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光纤自动监测系统在电力系统中的应用

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vguangxian 发表于 2023-11-18 09:00:49 | 显示全部楼层 |阅读模式 打印 上一主题 下一主题
: 本文对光纤自动监测系统的组成、功能以及监测方式进行了介绍,对光纤自动监测系统监测范围进行了参数分析和理论计算,对光纤自动监测系统在东北电力系统中的应用进行了简要阐述,提出了光纤自动监测系统的建设设想,为光纤自动监测系统的建立提供了理论参考和依据。
关键词: 光纤自动监测系统 监测范围 建设设想 理论参考
1 引言
光纤网络已经成为电力系统各种通信业务的主要承载平台,电力调度电话、远动、电量计费、MIS管理信息系统、可视会议电话系统、继电保护信息联网系统、调度数据网系统等重要的生产、管理信息业务全部在光纤传输网上运行,光纤网络在生产和管理方面具有十分重要的地位和作用。
如果光缆发生阻断,由于其大容量的特点,所承载的业务很难全部倒换到备用电路,所以在光缆发生阻断时,如何能够及时而且迅速的发现光缆的故障点,缩短恢复时间,将直接关系到电力系统通信网的安全和稳定,直接关系到电力系统的安全生产。
在日常的运行维护过程中,光缆传输性能下降或者阻断的时候,只有传输设备发生告警、传输设备所承载的业务发生中断的时候才能被运行维护人员发现,然后运行维护人员通过使用OTDR仪表测试结果与光缆的竣工资料对比才能发现故障点,并到现场进行故障的抢修。这种原始的维护光缆的方式存在许多方面的不足:
a) 维护始终处于被动方式,只有光缆发生阻断,影响业务的传送才能被发现并处理。
b) 延长故障定位时间和故障定位不准确,OTDR测试完毕后需要在竣工资料上进行查找换算才能定位。
c) 光缆性能发生缓慢劣化的时候不能够及时发现,造成了性能的继续劣化和范围的扩大,造成维护的被动。
光纤自动监测系统是以OTDR测试技术为基础,结合了计算机技术、软件技术等方面的集成系统,采用先进的光纤测试、高阶运算分析模式、数据库、光纤随路控制、地理信息接口、实时告警监测、INTERNET浏览等技术,将光纤测试、光缆网络管理、分析统计、告警与维护机制全方位整合在系统中。这一系统的应用不仅可以及时准确地报告突发性光缆故障,有效缩短故障历时,而且能够通过对多重门限和数据库资料的分析,及时发现隐含的、尚未但将会造成通信阻断的潜在故障,并进行准确的预告,从而做到提前维护,并减少光缆阻断次数。系统还能够通过原始资料的录入和每天基本的周期测量形成一个完整的数据库,为相关部门提供一个有效的光缆网络的管理手段,可以提高光缆的运维和管理水平。
2 光纤监测系统的组成及功能
2.1 系统组成
光纤自动监测系统是电信管理网(TMN)中传输系统管理子网的一个系统,由监测中心和监测站组成。
监测中心由主机、终端、网络通信设备、数据输出设备和专用管理软件等组成。
监测站包括远程测试站、远程测试转接站和对端站。
监测系统组成如图1所示。
file:///C:/Users/chen-qy/AppData/Local/Temp/ksohtml7480/wps1.png
2.2 系统功能
a) 监测中心(MC)功能要求
-设置与修改MS中程控光开关端口的序号与各被监测光缆中继段中被监测光纤序号的一一对应关系;
-设置并管理省内各MS的密码;
-设置与修改并远程下装各监测站在点名测试、定期测试和障碍告警时OTDR模块和程控光开关的参数和状态。
-对MS发出告警信号的响应;
-数据文件回传;
b) 操作维护管理系统(OAM)功能要求
操作维护管理系统对光缆线路中被监测光纤的状况进行监测,而且能方便地构成OSI计算机网络,人机界面友好,具有汉字支持能力,安装容易,使用方便,与多种操作系统兼容,自治运行。并具有如下功能:
-应用功能;
-性能管理功能;
-障碍(维护)管理功能;
