电力 EPON通信 网光缆在 线监测 方案分析

摘 要 ：针对 电力 EPON通信 网中光缆故 障容易影响电力系统正常运 行的 问题 ，详细分析 和 比较两 种光缆在线监 测方案 ，并 制定选择基准。宿州市供电公 司根据实 际需求 ，在用电信息采集 系统的 EPON通信 网中 ，部署 基于轮 询的光缆在线监测 系统。实际运行情况表明，系统可以分析光缆实时性能，快速定位故障，提高运维水平。关键词 ：电力通信 ；EPON；光缆 ；在线监测 ；轮询DOI：10．3969／j．issn．1000-3886．2017．04．019[中图分类 号]TN915 [文献标识码 ]A [文章 编号 ]1000—3886(2017)04—0066—02AnAnalysisOnthe0nline Monitoring Schemeforthe 0pticalCable ofElectric PowerEPON Communication NetworksHuaChunzheng，LiangYongjin，LiuJunwei(StateGridAnhuiPowerCo．SuzhouPowerSupplyCo．，SuzhouAnhui234000，China)Abstract：Aimingattheproblem oflikelyimpactofopticalcablefaultin thepowerEPON communicationnetworkuponnormal operation ofthepowersystem ， this papermakes a detailed analysis and comparison of two online monitoring schemes for optical cables， andformulatesaselectioncriterion．Accordingtoactualdemand，SuzhouPowerSupplyCo．deploysanopticalcablepolling—basedonlinemonitoringsystem intheEPON communicationnetworkoftheelectricityinformationacquisitionsystem．PracticaloperationSHOWSthaithesystem cananalyzereal·timeperformanceoftheopticalcable，locatethefaultquicklyandimprovetheoperationandnlaintenanccleve1．Keywords：electricpowercommunication；EPON ；opticalcable；onlinemonitoring；pollingO 引 言智能电网的时代，电力系统中大量业务信息的传输对电力通信 网络 的 可 靠 性 、高 效 性 、安 全 性 等 提 出 了更 高 要 求 … 。而EPON(EthernetPassiveOpticalNetwork，以太无源 光 网络 )凭借 其低成本 、高带宽 、扩展 性强 的优 良特 性 ，在用 电信息 采集 、配 电网自动化系统 中得 到广泛应用[2-3]。EPON通信网中，光缆铺设于野外 ，更易发生损坏和故障，使得 电力业务数 据无 法正 常 、高 效地传 输。随着 光纤 通信 的发展 ，相应的光缆监测技术也有所发展，例如传统 的人工光缆监测方案 、光缆离 线监测方案 ，但这 些方案 有一定 的局 限性 和不 足。针对宿州市供 电公 司用电信息采集系统 中的 EPON通信 网 ，分 析相应的光缆在线监测 方案 ，并 进行部 署 ，分析光 缆实 时性 能 和故障信息，进而提高电力系统 EPON通信网的运维水平。1 EPON简述EPON将以太网接入到无源光网络中，采用点到多点的拓扑结构 ，利用 无源 光缆 进 行数 据传 输 。EPON由 OLT(OpticalLineTerminal，光线路终端 )、ONU(OpticalNetworkUnit，光 网络 单元 )和 ODN(OpticalDistributionNetwork，光分配 网)组 成 ，如 图 1所示。ODN则由光缆线路和分光器等无源器件构成，OLT到分光器间为主 干光缆 ，分光器到 ONU间为支路 光缆 。定稿 日期 ：2016—10—1866 ElectricaIAutomation1F一-o一；一,~一-一7． f— ：：—]—OLT < L＼、、牛Ti图 1 EPON基本组成结构2 光缆在线监测方 案传统 光缆监 测方 案有一 定局 限性 ，难 以满足 在大 规模 电力EPON通信 网中的应用 。