電力光纖在線監(jiān)測研究與應(yīng)用研究

闞拓 傅衛(wèi)弟

摘 要：電力系統(tǒng)的生產(chǎn)安全以及正常運行要靠電力系統(tǒng)光纖傳輸網(wǎng)絡(luò)運行的可靠性來保證。在現(xiàn)階段我國電力電纜在線運行的過程中，仍然存在潛在故障難以檢測以及故障處理手段滯后等問題。隨著電力光纜通訊網(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，光纜的維護與管理問題也日漸突出.該文從電力光纖在線監(jiān)測系統(tǒng)開發(fā)及應(yīng)用的實際情況出發(fā)，提出了利用OTDR測試技術(shù)，結(jié)合GIS等相關(guān)技術(shù)，提出了一種電力系統(tǒng)光纖傳輸網(wǎng)絡(luò)的在線監(jiān)測方案。

關(guān)鍵詞：光纖在線監(jiān)測 光時域反射儀 波分復(fù)用

中圖分類號：TM7 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2015）03（b）-0064-01

隨著我國產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的不斷升級換代，對數(shù)據(jù)通信的容量也提出了越來越高的要求，光纖通信在這個過程中發(fā)揮著舉足輕重的作用。只有重視了光纖線路的在線監(jiān)測和管理維護的自動化水平才能保障電力系統(tǒng)的生產(chǎn)安全和穩(wěn)定運行，實現(xiàn)在光纖線路傳輸性能下降時能夠及時預(yù)警，及早地發(fā)現(xiàn)故障并解決問題。

1 光纖傳輸網(wǎng)絡(luò)傳統(tǒng)維護方式的不足

1.1 檢測系統(tǒng)過分依賴人力

在傳統(tǒng)光纖網(wǎng)絡(luò)的監(jiān)測過程中，相應(yīng)的值班人員和維護人員是監(jiān)測整個系統(tǒng)的主體。這樣一來，出現(xiàn)故障時，發(fā)現(xiàn)問題并采取行動的反應(yīng)時間則完全依靠相關(guān)人員的素質(zhì)。如果維護人員沒有及時配合行動，則會在極大程度上延誤搶修進度，影響整個通信系統(tǒng)的運行。

1.2 故障定位相對困難

傳輸系統(tǒng)自身配置的光設(shè)備能夠在光纖傳輸網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)故障時進行告警，但是當整個光傳輸系統(tǒng)出現(xiàn)故障時，該故障的定位就非常困難，因為問題可能來自光設(shè)備，也可能來源于各種連接設(shè)備的接觸不良，還有可能是分布于戶外的光纜遭到損壞等。

1.3 光設(shè)備具備較弱的預(yù)警能力

通信系統(tǒng)具有很高的可靠性和穩(wěn)定性才能保障電力系統(tǒng)相關(guān)業(yè)務(wù)的正常運行，因此要求傳輸系統(tǒng)的預(yù)警機制更加完善。但是，光設(shè)備告警只有在線路中斷時才能發(fā)出告警信息，而無法正確預(yù)知光纖網(wǎng)絡(luò)傳輸性能的改變，不能真正發(fā)揮故障預(yù)警的作用。

基于上述原因和監(jiān)測需要，我們在實踐基礎(chǔ)上提出了主要以波分復(fù)用原理為基礎(chǔ)，利用OTDR測試技術(shù)來完成的電力光纖傳輸網(wǎng)絡(luò)在線監(jiān)測方案。

2 測試的基本措施

2.1 OTDR測試

光脈沖在沿光纖傳輸?shù)倪^程中存在著缺陷以及不均勻性的摻雜，再加上光子的強烈作用，較易在光纖長度方向上的各點出現(xiàn)散射的現(xiàn)象。如：菲涅爾反射現(xiàn)象就是光纖內(nèi)部的幾何缺陷斷裂面所引起的，該反射的強弱往往與光纖的衰減具有密切聯(lián)系，在很大程度上其強弱反映了光纖各點衰減的大小。光纖的傳輸性能由OTDR測試技術(shù)來測量，其測量方法是通過獲得測試波的背向散射光在光纖上隨時間的光功率分布曲線。

具體來說，OTDR曲線總體趨勢是向右下傾斜的，經(jīng)過一段較遠距離的傳輸后，背向散射光的功率不斷減小的同時發(fā)射的背向散射信號也會出現(xiàn)一定衰減。被測試光纖的背向散射曲線主要有兩個作用。第一：及時反映在光纖傳輸中的光波因折射而造成的正常衰減。第二：通過曲線特性的突變監(jiān)測光纖中物理接頭、熔接頭等可能出現(xiàn)問題的部分，以及同步反映光纖的彎曲情況。

