基于大數(shù)據(jù)技術(shù)的電力通信光纜監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)研究及應(yīng)用

國(guó)網(wǎng)山西省電力公司太原供電公司

科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展提高我國(guó)電力行業(yè)的發(fā)展速度和發(fā)展方向，為我國(guó)整體經(jīng)濟(jì)建設(shè)的快速發(fā)展貢獻(xiàn)力量，我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)和科學(xué)技術(shù)近些年來(lái)發(fā)展迅速，通信光纜基本上已經(jīng)覆蓋全國(guó)，給人們的生產(chǎn)、生活帶了極大的便利。但是，通信光纜在使用過(guò)程中容易受到外部環(huán)境的影響而發(fā)生損壞，這不僅會(huì)對(duì)人們正常的生產(chǎn)生活造成較大的影響，甚至還會(huì)對(duì)國(guó)家的公共安全帶來(lái)嚴(yán)重的威脅。

一、系統(tǒng)架構(gòu)

1.感知層。感知層由現(xiàn)場(chǎng)終端設(shè)備、光開(kāi)關(guān)設(shè)備和光纖配線(xiàn)架組成。感知層設(shè)備布置于變電站、開(kāi)閉所等場(chǎng)所，可實(shí)現(xiàn)配網(wǎng)通信光纜信息如光功率和光纜長(zhǎng)度的實(shí)時(shí)自動(dòng)采集，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)層將采集信息發(fā)送至云平臺(tái)，并對(duì)監(jiān)控平臺(tái)下發(fā)的指令做出響應(yīng)。2.網(wǎng)絡(luò)層。該層包含信息傳輸?shù)男诺?，其?fù)責(zé)感知層與監(jiān)控平臺(tái)之間的無(wú)線(xiàn)通信?，F(xiàn)場(chǎng)終端通過(guò)串口訪(fǎng)問(wèn)方式與模塊建立連接，通信模塊將數(shù)據(jù)發(fā)送至運(yùn)營(yíng)商核心網(wǎng)，通過(guò)MQTT協(xié)議方式與云平臺(tái)交互。網(wǎng)絡(luò)層包括數(shù)據(jù)庫(kù)和MQTT服務(wù)器：數(shù)據(jù)庫(kù)用于存儲(chǔ)配網(wǎng)通信光纜監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)。3.應(yīng)用層。該層承載監(jiān)控平臺(tái)各種應(yīng)用，包括PC監(jiān)管平臺(tái)和移動(dòng)手機(jī)監(jiān)管平臺(tái)，以實(shí)現(xiàn)配網(wǎng)通信光纜監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的管理、監(jiān)控和告警功能。

二、配網(wǎng)通信光纜監(jiān)測(cè)系統(tǒng)主要具備5類(lèi)功能

1.監(jiān)測(cè)功能。包括數(shù)據(jù)采集、光纜劣化分析、斷纖預(yù)警、故障定位等。配網(wǎng)通信光纜監(jiān)測(cè)系統(tǒng)可以通過(guò)點(diǎn)名監(jiān)測(cè)、周期監(jiān)測(cè)及故障告警監(jiān)測(cè)3種方法，對(duì)任意一條光纜的長(zhǎng)度、衰耗等特性進(jìn)行自動(dòng)監(jiān)測(cè)。測(cè)試結(jié)束后現(xiàn)場(chǎng)終端可以對(duì)測(cè)試曲線(xiàn)進(jìn)行分析，計(jì)算熔接點(diǎn)平均損耗、熔接點(diǎn)最大損耗、接頭平均損耗、接頭平均反射率、接頭最大反射率、接頭最大損耗、平均衰減、最大衰減光纖段和光纖距離等性能指標(biāo)并生成曲線(xiàn)上報(bào)云平臺(tái)。2.故障管理功能。包括故障的監(jiān)測(cè)、定位、通知及統(tǒng)計(jì)等過(guò)程?？蛇M(jìn)行劣化分析與預(yù)警、告警監(jiān)測(cè)、告警閾值設(shè)定和告警信息管理等操作。光纜數(shù)據(jù)出現(xiàn)異常時(shí)系統(tǒng)會(huì)立刻發(fā)出聲光警報(bào)并向云平臺(tái)發(fā)送告警，云平臺(tái)對(duì)異常數(shù)據(jù)進(jìn)行分析并判斷故障原因，通過(guò)監(jiān)控平臺(tái)向運(yùn)維人員發(fā)送告警。3.配置功能。查詢(xún)、設(shè)置、修改站點(diǎn)名稱(chēng)和運(yùn)維人員信息；光開(kāi)關(guān)、監(jiān)測(cè)模塊、端口的配置；現(xiàn)場(chǎng)終端數(shù)據(jù)初始化、時(shí)間配置與同步。4.安全管理功能。采取嚴(yán)格的權(quán)限管理機(jī)制，對(duì)不同職責(zé)的人員分級(jí)設(shè)置訪(fǎng)問(wèn)權(quán)限，防止數(shù)據(jù)被篡改。安全級(jí)別依照工作內(nèi)容分為管理、維護(hù)和應(yīng)用3級(jí)，管理員可根據(jù)光纜維護(hù)需求設(shè)置操作人員的使用權(quán)限和訪(fǎng)問(wèn)區(qū)域，并記錄操作人員的工作日志。5.報(bào)表打印和管理功能。配網(wǎng)通信光纜監(jiān)測(cè)系統(tǒng)可提供中、長(zhǎng)期詳細(xì)報(bào)表和統(tǒng)計(jì)報(bào)表。詳細(xì)報(bào)表包括性能分析、數(shù)據(jù)分析和閾值設(shè)置。統(tǒng)計(jì)報(bào)表包括光纖衰耗統(tǒng)計(jì)和故障類(lèi)型統(tǒng)計(jì)。