因此 ，利用波 分复用 、滤 波器等原 婵 ，再结合软件工程 ，形 成集软硬件 于一体 的光缆 在线监测 系统 ，在 不影响电力业务数据正常传输的前提下，实现对 EPON通信网的光缆监测 。2．1 基 于轮询 的在 线监 测方 案2．1．1 整体架构电力 EPON通信 网中 ，基于轮询 的监测方 案的架构 如图 2所示。该方案主要 由硬件测试和软件管理两层次组成 。2．1．2 硬件测试层硬件 测试 部 分 中测 试 设 备 主要 包 括 OTDR(OpticalTimeDomainReflector，光时域反射仪) 、光开关、合波器和反射尾纤。OTDR与软件管理层 中的服务器进行交 互 ，从 服 务器 中』吉1期电力 系统及其 自动化PowerSystem ＆ Autom~ion《电气 自动化)2o17年第 39卷 第 4期图 2 基于轮询的监测方案架构性地接 收测试命令 ，然后产生波 长为 1650nm 的测试光 ，对 指定光 缆进行监测 。同时 ，OTDR可 以收 到反 射信 号 ，并 其转 换 为 电信 号 ，得 到测试 光缆的长度 、性能 、损耗等 数据 。光开关具有多个可选传输端 口，可对光信号进行逻辑切换 ，进而选择不同的光缆线路。单台 OLT引出多条主干光缆，连接至 多台分光器 ，存 在多 主干光缆 线路并 行 的情况 。因此 ，通 过光开关 的光路切换 ，可以对主干光缆进行选 择 ，实现逐一监测 。合 波器采用波分 复用 的原理 ，可将不 同波长的光信号在 发送端汇合 ，并耦合到同条光缆中进行传输 J。EPON中用于传输数据 的业 务光波长为 1310nm 和 1550nm，与测试光 波长不同。因此 ，通过合波器 ，测试光和业务光便 可同时传输 ，而无 需 中断业 务数据 的正常传输 。反射尾纤主要用于增强测试光反射信号，并利用滤波器原理 ，过滤测试光 ，避免其 对业务 光造成 干扰 。每次测 试会 返 回多条支路光缆的数据，可通过使用不 同长度 的反射尾纤来 进行区分 。2．1．3 软件管理层软 件管理部分 中的服务器 中包 含有 OTDR控制程序 、测试 数据接收和分析程序，以及数据库。服务器中的 OTDR控制程序通过通信 协议 ，可 以周期 性地 对 OTDR发 出测 试命 令 ，并通 过接 收和分析程序，解析 OTDR返 回的监测数据，将其存入到数据库中。如果光缆发 生故障 ，服 务器可直接通过短信接 口告 知维 护人员 故障 的具** 置 ，让其及 时前 去维修 。另外 ，值班人员还 可以通过客户端来查询 和对 比当前和历史的光缆数据 ，例如光缆 长度 、回波损耗 以及波形数据等 ，进而分析每路光缆的性能变化。值班人员若发现某路光缆损耗过大，即使还没有产生故障，也可产生预警 ，及时通知维护人员，在故障发生前对存在 隐患的线路进行检查 ，更好地实现对 电力 EPON网络 的维护 ，为电力业务信息 的高效 、可靠传输保 驾护航 。2．2 自动在 线 监测 方 案电力 EPON通信 网 中，自动 在线监 测方案 架构如 图 3所 示 ，其 也 由硬件测试 和软件管 理两层 次组 成。但与 轮询监 测方 案相比，该方案主要有两点不同：(1)硬件测试层中加入光功率计 ，可实时监测每条主干光缆上的光功率 ；(2)软件管理中的服务器端程序不再周期 性 发 出测试 命令 ，而 由光功 率计 驱动 服务 器 端程序 ，向 OTDR发出测试命令 ，实现 自动化监测 。自动在线监 测方 案 的硬件 测试 层 中 ，除 了增 加 的光 功率 计鞍图 3 自动在线监测方案架构外 ，其 他测 试 设 备 与 轮 询 监 测 方 案 中起 着 相 同 的作 用 。 电力EPON通信 网中 ，单 台 OLT通过多个端 口连 接多条主 干光缆。对于每条 主干光缆 ，都需要 一台光功 率计在 发送端 与其相 连 ，可同时监测多条光缆的光功率值 ，并将每条线路的光功率值及变化情况，及时地上传到服务器。自动在线监测方案 的软件 管理层 中 ，服务器需要与光 功率计建立连接，接收每条主干光缆的光功率值，与正常的光功率阈值进行 比较 。当某条主干光缆或其之后 的支路发生故 障时 ，会 引起光功率值的变化。服务器会迅速发现该条光缆线路光功率值低于正常 阈值 ，自动向 OTDR发 出针对这 条光缆 的测 试命令 ，根 据测试数据和波形 ，确定故障类型和位置，通过短信接口及时通知维护人员前去修复。2．3 两种在线监测方案对比基于轮询 的在线监测 方案和 自动在线 监测方 案都有 一定 优势 ，表 1是对两种在线测试方 案主要性 能的对 比。表 1 两种在 线监测方案对 比基于轮询的在线监测 方案整体 架构 相对简单 。该方 案可 以周期性地对 EPON全 网进 行监 测 ，即使光 缆线路 没有 发生故 障 ，也会定时监测，进而得到每条光缆的长度、损耗、波形等数据。