配電網通信光纜網絡集中監測管理系統設計

郭偉，楊競悅，胡啟盟

(云南電網有限責任公司玉溪供電局，云南 玉溪 653100)

配電網通信光纜網絡集中監測管理系統設計

郭偉，楊競悅，胡啟盟

(云南電網有限責任公司玉溪供電局，云南 玉溪 653100)

針對當前配電網通信光纜管理需求，提出了光纜資源信息模型、光路拓撲信息模型以及建模規范，引入基于光學測量、電子標簽、地理信息系統等技術，開發了光纜網絡集中監測和資源管理系統，通過集中的自動維護方式，及時地反映光纜的運行狀況，在光纜出現故障時，能夠快速測試、準確定位。

通信光纜；故障點定位；光時域反射儀 (OTDR)；電子標簽 (RFID)；地理信息系統 (GIS)

0 前言

隨著智能電網的深入建設[1-3]，電力通信網在保障電網安全、經濟運行，提高電網企業信息化水平等方面發揮著重要作用。光纖通信具有傳輸容量大、傳輸距離遠、抗電磁干擾及雷電干擾能力強等特點[4]，在電力配網通信網中的大規模運用，光纜規模在急劇增加。新建光纖傳輸通道通常采用架空或管道方式，絕大部分通信光纜與配電線路同桿塔架設。因光纖特性較脆，傳輸特性在運行過程中經常發生變化。當光纜發生故障將直接導致一個片區的配網自動化終端與主站之間的通信通道中斷，影響通信網的正常工作。傳統的光纜線路維護管理測試的工作量大，風險較高；定位不準確，排障時間長。為了保障通信，提高光纜的可用率，同時彌補維護力量相對不足的缺點，要求通信光纜采用集中化、電子化、自動化的維護手段。

文獻 [5-6]介紹了利用光時域反射計 (OTDR)技術進行光纜故障定位原理及方法。文獻[7-8]介紹了基于無源超高頻電子標簽在電力資產管理與定位方面的優勢。國內已經有許多電力企業建立了基于GIS的配電管理系統[9]，實現對配電網進行自動分析。本文利用配電GIS平臺，引入RFID技術，集成多站點部署ODTR測試功能，將配電網光纜通信設備的空間信息和屬性信息統一，開發了配電網通信光纜網絡集中監測管理系統，可以使用戶在基礎管理、設備管理、運行管理及故障檢修等方面，直觀掌握整個配電網光纜網絡通信設備運行情況。

1 功能設計

通過在電力局布置光纜網絡集中管理系統，具備如下功能：一方面要及時掌握光纜網的運行狀況，及時發現劣化趨勢，防患于未然；另一方面當出現斷纖時，能夠快速相應，準確地標定位，縮短運維人員排障歷時；同時，大量與光纜維護和管理相關的信息，利用電子化的手段進行表報記錄、處理和查詢等工作。通過系統實現光纜網絡設備自動化、數字化和信息化的集中式維護及管理，提高通信運維人員效率。

1.1 OTDR原理

OTDR是光纜監測的重要工具，利用光線在光纖中傳輸時的瑞利散射和菲涅爾反射所產生的背向散射而制成的精密的光電一體化儀表。OTDR測試是通過發射光脈沖在光纖內傳輸時，由于光纖本身的性質，連接器，接合點，彎曲或其它類似的事件而產生散射、反射，OTDR端口會接收部分的散射和反射返回的信息。根據收到的散射信號的強弱計算出光纖的衰減特性；根據收到的反射回波信號和時間計算出斷點與接頭的距離。通過以下的公式測量距離：

在這個公式里，c是光在真空中的速度，t是信號發射后到接收到信號時間，(IOR)被測的光纖折射率。

1.2 光纜故障GIS定位

光纜敷設完成后設置測試點，利用OTDR測試曲線結合光纜鋪設情況，分析推導出測試段內光纜經過的連接點、拐點、盤留點、中繼點等與測試曲線中的突變點的對應關系，結合桿、塔、站、井等地理位置，將突變點準確地定位到 “關鍵點”參照物上，減少僅利用光纜長度推斷故障點所帶來的誤差。

1.3 電子標簽的應用

地理信息系統 (GIS)以及全球衛星定位系統 (GPS)的成熟技術為光纜線路故障點定位提供了基礎；電子標簽具有唯一的電子物品編碼，將電子標簽安裝在 “關鍵點”的光纜通道或光纜上，記錄 “關鍵點”身份及相關信息，通過手持終端現場讀/寫功能獲取信息統數據庫中查詢相關資源的信息。RFID編碼結構如圖1所示。

圖1 電子標簽編碼結構

2 信息模型

本系統的信息建模主要包括三個方面的內容：通信資源信息、光路拓撲信息和測試路由信息。

2.1 通信資源信息

通信光纜資源維護主要是針對光路上光纖、配線架、接頭、分光器、連接器、熔接點等多種器件，此外，還包括對局點、管道、桿路等設施的維護[10]。建立通信光纜資源信息模型，并把“關鍵點”設備相關信息寫入電子標簽，確保在網設備的記錄與運行中的資源對應，有利于全網的通信資源的統一集中管理。

對通信光纜資源建模，需要收集通信光纜相關資源的屬性參數并形成資源分類信息數據庫。如：涉及光通道的光纜線路及光纜段；涉及光匯集的配線架、接頭、分光器、連接器、熔接點等通信節點；以及供電局、通信站、塔、井等相關輔助設施。

