀、星狀等混合光纜結構，共監(jiān)測光纜875公里。監(jiān)測方式采用備纖光功率實時監(jiān)測和在線光功率實時監(jiān)測相結合的方式。吉林省電力公司設置了

13、省級監(jiān)測中心，長春、吉林供電公司分別設置地區(qū)監(jiān)測中心。在長春變、哈達灣變和德惠變分別設置了一臺監(jiān)測站，其中，長春變配置工作波長為1625nm的OTDR，用于光纖在線監(jiān)測，哈達灣變和德惠變均配置工作波長1550nm的OTDR，用于光纖備纖監(jiān)測。光纜線路監(jiān)測系統(tǒng)主通信通道為利用ATM網絡的以太網方式，當主通信接口無法連接時，自動倒換，采用PSTN進行連接。遼寧省遼陽供電公司將遼陽供電公司-首山變-遼陽縣農電局-鞍山局段、遼陽供電公司-太子河供電局-宏偉農電局-遼化動力車間-峨嵋變-屯南變-耿家變-弓長嶺農電局-本溪北臺變段以及遼陽供電公司-太子河供電局-新城變-迎水寺變-燈塔農電局-燈塔變段納入光

14、纖自動監(jiān)測系統(tǒng)，監(jiān)測方式采用備纖光功率實時監(jiān)測方式。遼陽供電公司設置為區(qū)域監(jiān)測中心，在遼陽供電公司、耿家變、鐵一變各設置了一臺監(jiān)測站，均配置工作波長為1550nm的OTDR，用于光纖備纖監(jiān)測。光纜線路監(jiān)測系統(tǒng)主通信通道為利用SDH電路的以太網接口，當主通信接口無法連接時，自動倒換，采用PSTN進行連接。隨著電力系統(tǒng)的發(fā)展，電力光纖網絡將更加龐大和復雜，為提高光纜網絡維護的自動化水平，縮短網絡恢復時間，光纖自動監(jiān)測系統(tǒng)將逐漸的推廣應用。吉林電力正在籌備開展光纖自動監(jiān)測系統(tǒng)的二期擴建，遼寧電力公司將遼陽供電公司的光纖自動監(jiān)測系統(tǒng)作為試點后，在資金允許的情況下，將逐步在遼寧省全省范圍內建立光纖自動監(jiān)測系統(tǒng)。6 結束語光纖自動監(jiān)測系統(tǒng)作為一種先進