值班人 员便能在客户端实现对每条光缆性能的纵 向分析 ，预测故 障的发生 ，提前维护 ，防患于未然 。但是 ，该方案每次都需要 对全 网进行 监测 ，测试规模 较大 ，且 过 于频繁 ，会 对 OTDR、光 开关 等测试设 备造成过大压力 ，减少整体监测 系统 的使用 寿命 。自动在线监测方案则需要在在 OLT端的每条 主干光 缆上部署光功率计，整体架构相对复杂。该方案只会在光缆发生故 障时，由光功率计驱动服务器端的程序，针对故障线路进行测试 ，来确定故 障类 型和位 置 ，并不对正常 的光缆进行测试 。这样 ，测试(下转第 100页 )ElectricalAutomaliOn 67《电气 自动化)2017年第 39卷 第 4期一 自动化装 置与设备Autom ation Devices ＆ Equipm er表 1 测试记录从表 1可以看出，功率因数的最大输出误差为0．02，功率输出的最大误差为一0．07kVA，均能较好 的满足要求 。运行中，为验证该控制系统的保护功能，通过断开风机(点击图2的停止风机按钮)来设置负载输出故障时 ，该系统立刻采取了卸 载(终止输 出)的方式进行保护 。5 结束 语上述 的运行验证表 明，本文实现的典型惯性模拟负 载控制 系统不仅 能满足功率输 出稳定输 出的要求 ，而且还具有可靠 的状态监控显示功能、保护功能以及良好的人机界面功能。(上接第 67页 )规模较小 ，且 只在故 障时测 试 ，对 OTDR、光开 关等测 试设备 造成的压力也很 小 ，整体 监测 系统 的使 用寿命 较长 。但 是 ，该方 案无法测试 正常光缆的各项数据 ，不能做纵 向分析 ，也无法实现预警 。根据对 比 ，两种在线监 测方案各有优劣 ，应结合 实际情况 ，制定选择基 准 ：(1)当 EPON网络规模 一般 ，承载业 务特 别重要 ，光缆故障会造成较大损失 ，需要全网光缆性能分析和故障预警时，则选择基 于轮询的在线监测 方案 ；(2)当 EPON网络规模 特别庞大 ，轮询压力太大 ，同时有完善 的应急通信 系统做支 撑 ，光 缆故 障并不立 即造成数据丢失 ，则选择 自动在线监测方案 。3 应用分析国家 电网安徽省 电力 l6个 地市供电公司的用 电信 息采集 系统 ，都采用 EPON作为用电信息传输的远程通信信道，其承载着将用 电信 息由采集设备高效 、安全传输到主站系统 的重任 。如果EPON通信 网中光缆发生故 障 ，将会严 重影 响用 电信息系 统的稳定运行 ，进而会使得业 务数据丢失 ，造成 国有 资产流失 。因此 ，必须为其提供良好管理和维护。宿州市供电公司的用电信息采集系统中 EPON通信网的规模如表2所示。其中，OLT、ONU有源设备使用瑞斯康达的产品，并由厂商提供的网管系统所管理和维护。而 EPON通信网中光缆 的管理和监测情况仍处 于空白阶段 。表 2 宿州市用电信息采集 系统 EPON 网络规模设备 和线路 数 目OONU终端主干光 缆分支光 缆8609292076609为了保证宿州市供 电公 司用 电信息 采集 系统 中 的 EPON通信 网稳 定 、正 常运行 ，需要 引入光 缆监测系统 ，实现对 光缆 的实 时10o ElectricalAutomation基 于 LABVIEW 和 STEP7的典 型惯性 模拟 负载 控制 系统 的成 功实 现 ，不仅有力 的保障 了民用 机 电气系统试验室试验 的模拟 功率输 出 ，而且积累 了民用飞机 电气系统试验设备研制 的宝贵经验 ，提升了 国内民用飞机 电气系统 的试验能力 。参 考文献 ：[1]秦 海鸿 ，严仰光 ．多 电 飞机 的电气系统 [M]．北 京 ：北京航 空航 天大学出版社 ，2016．[2] DEPARTMENT OF DEFENSE，USA．MIL—STD一704F，AIRCRAFTELECTRICPOWER CHARACTERISTICS[S]．NewJersey：NavalAirSystemsCommand，2004．[3]Society of Aut0m0tiveEngineers (SAE) Aerospace．4754A，(R)Guidelinesfor Development of Civil Aircraft and Systems[S]．Pennsylvania：SAE，2010：12．[4]刘 朝勇．基 于 WINCC6．0和 STEP7的直 流调 速系 统 的设计 和实 现[J]．电气 自动化 ，2012，34(4)：39．[5]廖 常初 ．s7—300／400PLC 应 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