2.2 系統結構模型

系統結構模型有多種展示方式，最常用的是樹形結構。樹形結構展示能充分體現出資源的層次關系，要求必須有一個根節點，且每一個子節點的父節點是唯一的[11]。依據通信光纜管理模式，根節點為省電力公司，下屬電力局管理通信站和光纜線路，通信站內可有多個通信節點，光纜線路可包含多個光纜段，此外，通信節點和光纜段還具有各自的應用屬性，依次按從屬關系形成子節點。所有節點均有唯一路徑，采用URI域命名規則，可與其它資源管理系統設備建立映射關系。設備屬性數據由局方提供或其它系統導入，統一建模并錄入系統中。

2.3 光路拓撲信息模型

光通信是通過光纜段的首/未端接點在不同的光纜段間建立光路，光路拓撲是查找光通信路徑。光路拓撲信息模型由支路、節點構成，節點是同接點的光纜端接點的集合，支路連接不同的兩個節點的光通信路徑。通過對區域內所有光纜段檢查，形成光纜段的接點與節點從屬關系、節點-支路 (光纜段)的關聯關系，建立光路拓撲信息模型，如圖2所示。

圖2 拓撲模型

2.4 測試路由

根據實際需要對關鍵光纜路徑建立測試路由并定期監測，為評估單根光纖或完整光纜鏈路傳輸質量以及出現故障時及時定位故障點；系統也可以自動選擇部署的OTDR站點為起始點，通過對區域內光纜段拓撲分析，創建測試路由并進行測試。

3 系統實現

3.1 功能結構

系統軟件采用三層結構，包括狀態感知層、支撐服務層、業務應用層。縱向業務應用與相應支撐服務相關聯，橫向不同的服務通過數據庫松耦合，添加新的服務功能不涉及系統結構也不影響已有的業務，方便系統應用功能的擴充。

3.2 故障點定位算法

由系統拓撲算法提供測試路由或檢查光路徑反映的光纜段的連接關系。通過測試路由計算對應光纜長度，結合 “關鍵點”信息把故障點轉換為地理坐標，通過GIS地圖顯示，實現故障點定位。

4 系統功能

系統硬件平臺由電力局管理服務器和部署站點的OTDR和OFMS共同構成。光纜集中監測管理系統通過DCN網絡定期訪問部署OTDR和OFMS每個站點，可以將遍布各地的光纜線路都納入到管理之中。實現主要功能如下：

1)光纜集中監測：定期對全網光纜進行自動測試，通過指令控制其掃描對應的光鏈路性能，對OLT的快速檢測，如網元、單板、端口、光器件、ONU狀態信息等，采集測試結果并自動進行分析比較，可以快速判斷故障發生的區域和識別故障原因，如斷纖、連接器故障等，如果是發生在主干光纖上，能夠精準定位故障發生的位置。

2)資源維護與管理：用戶通過系統圖形接口，實現對局點、光纜段、管道段、地標和連接點等資源可視化管理.

3)地圖故障定位：系統提供電子地圖功能，除能在界面上真實反映光纜網絡的分布情況，在光纜中斷告警發生時能準確地定位中斷點，并能結合 “關鍵點”計算出光纜中斷點地理位置，在電子地圖上標識出來。

4)光纜路由及拓撲圖：通過指定局點的方式，將光纜路由、關聯的光交接箱等在電子地圖上予以顯示，提供相關路由的光纜規格和型號、利用率等關鍵屬性信息；用戶可以生成拓撲結構圖，根據拓撲圖建立測試路由，也可以手動建立測試路由，系統校驗其正確性并在地圖上顯示。

除上述功能外，系統還提供對整體網絡設備屬性數據與故障分布的統計分析功能，挖掘相互之間的關系，為光纜新建的資源選型提供依據；規劃設計人員也可以利用GIS功能，制定出最佳的路線和資源配置方案，為光纜新建路由、容量、位置等方面科學控制和利用資源提供決策支持。

5 結束語

本項目建成配網通信光纜集中管理系統，通過引入RFID技術、GIS及GPS功能，使其故障點的測量誤差控制在幾十厘米以內，運維人員根據系統提示可直接找到故障點進行處理，提高了故障測尋的效率，從而節省人力物力，縮短處理故障的時間，創造較大的經濟效益和社會效益。

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郭偉，工程師，云南電網有限責任公司玉溪供電局，主要從事電力調度通信管理工作。

楊競悅，工程師，云南電網有限責任公司玉溪供電局，主要從事電力通信運行管理工作。

胡啟盟，助理工程師，云南電網有限責任公司玉溪供電局，主要從事電力通信運行管理工作。

Design and Implementation of Communication Optical Fiber Cable Centralized Monitoring and Management System for Distribution Network Based on GIS

GUO Wei，YANG Jingyue，HU Qimeng
(Yuxi Power Supply Bureau，Yunnan Power Grid Co.，Ltd.，Yuxi，Yunnan 653100，China)

This article supplements to the management for current communication optical cables of electric distribution network.The information model of optical cables，the topological information model of optical path，and the unified modeling method are presented in this article.Based on optical measurement technology，radio frequency identification and geographic information system，the centralized monitoring and management system for optical cable are developed.By the way of centralized automatic maintenance，this system can timely retrieve the running status of opticcables.It can quickly test and accurately locate the fault if optical cables have failure.

communication optical fiber cable；fault location；optical time domain reflectometer；radio frequency identification；geographic information system

TM76

B

1006-7345(2015)06-0071-03

2015-09-03