-配置管理功能;
-安全管理功能。
3 监测方式的选择
3.1 监测触发方式
按监测触发方式,监测系统主要有点名测试方式、故障告警测试方式和定期测试方式几种。
a) 点名测试方式
根据光缆运行状况,由维护人员对某条光缆链路进行测试。
b) 故障告警测试方式
采用光功率监测模块(OPM)检测被测光纤的收光功率,如果收光功率异常,则启动测试。
故障告警测试方式可以备纤监测,即通过光源向备纤发射功率稳定的测试光,检测光功率,也可以在线监测,即采用分光器从业务光纤中提取光功率。备纤监测需要额外占用光纤资源,在线监测的缺点是传输系统增加了光器件(分光器),使传输系统的可靠性有所下降,而且在系统建设时,需要割接业务光纤,会造成业务中断,可操作性差。两种测试方式投资相当。
c) 定期测试方式
即周期性测试方案,系统针对监测范围内的光缆网络中的每一条或每一组光缆段,逐一选择相应的光纤测试链路,启动OTDR进行测试,判断当前测试的光缆段是否有故障。定期测试方式的优势在于成本低,除了OTDR测试模块和光开关,不需要再设置其它硬件,缺点是若测试周期长,则无法及时发现光缆故障,若测试周期短,将大大降低ODTR测试模块的使用寿命。
3.2 监测光路连接方式
按监测光路的连接方式,监测系统主要有在线监测方式和备纤监测方式。
a) 在线监测方式
在线监测利用波分复用技术,将测试波同工作波复用到一起,利用光纤传输复用波来进行测试的一种方法。
在线监测的优点是可以直接反映使用纤芯的情况,缺点是:
-增加WDM模块分合波,同时还要在设备之前增加FILTER模块滤掉OTDR的杂光,这些光器件会使系统成本增加;
-增加的光器件会给系统引入插损和故障点,对传输系统的性能和可靠性有潜在影响。同时,当OTDR启动测试时,大功率的OTDR测试光和业务信号在同一介质中传输,对在用业务有直接影响;
-建设光纤监测系统时,需要割接承载业务的光纤,会中断电路业务。
b) 备纤监测方式
备纤监测是对光缆中不承载用户业务的光纤进行测试,进而达到对整根光缆的性能进行监测的一种方法。测试链路独享物理介质,即测试光与传输业务在同一根光缆的不同纤芯中传输,测试光与业务光物理上隔离。
备纤监测的优点是成本低,组建方便,安全性高。缺点是:
-测试结果无法直接反映在用纤芯的情况;
-测试光需要占用被测光缆中的备纤。
3.3 监测触发方式的选择
光纤自动监测系统应同时具备点名测试、故障告警测试和定期测试三种监测触发方式。
正常情况下采用备纤的故障告警测试方式,光缆链路故障时触发监测。同时,采用定期的轮询测试方式,以监测光缆的运行状况,并上传光缆性能指标,测试周期根据光缆网络的性能状况确定,并可以调整。此外,需要时,可以对个别光缆链路的性能进行点名测试。
3.4 监测光缆连接方式的选择
一般来讲,一根光缆里的所有纤芯,不论是否使用,其受环境影响的程度和物理特性的变化大致相同,例如:外力作用、湿气渗透、线路受潮或线路断损等,所表现出的性能数据的改变情况基本相同。因此通过测试备纤的性能基本上可以反映整根光缆包括工作光纤的性能。根据相关统计结果,大约有90%的光缆故障会影响光缆中的所有纤芯。因此测试了光缆中的一根纤芯,就基本上可以间接反映出整根光缆的情况。因此,考虑到电力系统中光缆链路光纤资源富裕较多,且备纤测试投资低、安全性高,因此,电力系统一般采用备纤监测方式进行光缆的自动监测。
4 光纤自动监测系统性能指标计算
光缆线路自动监测系统监测范围应根据OTDR模块动态范围、测试时所需脉冲宽度、光缆衰减系数、测试光路上各种元器件的介入损耗以及测试精度富余度进行计算。
光纤自动监测系统的最大监测长度的计算,采用最坏值设计法计算,即所有参数都按最坏值考虑。
根据信息产业部YD/T 50662005光缆线路自动监测系统工程设计规范》,光纤自动监测系统的监测长度按下式计算:
file:///C:/Users/chen-qy/AppData/Local/Temp/ksohtml7480/wps2.png
式中
L
自动监测系统最大监测光路长度km

