摘要：为适应电力通信网络的快速发展，提升电力通信网络管理水平，针对电力通信网络需求，包头供电局建设了智能化光纤在线监测系统。介绍了系统搭建、监测方式和系统功能，该系统针对光缆突发故障具有保护切换功能，可快速恢复通信链路。经应用实例分析，该系统弥补了原有光缆维护方式的不足，实现了对光缆性能参数的在线监测，有效压缩了障碍历时，提高了故障处理效率，为电力通信光纤网络的维护工作提供了可靠的数据支撑，提高了电力通信网络运行的可靠性和安全性。
关键词：电力通信 在线监测 后向散射 故障告警 保护倒换
Application of Intelligent Optical Fiber Online Monitoring System in Power Communication Network
TIAN Yang, PAN Hong
Abstract: With the rapid development of electric power communication network, Baotou Power Supply Bureau has built an intelligent optical fiber online monitoring system to improve the management level and meet the demand of power communication network. The system construction, monitoring mode and function are introduced, and the application example is analyzed. The application results show that the system not only realizes the online monitoring of optical cable performance parameters, but also provides reliable data support for the maintenance of power communication optical fiber network. The intelligent optical fiber online monitoring system makes up for the deficiency of the original optical cable maintenance mode and improves the efficiency of fault treatment. In addition, the system has the function of protecting switch for the sudden failure of optical cable, which can quickly restore the communication link. The reliability and security of electric power communication network is improved.
Key words: power communication online monitoring back scattering fault alarm protection switching
0 引言电力通信网不仅是保障电网安全、稳定、经济运行的重要手段，也是建设坚强智能电网的重要基础。包头地区电力通信网经过近几年的发展，已形成了以光纤通信为骨干，通信电缆为辅的电力通信传输网，110 kV及以上电压等级变电站光缆覆盖率达100%。目前，包头地区电力通信网已覆盖94个通信直属站点（含包头区调），较2014年新增通信站点19个，新增光缆线路百余条。传统的人工运维方式难以满足光纤传输网络的发展需求。
1 电力通信网络需求分析1.1 电网建设需求2010年，国家电网办1号文《关于加快推进坚强智能电网建设的意见》中指出：要保证发电、输电、变电、配电、用电、调度各环节及通信信息平台的智能化同步规划、同步建设。随着国家智能电网的建设，作为支撑电网智能化运行管理的电力通信网，建设规模日益壮大。一旦光纤网络发生运行故障，造成的后果极其严重[1]。
（1）建立完善的光纤网络管理体系，对电力光纤网络的路由资源、线路资源、通信容量资源进行科学化管理，充分发挥已有光纤网络的使用效率。
（2）建立光纤网络在线监测体系，提高网络维护水平，加快故障响应速度，进一步缩短故障中断时间，降低网络维护成本。
（3）建立系统分布式运行体系和相关标准，实现光纤网络集中式管理和使用维护单位的多层次接入，减少管理层次和维护环节，适应信息化建设的需要。
（4）建立可靠的光纤网络保障体系，在光缆出现故障后能够及时恢复业务通信。
1.2 维护管理需求当前光纤网络维护管理工作主要面临以下问题：
（1）主站通信调度值班人员和通信检修人员无法实时掌握各变电站通信光缆的运行情况，不能有针对性提前做好通信网络光纤劣化或异常的预防措施。
（2）目前电力通信光缆主要采取人工维护方式，当光缆线路出现故障时，无法第一时间定位故障点并进行故障原因分析，而是需要检修人员抵达现场进行光纤测试后才能定位故障点并判断其原因，光缆故障处理工作量大且耗时较长[2]。
（3）部分站点由于不在自愈环网内或缺乏子网保护，不能及时选取通路迂回并自动恢复业务，必须由人工进行保护倒换或调度通路，导致故障历时较长，威胁电网运行安全。
2 智能化光纤在线监测系统建设为适应电力通信网络的快速发展，提升电力通信网络管理水平，包头供电局建设了智能化光纤在线监测系统。
2.1 通信站点分布光纤在线监测系统涉及包头供电局区调通信机房（主站端）与电力光纤通信网络上各主要节点变电站（子站端），其站点分布见图 1（仅显示部分站点）。系统主要将所监控的数据接入主站端光纤在线监测中心平台，实现对各通信站点光缆运行情况的实时准确监控。
| 图中:
—光路切换通路；
—光纤监测通路。图 1 智能化光纤在线监测系统站点分布图 |
2.2 系统结构2.2.1 系统搭建在主站端搭建1套光纤在线监测中心平台，并在通信机房内配置前置机，通过IP网络与监测中心平台相连；同时，在各子站分别配置1套终端。主站监测中心对前置机上传的所有监控信息进行数据分析、处理和存储。智能化光纤在线监测系统结构如图 2所示。
主站端分为监测中心与前置机2部分。监测中心由系统网管、数据库服务器、网络交换机及打印机等组成；同时，在机房配置前置监测机，由光合波器、光功率监测（OPU）单元、程控多路光开关（OSU）模块、光时域反射（OTDR）模块、OLP光纤保护单元、通信模块、电源模块以及主控板组成。子站端即被监测站，配置远程监测终端，由光滤波器、电源模块、OLP光纤保护单元组成。
