區域電力通信網中光纜智能監測系統的設計探究

文/潘樹昌 潘飛 徐梁剛

通信光纜監測智能化水平的不斷提升，可以有效增強光纜故障排除能力，從而保障電力通信系統的安全運行。本文主要以區域電力通信網為研究對象，對光纜智能監測系統進行了詳細設計，希望能夠為區域電力通信網光纜質量監測系統設計提供一定的借鑒。

在智能電網系統快速發展的形勢下，區域電網信息化的穩定性和可靠性直接關系著電網運行安全。在整個電力系統中，區域電網具有區域性特征。目前，國內光纜線路的鋪設主要為架空方式。在這種方式下，外界因素很容易對電纜運行造成影響，從而使光纜線路成為電網運行過程中的一個薄弱環節，同時也是電力系統中故障率最高的設施之一。傳統的電纜維護方式操作難度極大，因此，電力部門有必要利用先進技術對光纜線路進行實時監測，從而實現對光纜線路故障發生率的有效控制。

一、光纜智能監測系統構架設計

（一）整體系統結構

電力通信網絡中的光纜智能監測系統主要包括監測站系統、上位機監測系統以及通信網絡系統等部分。其中，上位機監測系統主要由客戶端和監測中心共同組成，它與監測站之間通過TCP/IP 協議實現連接。光纜智能監測系統示意圖如圖1 所示。

光纜智能監測系統運行的基本原理如下。①監測站可以針對整個光纜線路自動進行實時監測，同時可以實現光纖傳輸損耗變化情況的實時跟蹤。光纜智能監控系統中配備的光功率監測模塊可以對光纜線路光功率進行實時監測。當存在斷線等故障時，實際監測的光功率小于設定閾值。此時，控制模塊會切換光纜線路并同時發出告警信號。②在光纜線路中分布的數據采集器件可以對光纖運行基礎數據進行采集并將其傳輸到監測中心。監測中心對數據進行存儲和分析，并將數據分析結果反饋到遠端，以幫助用戶及時發現故障點。③用戶在配備權限后即可查看切換信息和告警信息等。用戶通過遠程控制監測站即可實現光纜的線路切換，并在實時監測功能的幫助下及時察覺光纜線路傳輸劣化等相關問題，以有效控制光纜阻斷事故發生率。

（二）光纜智能監測系統功能模塊設計

此次設計的光纜智能監測系統主要包括光纜監測、故障處理、運行維護、告警處理、統計分析及資源管理等多個子模塊。其中，光纜監測模塊具有周期監控、實時監控和點名監控等功能，用戶利用光纜監測模塊可以進行切換信息查詢、條件查詢和歷史告警信息查詢等。告警處理模塊可以實現告警信息設定、告警通知和處理等。同時，告警處理模塊與故障處理模塊聯系緊密，它們可以幫助用戶對故障進行定位分析，并可實現過程信息記錄和故障恢復。資源管理模塊的主要作用是對設備、電路和線路等進行管理，它是在客戶端和監測中心通過TCP/IP 協議進行連接后實現信息交互的，服務器接收到客戶發送請求后即可提供相應服務。統計分析模塊可以針對光纜及設備性能進行統計，該模塊屬于光纜智能監測系統的核心模塊。資源管理模塊為系統的維護模塊，可以實現數據輸入、存儲、編輯和管理等功能。

（三）光纜智能監測系統GIS功能設計

此次設計的光纜智能監測系統GIS 功能框架如圖2 所示。光纜智能監測系統GIS 的主要功能有數據輸入、數據存儲與管理、空間查詢與分析、數據編輯與處理、可視化表達與輸出等。