P
OTDR的动态范围dB

Ac
监测光路中的介入器件损耗,包括WDM的接入损耗,光开关的接入损耗,跳线活接头的接入损耗等dB

MC
光缆线路富余度(dB

Ma
监测系统OTDR测试精度富余度dB

Af
被测光纤平均衰减系数dB/km

As
被测光纤的接头平均衰减系数dB/km
一般情况下,被测光纤及接头的平均衰减系数按0.25dB/km计算(1550nm波长),光缆富余度指标,光缆长度75km以内为3dB75km~125km5dBOTDR测试精度富余度取3~5dB,介入器件损耗需根据介入器件的数量和单个损耗大小叠加考虑。
根据以上计算公式及参数取值,可求出典型的OTDR动态范围内的最大监测光路长度,详见表1
最大监测光路长度计算表
1
file:///C:/Users/chen-qy/AppData/Local/Temp/ksohtml7480/wps3.png

5 电力系统中的应用及发展前景
吉林省光纤自动监测系统已将长春-吉林段、长春市220kV环网段、吉林市220kV环网段、吉林-丰满厂段、长春变-公主岭变段、合德线段、德农线段、德--榆段、德-前郭段光缆作为被监测光缆,其中包含环状、星状等混合光缆结构,共监测光缆875公里。监测方式采用备纤光功率实时监测和在线光功率实时监测相结合的方式。吉林省电力公司设置了省级监测中心,长春、吉林供电公司分别设置地区监测中心。在长春变、哈达湾变和德惠变分别设置了一台监测站,其中,长春变配置工作波长为1625nmOTDR,用于光纤在线监测,哈达湾变和德惠变均配置工作波长1550nmOTDR,用于光纤备纤监测。光缆线路监测系统主通信通道为利用ATM网络的以太网方式,当主通信接口无法连接时,自动倒换,采用PSTN进行连接。
辽宁省辽阳供电公司将辽阳供电公司-首山变-辽阳县农电局-鞍山局段、辽阳供电公司-太子河供电局-宏伟农电局-辽化动力车间-峨嵋变-屯南变-耿家变-弓长岭农电局-本溪北台变段以及辽阳供电公司-太子河供电局-新城变-迎水寺变-灯塔农电局-灯塔变段纳入光纤自动监测系统,监测方式采用备纤光功率实时监测方式。辽阳供电公司设置为区域监测中心,在辽阳供电公司、耿家变、铁一变各设置了一台监测站,均配置工作波长为1550nmOTDR,用于光纤备纤监测。光缆线路监测系统主通信通道为利用SDH电路的以太网接口,当主通信接口无法连接时,自动倒换,采用PSTN进行连接。
随着电力系统的发展,电力光纤网络将更加庞大和复杂,为提高光缆网络维护的自动化水平,缩短网络恢复时间,光纤自动监测系统将逐渐的推广应用。
吉林电力正在筹备开展光纤自动监测系统的二期扩建,辽宁电力公司将辽阳供电公司的光纤自动监测系统作为试点后,在资金允许的情况下,将逐步在辽宁省全省范围内建立光纤自动监测系统。
6 结束语
光纤自动监测系统作为一种先进的、自动化水平比较高的光缆维护手段,不仅可以及时准确地报告突发性光缆故障,有效缩短故障历时,而且能够通过对多重门限和数据库资料的分析,及时发现隐含的、尚未但将会造成通信阻断的潜在故障,并进行准确的预告,从而做到提前维护,减少光缆阻断次数提高光缆的运维和管理水平。考虑到光纤自动监测系统初期投资较高,因此,本文建议在十一五期末或十二五初期,各省电力公司先建立试点,然后根据运行情况和光纤监测效果,并视资金情况,逐步建立全省的光纤自动监测系统。






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