三、智能故障定位檢測(cè)系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)

基于GIS和OTDR技術(shù)的通信光纜故障點(diǎn)智能定位系統(tǒng)，可以提供精確的故障點(diǎn)定位功能。通信光纜常見(jiàn)故障為斷路，當(dāng)某段通信光纜發(fā)生斷路時(shí)，光信號(hào)的衰減會(huì)在該斷路處急劇增高，可以用通信光纜故障點(diǎn)智能定位系統(tǒng)檢測(cè)光信號(hào)的衰減，從而得到OTDR測(cè)試曲線(xiàn)，用小波變換與BP算法結(jié)合分析OTDR曲線(xiàn)，準(zhǔn)確的得到通信光纜某處斷路點(diǎn)到機(jī)房的距離，然后利用通信線(xiàn)路屬性表中得到機(jī)房距離字段，測(cè)量這個(gè)距離的數(shù)值。因此，該系統(tǒng)具備故障點(diǎn)周?chē)闆r監(jiān)測(cè)功能。主要是檢測(cè)通信光纜故障點(diǎn)周?chē)欠裼杏绊懝收暇S修和到達(dá)故障點(diǎn)的因素。借助通信光纜故障點(diǎn)智能定位系統(tǒng)，查詢(xún)通信光纜故障點(diǎn)周?chē)闆r。對(duì)于地理空間的數(shù)據(jù)空間查詢(xún)實(shí)現(xiàn)，可以通過(guò)與通信光纜故障點(diǎn)周?chē)粶y(cè)距離的空間信息查詢(xún)，從而得到測(cè)量距離范圍內(nèi)的地理數(shù)據(jù)信息。這種查詢(xún)方式利用了地理信息系統(tǒng)空間信息與屬性信息緊密結(jié)合的特點(diǎn)，能夠更直觀、更形象的實(shí)現(xiàn)通信光纜故障周?chē)畔⒌牟樵?xún)。此外，當(dāng)通信光纜發(fā)生故障時(shí)，基于GIS和OTDR技術(shù)的通信光纜故障點(diǎn)智能定位系統(tǒng)可以進(jìn)行迅速、準(zhǔn)確的故障點(diǎn)定位，并且將通信光纜周?chē)h(huán)境進(jìn)行數(shù)字化顯示，同時(shí)，在地圖上迅速標(biāo)明障礙地點(diǎn)，并通過(guò)可視化設(shè)備顯示周?chē)牡匦蔚孛?、障礙類(lèi)型、障礙等級(jí)，縮短故障搶修時(shí)間，使網(wǎng)絡(luò)在最短的時(shí)間內(nèi)恢復(fù)，減少因故障持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)而帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)損失。實(shí)現(xiàn)了圖像數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)的統(tǒng)一存儲(chǔ)、管理和分析，并且存儲(chǔ)到數(shù)據(jù)庫(kù)中便于后期的使用。系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了智能化操作功能和數(shù)據(jù)自動(dòng)化更新功能，包括：通信光纜功率、故障點(diǎn)告警、設(shè)備故障等數(shù)據(jù)的更新，采用批量數(shù)據(jù)錄入的方式完成動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)的更新，可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)通信光纜的故障點(diǎn)，有效提升了故障的檢修效率。

四、電源及外殼選擇

電源部分篩選出3種供電方式：220V外接交流電、鋰離子充電電池、鎳氫充電電池。220V外接交流電雖然供電比較穩(wěn)定，但需要現(xiàn)場(chǎng)接電，不適合無(wú)電源場(chǎng)所，而且需要外帶電源線(xiàn)，不便于攜帶。可充電鋰離子電池和普通鎳氫電池相比具有體積小、容量大、重量輕、自放電率低、充電速度快、無(wú)記憶效應(yīng)的優(yōu)點(diǎn)，因此選用可充電鋰離子電池。外殼部分常用的材料有鋁鎂合金、工程塑料合金、碳纖維材料和鐵質(zhì)材料。工程塑料合金雖然價(jià)格低廉但是易磨損、容易老化且不能屏蔽電磁干擾；碳纖維材料耐高溫、耐摩擦、導(dǎo)電、導(dǎo)熱及耐腐蝕，但外形柔軟，不易固定；而鐵質(zhì)材料雖然牢固耐用但質(zhì)量重且易生銹腐蝕。綜合分析，采用鋁鎂合金作為外殼質(zhì)量輕又易于散熱，堅(jiān)固耐磨，經(jīng)久耐用且輕便易攜帶，是最佳選擇方案。

五、結(jié)語(yǔ)

基于大數(shù)據(jù)技術(shù)，提出了一套低成本、易復(fù)制、可推廣的大數(shù)據(jù)分析方法，為電力光纜的運(yùn)維保障提供了有力支撐，為研究其他電力生產(chǎn)數(shù)據(jù)提供了研究的新思路。