在監(jiān)測中心，將實時的OTDR測試曲線與對應(yīng)此測試參數(shù)的參考曲線進行對比，技術(shù)人員通過分析可以得到該光纖在系統(tǒng)運行中的性能品質(zhì)，之后再將分析獲得的數(shù)據(jù)分類存儲，為了滿足未來不同性能的分析需要，應(yīng)當將多種測試參數(shù)條件下的參考曲線保存起來。

2.2 跨段測試

跨段測試方法對在線光纖進行測試所采用的基本方法，其他測試方法都是建立在該方法的基礎(chǔ)上?？缍螠y試方法在應(yīng)用時需要具備兩個條件， 首先，待測試的光纖線路應(yīng)當具有較短的距離。其次，在對多個變電站連接光纖的測試時可以根據(jù)OTDR的動態(tài)范圍來完成，在跨段測試時采用波分復(fù)用的基本原理，主要包括光波的合波和分波等一些過程來測試。在工作光波從光設(shè)備向下一個變電站傳遞的過程中與測試波進行復(fù)合，并將復(fù)合后的復(fù)合波在下一段光纖上進行傳輸，通過不斷進行合波和分波的過程，從而實現(xiàn)對整段光纜的測試。

2.3 GIS圖形顯示技術(shù)

在大型的光纖監(jiān)測系統(tǒng)中需要配置GIS的圖形化技術(shù)，為了給系統(tǒng)資源管理提供良好的界面顯示和交互操作的環(huán)境，方便用戶檢索和資源數(shù)據(jù)的添加，刪除，編輯以及修改功能的完善，應(yīng)當盡可能將光纜的各種線路資源，光纜資源，光纖路由以及光纖接續(xù)資源通過圖形的形式來展示。另外，對于系統(tǒng)中各種設(shè)備的名稱，地址，注釋信息，桿塔以及光纜等屬性可以依據(jù)實際情況進行修改和更新?？傊?，通過GIS智能地圖，不僅可以準確顯示光纜路由信息，還可以在實現(xiàn)斷線故障定位的基礎(chǔ)上完成光纖監(jiān)測告警功能聯(lián)動。

2.4 告警智能聯(lián)動

為了保障光纖監(jiān)測過程的持續(xù)性，及時準確地反映光纜的故障，應(yīng)當以光功率監(jiān)測作為故障預(yù)警的基礎(chǔ)，結(jié)合備用纖芯建立光纜實時監(jiān)測光路來進行光功率監(jiān)測。與此同時，光功率監(jiān)測還應(yīng)當與掃描監(jiān)測密切結(jié)合起來，在光纜出現(xiàn)異常時及時報警并通過GIS技術(shù)實現(xiàn)精確定位。

2.5 拉曼散射測試

光纖分子本身的熱振動和光子間相互作用所表現(xiàn)出來的現(xiàn)象就是拉曼散射，在這個過程中光能和熱能循環(huán)的轉(zhuǎn)換，新的波長的光就會在能量轉(zhuǎn)換的過程中出現(xiàn)。光纖分子的熱振動產(chǎn)生了拉曼散射，光纖中的反斯托克斯光強發(fā)生變化是由光纖受外部溫度的調(diào)劑所引起的。在獲得溫度變化的信息的過程中實現(xiàn)對沿光纖溫度場的分布式測量。

2.6 備纖級聯(lián)測試

將各個站的備纖通過尾纖連接起來是備纖級聯(lián)的基本方法，目的是為了實現(xiàn)對備纖的檢測。由于備纖與其他工作光纖處在同一根光纜中，因此可以根據(jù)備纖的性能來判斷整個光纖的性能?？梢悦馊ピ谧冸娬咎砑硬ǚ謴?fù)用器，節(jié)約了監(jiān)測投資，是一種成本較低的監(jiān)測方案。

3 結(jié)語

電力系統(tǒng)光纖在線監(jiān)測系統(tǒng)可以為線路的運行維護人員提供一個自動化的維護與測試平臺，在很大程度上替代了傳統(tǒng)的人工加儀器的光纖傳輸網(wǎng)絡(luò)的維護方式。該系統(tǒng)的廣泛應(yīng)用可以使線路的維護更加自動化，科學(xué)化，合理化。

參考文獻

[1] 方曉暉.光纖傳感器電機故障監(jiān)測中的應(yīng)用研究[J].光通信技術(shù)，2013，37（6）：19-21.

[2] 李歡，李永倩，王虎，等.拉曼測溫系統(tǒng)在高壓開關(guān)柜監(jiān)測中的應(yīng)用研究[J].電力科學(xué)與工程，2012，28（3）

[3] 朱亦振.OPGW光纜通信在輸電線路在線監(jiān)測信息傳輸上的應(yīng)用初探[J].浙江電力，2011，30（7）：10-12.