只有將地圖、文字報告、物化遙以及統計等相關數據輸入系統后，才能夠構建GIS 數據庫，該數據庫可將各類數據轉化為數字形式。輸入的信息類型主要包括格柵數據、圖形數據以及GPS測量數據等。數據存儲主要包括空間和非空間兩種存儲形式，用于存儲數據的數據庫還具有數據的更新、查詢和檢索等功能。數據編輯主要包括圖形編輯和屬性編輯兩個部分。圖形編輯可以實現圖形的變換、拼接、投影變換和整飾；而屬性編輯則主要通過數據庫管理來實現。另外，空間查詢與分析是GIS 的核心功能，可視化表達與輸出主要涉及人機交互層面。

二、局部系統設計

此次設計使用的是Windows操作系統，數據庫開發使用的是SQL Server 軟件，軟件開發使用的是VB 語言，地理信息系統開發主要使用的是Mapinfo Professional 12.0 平臺。

（一）光纜資源軟件系統

光纜資源管理系統主要包括數據存儲層、界面層和邏輯處理層三個部分。相應地，光纜資源軟件系統模型包括資源管理客戶端、資源數據庫以及應用服務器三個部分。數據存儲層的主要作用是對資源管理系統中產生的個人信息進行存儲。界面層可以為用戶提供各種功能界面。邏輯處理層主要用于邏輯業務的分析、資源統計調配等。值得一提的是，光纜資源軟件系統具有可調整性和維護便捷等特點。

（二）GIS 光纜監測故障判斷與定位系統

1.GIS 光纜監測故障位置判斷設計

在電纜光纖發生故障之后，系統可以快速監測到光纖數據中斷狀態，同時可通過GIS 定位技術來快速獲取光纜故障點位置及其坐標距離。系統還會將故障點定位信息實時切換到實際位置信息，該信息可以通過GIS 畫面來進行顯示。技術人員根據定位信息即可快速判斷故障位置及可能的故障原因。在測試光纖故障之后，技術人員可以通過工程參考點信息準確判斷光纖故障位置，同時結合光纖屬性以及故障點位置詳細計算出光纖故障點的距離。距離計算公式如下：

式（1）中，L為故障點到測量點的距離，Of為光纖長度，α 為光纖絞縮率。

從測量點開始到光纖電纜沿線任意一個地標點的距離可通過式（2）進行計算：

式（2）中，Lij為標的點i與j之間的距離，Sij為標的點i與j之間的直線距離，βij為光能曲率。

由此可知，兩標的點的距離L計算公式為：

式（3）中，Rk為標的點的樁點里程。

光纜長度可通過式（4）進行計算：

式（4）中，Sxy為標的點x與y之間的間距，βxy為光纜曲率，Lxy為光纜的實際長度。

2.GIS 光纜故障智能監測定位設計

OTDR（光時域反射儀）信息采集技術可以支撐光纜線路故障具體位置的研判。同時，故障點地理位置分析算法可實現故障點位及故障原因的詳細研判；利用標準曲線對故障點進行對比分析，即可生成初步的故障診斷報告。技術人員可以故障報告為依據對故障原因進行詳細分析，從而得到故障電纜數據、光纜故障位置信息及可能的故障原因等相關信息，進而采取有針對性的故障排除措施。

區域電力通信網中的光纜故障智能檢測系統的基本工作原理為：通過系統故障點與參考曲線來判斷損耗差值是否超過事件門限范圍，如果超過門限范圍，則會自動觸發故障報警信號；隨后，技術人員可進行故障監測，精準定位故障點，并通過地標技術來實現故障點研判和故障信息確定。

三、結語

相較于傳統電力通信網絡中的光纜監測手段，本文設計的光纜智能監測系統采取了智能化OTDR 監測方式，同時利用GIS 技術實現了監測信息化和數字化。光纜智能監測系統可以對通信網絡長度信息和經緯度信息進行快速、精準報備，同時可以實現對光纜的持續監測和故障預警，從而有效避免電力通信網絡光纜在運行過程中因切割斷裂、遷改等相關問題導致故障位置無法精準定位等，有效提升了光纜故障反應速率，有利于壓縮搶修時間，從而充分保障光纜通信信息的穩定與安全。