電網(wǎng)光纜鏈路物理特性在線監(jiān)測分析研究

【摘要】隨著國家電網(wǎng)公司電力光纜通訊網(wǎng)絡(luò)的大規(guī)模建設(shè)，光纜線路越來越長，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)越來越復(fù)雜，致使光纜的管理水平跟不上光纖通信網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展步伐。為進(jìn)一步加強(qiáng)通信網(wǎng)管理，充分發(fā)揮電力系統(tǒng)專用通信網(wǎng)的作用，更好地服務(wù)于電力生產(chǎn)服務(wù)，加強(qiáng)對電力光纖網(wǎng)監(jiān)控是很有必要的。目前，電力通信光纜故障的發(fā)現(xiàn)大多數(shù)是依靠光傳輸設(shè)備的報警或數(shù)據(jù)通信中斷的報警來發(fā)現(xiàn)的，這些報警混雜了許多非光纜的因素在其中，經(jīng)常出現(xiàn)誤報。電力通信光纜一般隨電力一次線路建設(shè)，一般電力架空線路的地域都比較偏僻且范圍很廣泛，因此，在故障發(fā)生后及時、準(zhǔn)確地實現(xiàn)故障定位對光纜的故障排除及穩(wěn)定運行有重大意義。

【關(guān)鍵詞】電力光纜；監(jiān)測系統(tǒng)；通信傳輸

1.理論和實踐依據(jù)

1.1 技術(shù)理論依據(jù)

光纖在線監(jiān)測系統(tǒng)是一個干涉系統(tǒng)，經(jīng)感應(yīng)光纖正、反兩路傳輸?shù)墓獍l(fā)生干涉，當(dāng)感應(yīng)線圈的光纖發(fā)生微變時，引起兩干涉光路相位差發(fā)生變化，通過光路參數(shù)的設(shè)計，使得干涉信號的頻率與光纖感應(yīng)到的頻率一致。光纖對振動信號的感應(yīng)是通過光纖的彈光效應(yīng)來實現(xiàn)的。當(dāng)傳感頭固定在物體某位置時，該位置的振動引起空氣和傳播介質(zhì)的振動，間接作用到光纖感應(yīng)線圈上，當(dāng)光纖感受到微振動產(chǎn)生的的壓力時，光纖發(fā)生微小的形變，引起光纖中傳輸光的相位發(fā)生變化。

1.2 自動在線監(jiān)測原理

光纜自動監(jiān)測系統(tǒng)是利用計算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)和光纖特性測量技術(shù)，對光纖傳輸網(wǎng)進(jìn)行遠(yuǎn)程分布式的實時監(jiān)測，并對光纜線路的狀況信息集中收集、處理和存儲的自動化監(jiān)測系統(tǒng)。系統(tǒng)通過OTDR測試儀對被監(jiān)測光纖進(jìn)行光特性測試，將采集到的背向散射曲線與參考曲線進(jìn)行比較，分析光纖的傳輸特性，獲得光纖的當(dāng)前狀態(tài)。

1.3 利用溫度等物理特性對光纜進(jìn)行監(jiān)測原理

1989年美國的Melt等人實現(xiàn)了光纖Bragg光柵（FBG）的UV激光側(cè)面寫入技術(shù)以來，光纖光柵的制造技術(shù)不斷完善，人們對光纖光柵在光傳感方面的研究變得更為廣泛和深入。光纖光柵傳感器具有一般傳感器抗電磁干擾、靈敏度高、尺寸小、重量輕、成本低，適于在高溫、腐蝕性等環(huán)境中使用的優(yōu)點外，還具有本征自相干能力強(qiáng)和在一根光纖上利用復(fù)用技術(shù)實現(xiàn)多點復(fù)用、多參量分布式區(qū)分測量的獨特優(yōu)勢。

1.4 實踐依據(jù)

早期的輸電線路覆冰監(jiān)測主要依靠人工巡線，受地形環(huán)境、人員素質(zhì)、天氣狀況等因素的影響比較大，且效率低、復(fù)巡周期長。隨著我國500kV輸電線路建設(shè)，尤其是2008年雪災(zāi)之后，覆冰在線監(jiān)測技術(shù)受到普遍重視，一些覆冰在線監(jiān)測裝置上線運行，但總的來說，目前國內(nèi)借鑒國外的技術(shù)比較多，成熟的比較少。

1.5 主要技術(shù)研究應(yīng)用

（1）信號監(jiān)測技術(shù)

光信號監(jiān)測方法通常分為兩種：在線監(jiān)測和離線監(jiān)測，在線監(jiān)測就是監(jiān)測工作纖中的光信號，需要用到分光器、波分復(fù)用器、濾波器、垮接設(shè)備等；離線監(jiān)測就是監(jiān)測備纖中的光信號，需要增加激光光源，給備纖提供光信號；還可以通過通信設(shè)備的接口收集通信設(shè)備給出的有關(guān)信息。

（2）光纜測溫傳感技術(shù)

光纜測溫技術(shù)對于OPGW的電流升溫技術(shù)也是必不可少的，因為一般線路的跨度都較長，線路周邊環(huán)境各不相同，通過電流升溫很可能會使得線路段局部過熱，如果不能及時發(fā)現(xiàn)，就可能影響到光纜甚至地線的正常運行。采用抗覆冰OPGW并結(jié)合光纜測溫技術(shù)后的工作模式，如圖1所示。

