電網光纜鏈路物理特性在線監測分析研究

【摘要】隨著國家電網公司電力光纜通訊網絡的大規模建設，光纜線路越來越長，網絡結構越來越復雜，致使光纜的管理水平跟不上光纖通信網絡的發展步伐。為進一步加強通信網管理，充分發揮電力系統專用通信網的作用，更好地服務于電力生產服務，加強對電力光纖網監控是很有必要的。目前，電力通信光纜故障的發現大多數是依靠光傳輸設備的報警或數據通信中斷的報警來發現的，這些報警混雜了許多非光纜的因素在其中，經常出現誤報。電力通信光纜一般隨電力一次線路建設，一般電力架空線路的地域都比較偏僻且范圍很廣泛，因此，在故障發生后及時、準確地實現故障定位對光纜的故障排除及穩定運行有重大意義。

【關鍵詞】電力光纜；監測系統；通信傳輸

1.理論和實踐依據

1.1 技術理論依據

光纖在線監測系統是一個干涉系統，經感應光纖正、反兩路傳輸的光發生干涉，當感應線圈的光纖發生微變時，引起兩干涉光路相位差發生變化，通過光路參數的設計，使得干涉信號的頻率與光纖感應到的頻率一致。光纖對振動信號的感應是通過光纖的彈光效應來實現的。當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的振動，間接作用到光纖感應線圈上，當光纖感受到微振動產生的的壓力時，光纖發生微小的形變，引起光纖中傳輸光的相位發生變化。

1.2 自動在線監測原理

光纜自動監測系統是利用計算機技術、通信技術和光纖特性測量技術，對光纖傳輸網進行遠程分布式的實時監測，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測系統。系統通過OTDR測試儀對被監測光纖進行光特性測試，將采集到的背向散射曲線與參考曲線進行比較，分析光纖的傳輸特性，獲得光纖的當前狀態。

1.3 利用溫度等物理特性對光纜進行監測原理

1989年美國的Melt等人實現了光纖Bragg光柵（FBG）的UV激光側面寫入技術以來，光纖光柵的制造技術不斷完善，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、腐蝕性等環境中使用的優點外，還具有本征自相干能力強和在一根光纖上利用復用技術實現多點復用、多參量分布式區分測量的獨特優勢。

1.4 實踐依據

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

1.5 主要技術研究應用

（1）信號監測技術

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

（2）光纜測溫傳感技術

光纜測溫技術對于OPGW的電流升溫技術也是必不可少的，因為一般線路的跨度都較長，線路周邊環境各不相同，通過電流升溫很可能會使得線路段局部過熱，如果不能及時發現，就可能影響到光纜甚至地線的正常運行。采用抗覆冰OPGW并結合光纜測溫技術后的工作模式，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，也可以很容易定位接地點。

（3）光反射技術

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，當入射角時，折射角為90o；當入射角時，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象叫全反射，入射角叫做臨界角，其值為：

光在前進當中會因為光纖中介質的吸收、雜質、氣泡或因光纖外覆層的不均勻等因素，產生散射損失（衰減）。可以通過測試儀器測試整個光纖鏈路的衰減并提供與長度有關的衰減細節，具體表現為探測、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）光功率監測技術

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

光功率監測單元具有光功率數據采集、數據分析、告警處理、數據存儲等功能。光功率監測單元具有四種告警等級，當采集到的光功率數據越過某個告警門限時，光功率監測單元將向RTU和中心站發出越限告警，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光功率監測單元的告警歷史數據庫中，它保存每條光纖的歷史告警記錄。

（5）GIS技術應用

為了能夠直觀的了解光纜線路的分布及周邊物理環境，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。它除了可以放大、縮小、漫游，故障定位、地標處理外，還可以與OTDR曲線相連，當OTDR曲線上的游標移動時，地理信息圖上將同步顯示該處的地理位置。

2.預期目標及成果

2.1 預期目標及成果

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

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

（3）完成測試與資源管理系統或網管系統結合研究；

（4）完成適用于電力通信特點的監測系統監測站點與路由選擇和技術方案研究；

（5）完成地理信息系統（GIS）與開發工具和光纖長度的對應變換研究；

（6）實現電力公司XX線OPGW線路光纜自動監測系統應用場景研究；

（7）完成電力公司XX線OPGW線路光纜自動監測系統項目的實施。

2.2 研究成果特點

（1）研究成果應用后，可對XX電力公司光纜鏈路進行定期（周期）測試、點名測試和障礙告警測試。當被監測光纖發生障礙時，系統進行障礙告警測試，并對光纖障礙性質進行自動判斷，按規定的告警級別發出告警信息。并迅速、準確地確定故障點的位置；

（2）系統融合了網絡通信技術、光學測量技術、地理信息系統（GIS）以及全球衛星定位系統（GPS）等技術，對光纜中光纖傳輸衰耗特性變化及光纖阻斷故障實現遠程分布式實時、在線的自動監測；

（3）系統采用TCP/IP進行系統互連，可使監測中心和監測站同時處理多個連接，并可遠程進行系統維護及軟件升級，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以及國家電網的通信要求。

參考文獻

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