2.2.2 监控方式2.2.2.1 在线监测方式OPU将采集到的通信光功率数值通过IP网络上传至系统数据库进行分析处理，通过与光功率预置门限值比较分析，实现对传输光功率的动态监测。当OPU接收到的实际光功率值超出光功率预置门限范围（-10~-28 dB）时，系统网管将发出相应告警并自动记录告警时间，同时下发指令到OSU将被测光路切换至告警光路。然后，启动OTDR模块对被测光纤进行检测，即将不同于通信传输光工作波长（λ=1310 nm或1550 nm）的检测光（λ=1625 nm± 20 nm）经光合波器复用至传输网络中，通过利用光的背向散射与菲涅尔反射原理，从而获得光纤衰减、接头损耗、平均损耗、损耗分布情况等测量数据[3]。最后，由监测中心对OTDR后向散射结果进行数据分析与处理并形成后向散射曲线，准确定位故障点位置，为检修人员判断故障原因提供可靠依据。
2.2.2.2 保护倒换方式OLP保护单元主要功能是保护通信业务的正常传输。当光路发生异常或OPU接收到的实际光功率过低或无光时，系统网管发生相应告警，并立即下发保护倒换指令至OLP保护单元，将受损光路保护倒换至备用光路（倒换时间≤50 ms），迅速恢复业务通道至正常状态（见图 3）[4]。
2.2.3 系统功能（1）及时报告突发性光缆故障，迅速准确地进行故障定位，有助于通信人员在较短时间内判断故障原因，辨别故障种类，有效缩短故障历时。
（2）具备完善的巡检功能，可及时掌握外部因素对光纤网络的影响，特别是针对光纤实时运行情况，系统提供点名测试、周期测试、障碍告警测试等多种测试方式，有利于通信光纤网络资源的管理和日常维护。
（3）具有多曲线显示界面，可以图形的方式直观体现光缆的衰减与损耗分布情况；同时具有强大的劣化分析功能，通过将实时数据与历史数据相比较，可以及时掌握光缆运行状况与故障信息，便于通信检修工作顺利开展。
（4）具有可靠的光路保护功能，可实现业务主备用光路的自动切换；同时与在线监测系统相结合，有效保证了光纤网络的平稳运行。
3 系统应用分析3.1 保护倒换2018-01-23，220 kV沙河变电站至区调光纤通道突发异常，系统出现“SD（Signal Degradation，信号劣化）”告警，查看网管后发现该告警通道收光功率过低，无法满足通信业务正常运行指标。为避免业务中断时间过长、扩大影响范围，通过光纤在线监测系统对沙河变电站自配终端进行远程操作，将原通信业务倒换至通信质量较好的备用通道上，及时恢复了受损业务，保证了电力通信业务的正常传输。
3.2 精准测量2018-04-28，在通信光缆日常维护检查时，通过系统周期性监测和历史数据对比，发现区调—兴胜变电站通信线路光缆中有一纤芯存在缺陷。如图 4所示，区调—兴胜变电站通信光缆线路全长12.346 km，其中绿色后向散射曲线为实测数据。通过实测数据（绿色曲线）与正常数据（红色曲线）相比较，在曲线恒定斜率部分出现一处小的“尖峰”凸起（距离区调10.6175 km处）。根据系统数据分析，排除二次反射余波前端面产生反射的可能，经通信检修人员现场勘查，确定故障原因为距兴胜变电站1.7285 km处（即三级塔与四级塔之间）光缆线路接头内光纤纤芯出现轻微裂痕所致。对故障光纤纤芯重新进行熔接，后向散射曲线恢复正常。
3.3 故障处理人工维护方式和系统维护方式处理流程如图 5所示。与人工维护方式相比，当光缆发生故障时，系统维护方式可快速完成光缆故障的应急响应，并在检修人员抵达现场前即可完成故障定位与原因分析，减少人工维护方式中的人工测试、故障定位、光路检测等环节，缩短光缆抢修时间，提高光缆故障应急抢修效率。系统维护方式符合光缆线路抢修故障处理原则[5]。
4 应用效果智能化光纤在线监测系统在包头地区的应用，不仅实现了对光缆资源的有效管理，进一步提高了电力通信光网络的可靠运行率，而且提升了通信网络维护与管理水平，特别是在光缆日常维护与检修中发挥了重要作用，为地区电网安全、稳定及可靠运行奠定了坚实的基础。
（1）系统通过监控中心网管远程操作即可完成光缆纤芯测试、分析与统计工作，解决了由于通信站点分布广、线路长、光缆芯数较多所导致的维护周期较长的问题，为光缆线路维护与故障处理提供了强有力的手段[6]。
（2）系统具有故障点远程定位功能和保护切换功能，对于通信线路发生的突出性故障，可在不影响其他业务的前提下将受损光路快速切换至备用光路，恢复业务通信链路，提高电力通信网络运行的可靠性。同时启动OTDR模块，对故障光路进行测试，在检修人员抵达现场前，即可准确定位故障点，判断故障原因，缩短光缆故障排查时间，提高光缆故障应急抢修效率。
（3）实现光缆线路性能参数（如光纤长度、光纤衰减系数、传输损耗、后向散射曲线等）的在线监测，为电力通信光纤网络的维护工作提供可靠的数据支撑，提高光缆纤芯资源的管理水平。
参考文献
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[2] | 钱新建, 郭瑜. 基于综合网管的光缆在线监测系统研究与应用[J]. 科技展望, 2015(20): 243-244. DOI:10.3969/j.issn.1672-8289.2015.20.199
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[3] | 李兢, 黄坚. 光缆线路自动监测系统的研究[J]. 通信技术, 2017, 50(4): 832-836. DOI:10.3969/j.issn.1002-0802.2017.04.043
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[4] | 朱波, 王磊. 光缆监测系统技术及应用[J]. 邮电设计技术, 2015(7): 57-61.
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[5] | 李燕, 龙洋. 电力系统通信技术[M]. 北京: 中国电力出版社, 2016: 83.
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[6] | 郭利超, 马朝霞, 周云锋, 等. 通信光缆监测管理一体化平台设计与实现[J]. 计算机测量与控制, 2012, 20(8): 2213-2216.
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