既可以由單個變電站控制，也可以由2個變電站同時工作控制，這樣可以避免因為地線的原因造成線路情況的惡化。如果線路接地，則通過光纖測溫技術(shù)，也可以很容易定位接地點。

（3）光反射技術(shù)

由折射定律可知，若，則，即與入射光線相比，折射光線向法線方向偏折；若，則，即與入射光線相比，折射光線將偏離法線。且隨著入射角的增大，折射角增加很快，當(dāng)入射角時，折射角為90o；當(dāng)入射角時，就不再有折射光線而光全部被反射這種對光線只有反射而無折射的現(xiàn)象叫全反射，入射角叫做臨界角，其值為：

光在前進(jìn)當(dāng)中會因為光纖中介質(zhì)的吸收、雜質(zhì)、氣泡或因光纖外覆層的不均勻等因素，產(chǎn)生散射損失（衰減）?？梢酝ㄟ^測試儀器測試整個光纖鏈路的衰減并提供與長度有關(guān)的衰減細(xì)節(jié)，具體表現(xiàn)為探測、定位和測量光纖鏈路上任何位置的事件（事件是指因光纖鏈路中熔接、連接器、彎曲等形成的缺陷，其光傳輸特性的變化可以被測量）。

（4）光功率監(jiān)測技術(shù)

光功率監(jiān)測是光纜線路監(jiān)測的基本功能，隨著光功率監(jiān)測技術(shù)的發(fā)展和光功率監(jiān)測器件成本的降低，光功率監(jiān)測越加廣泛和重要。光監(jiān)測系統(tǒng)介紹通過光功率監(jiān)測單元實現(xiàn)對線路的收端光功率監(jiān)測。

光功率監(jiān)測單元具有光功率數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)分析、告警處理、數(shù)據(jù)存儲等功能。光功率監(jiān)測單元具有四種告警等級，當(dāng)采集到的光功率數(shù)據(jù)越過某個告警門限時，光功率監(jiān)測單元將向RTU和中心站發(fā)出越限告警，RTU將立即啟動對該條光纖的測試，并將測試報告上報給中心站。告警報告同時存儲進(jìn)光功率監(jiān)測單元的告警歷史數(shù)據(jù)庫中，它保存每條光纖的歷史告警記錄。

（5）GIS技術(shù)應(yīng)用

為了能夠直觀的了解光纜線路的分布及周邊物理環(huán)境，項目研究分析了基于整合符合電力公司電子地圖兼容格式之GIS電子地圖信息系統(tǒng)。它除了可以放大、縮小、漫游，故障定位、地標(biāo)處理外，還可以與OTDR曲線相連，當(dāng)OTDR曲線上的游標(biāo)移動時，地理信息圖上將同步顯示該處的地理位置。

2.預(yù)期目標(biāo)及成果

2.1 預(yù)期目標(biāo)及成果

（1）完成對電力光纜網(wǎng)備康線ADS線路和長蘇線OPGW線路的全程自動監(jiān)控測試和專業(yè)化分析研究；

（2）基于OPGW和ADS覆冰溫度、應(yīng)力應(yīng)變原理物理特征和量化測量技術(shù)，完成備康線ADS線路和長蘇線OPGW線路的全程自動監(jiān)控測試和專業(yè)化分析研究；

（3）完成測試與資源管理系統(tǒng)或網(wǎng)管系統(tǒng)結(jié)合研究；

（4）完成適用于電力通信特點的監(jiān)測系統(tǒng)監(jiān)測站點與路由選擇和技術(shù)方案研究；

（5）完成地理信息系統(tǒng)（GIS）與開發(fā)工具和光纖長度的對應(yīng)變換研究；

（6）實現(xiàn)電力公司XX線OPGW線路光纜自動監(jiān)測系統(tǒng)應(yīng)用場景研究；

（7）完成電力公司XX線OPGW線路光纜自動監(jiān)測系統(tǒng)項目的實施。

2.2 研究成果特點

（1）研究成果應(yīng)用后，可對XX電力公司光纜鏈路進(jìn)行定期（周期）測試、點名測試和障礙告警測試。當(dāng)被監(jiān)測光纖發(fā)生障礙時，系統(tǒng)進(jìn)行障礙告警測試，并對光纖障礙性質(zhì)進(jìn)行自動判斷，按規(guī)定的告警級別發(fā)出告警信息。并迅速、準(zhǔn)確地確定故障點的位置；

（2）系統(tǒng)融合了網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)、光學(xué)測量技術(shù)、地理信息系統(tǒng)（GIS）以及全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)（GPS）等技術(shù)，對光纜中光纖傳輸衰耗特性變化及光纖阻斷故障實現(xiàn)遠(yuǎn)程分布式實時、在線的自動監(jiān)測；

（3）系統(tǒng)采用TCP/IP進(jìn)行系統(tǒng)互連，可使監(jiān)測中心和監(jiān)測站同時處理多個連接，并可遠(yuǎn)程進(jìn)行系統(tǒng)維護(hù)及軟件升級，還具有較好的安全性和較高的可靠性，符合全國電信管理網(wǎng)以及國家電網(wǎng)的通信要求。

參考文獻(xiàn)

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