电网光缆链路物理特性在线监测分析研究

【摘要】随着国家电网公司电力光缆通讯网络的大规模建设，光缆线路越来越长，网络结构越来越复杂，致使光缆的管理水平跟不上光纤通信网络的发展步伐。为进一步加强通信网管理，充分发挥电力系统专用通信网的作用，更好地服务于电力生产服务，加强对电力光纤网监控是很有必要的。目前，电力通信光缆故障的发现大多数是依靠光传输设备的报警或数据通信中断的报警来发现的，这些报警混杂了许多非光缆的因素在其中，经常出现误报。电力通信光缆一般随电力一次线路建设，一般电力架空线路的地域都比较偏僻且范围很广泛，因此，在故障发生后及时、准确地实现故障定位对光缆的故障排除及稳定运行有重大意义。

【关键词】电力光缆；监测系统；通信传输

1.理论和实践依据

1.1 技术理论依据

光纤在线监测系统是一个干涉系统，经感应光纤正、反两路传输的光发生干涉，当感应线圈的光纤发生微变时，引起两干涉光路相位差发生变化，通过光路参数的设计，使得干涉信号的频率与光纤感应到的频率一致。光纤对振动信号的感应是通过光纤的弹光效应来实现的。当传感头固定在物体某位置时，该位置的振动引起空气和传播介质的振动，间接作用到光纤感应线圈上，当光纤感受到微振动产生的的压力时，光纤发生微小的形变，引起光纤中传输光的相位发生变化。

1.2 自动在线监测原理

光缆自动监测系统是利用计算机技术、通信技术和光纤特性测量技术，对光纤传输网进行远程分布式的实时监测，并对光缆线路的状况信息集中收集、处理和存储的自动化监测系统。系统通过OTDR测试仪对被监测光纤进行光特性测试，将采集到的背向散射曲线与参考曲线进行比较，分析光纤的传输特性，获得光纤的当前状态。

1.3 利用温度等物理特性对光缆进行监测原理

1989年美国的Melt等人实现了光纤Bragg光栅（FBG）的UV激光侧面写入技术以来，光纤光栅的制造技术不断完善，人们对光纤光栅在光传感方面的研究变得更为广泛和深入。光纤光栅传感器具有一般传感器抗电磁干扰、灵敏度高、尺寸小、重量轻、成本低，适于在高温、腐蚀性等环境中使用的优点外，还具有本征自相干能力强和在一根光纤上利用复用技术实现多点复用、多参量分布式区分测量的独特优势。

1.4 实践依据

早期的输电线路覆冰监测主要依靠人工巡线，受地形环境、人员素质、天气状况等因素的影响比较大，且效率低、复巡周期长。随着我国500kV输电线路建设，尤其是2008年雪灾之后，覆冰在线监测技术受到普遍重视，一些覆冰在线监测装置上线运行，但总的来说，目前国内借鉴国外的技术比较多，成熟的比较少。

1.5 主要技术研究应用

（1）信号监测技术

光信号监测方法通常分为两种：在线监测和离线监测，在线监测就是监测工作纤中的光信号，需要用到分光器、波分复用器、滤波器、垮接设备等；离线监测就是监测备纤中的光信号，需要增加激光光源，给备纤提供光信号；还可以通过通信设备的接口收集通信设备给出的有关信息。

（2）光缆测温传感技术

光缆测温技术对于OPGW的电流升温技术也是必不可少的，因为一般线路的跨度都较长，线路周边环境各不相同，通过电流升温很可能会使得线路段局部过热，如果不能及时发现，就可能影响到光缆甚至地线的正常运行。采用抗覆冰OPGW并结合光缆测温技术后的工作模式，如图1所示。

既可以由单个变电站控制，也可以由2个变电站同时工作控制，这样可以避免因为地线的原因造成线路情况的恶化。如果线路接地，则通过光纤测温技术，也可以很容易定位接地点。

（3）光反射技术

由折射定律可知，若，则，即与入射光线相比，折射光线向法线方向偏折；若，则，即与入射光线相比，折射光线将偏离法线。且随着入射角的增大，折射角增加很快，当入射角时，折射角为90o；当入射角时，就不再有折射光线而光全部被反射这种对光线只有反射而无折射的现象叫全反射，入射角叫做临界角，其值为：

光在前进当中会因为光纤中介质的吸收、杂质、气泡或因光纤外覆层的不均匀等因素，产生散射损失（衰减）。可以通过测试仪器测试整个光纤链路的衰减并提供与长度有关的衰减细节，具体表现为探测、定位和测量光纤链路上任何位置的事件（事件是指因光纤链路中熔接、连接器、弯曲等形成的缺陷，其光传输特性的变化可以被测量）。

（4）光功率监测技术

光功率监测是光缆线路监测的基本功能，随着光功率监测技术的发展和光功率监测器件成本的降低，光功率监测越加广泛和重要。光监测系统介绍通过光功率监测单元实现对线路的收端光功率监测。

光功率监测单元具有光功率数据采集、数据分析、告警处理、数据存储等功能。光功率监测单元具有四种告警等级，当采集到的光功率数据越过某个告警门限时，光功率监测单元将向RTU和中心站发出越限告警，RTU将立即启动对该条光纤的测试，并将测试报告上报给中心站。告警报告同时存储进光功率监测单元的告警历史数据库中，它保存每条光纤的历史告警记录。

（5）GIS技术应用

为了能够直观的了解光缆线路的分布及周边物理环境，项目研究分析了基于整合符合电力公司电子地图兼容格式之GIS电子地图信息系统。它除了可以放大、缩小、漫游，故障定位、地标处理外，还可以与OTDR曲线相连，当OTDR曲线上的游标移动时，地理信息图上将同步显示该处的地理位置。

2.预期目标及成果

2.1 预期目标及成果

（1）完成对电力光缆网备康线ADS线路和长苏线OPGW线路的全程自动监控测试和专业化分析研究；

（2）基于OPGW和ADS覆冰温度、应力应变原理物理特征和量化测量技术，完成备康线ADS线路和长苏线OPGW线路的全程自动监控测试和专业化分析研究；

（3）完成测试与资源管理系统或网管系统结合研究；

（4）完成适用于电力通信特点的监测系统监测站点与路由选择和技术方案研究；

（5）完成地理信息系统（GIS）与开发工具和光纤长度的对应变换研究；

（6）实现电力公司XX线OPGW线路光缆自动监测系统应用场景研究；

（7）完成电力公司XX线OPGW线路光缆自动监测系统项目的实施。

2.2 研究成果特点

（1）研究成果应用后，可对XX电力公司光缆链路进行定期（周期）测试、点名测试和障碍告警测试。当被监测光纤发生障碍时，系统进行障碍告警测试，并对光纤障碍性质进行自动判断，按规定的告警级别发出告警信息。并迅速、准确地确定故障点的位置；

（2）系统融合了网络通信技术、光学测量技术、地理信息系统（GIS）以及全球卫星定位系统（GPS）等技术，对光缆中光纤传输衰耗特性变化及光纤阻断故障实现远程分布式实时、在线的自动监测；

（3）系统采用TCP/IP进行系统互连，可使监测中心和监测站同时处理多个连接，并可远程进行系统维护及软件升级，还具有较好的安全性和较高的可靠性，符合全国电信管理网以及国家电网的通信要求。

参考文献

[1]杨毅，富璇，柏树春.光纤和光缆监测及管理系统[J].科技资讯，2007（20）.

[2]张秀群.信息传输基础与应用（通信技术专业）[M].电子工业出版社，2005.

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