配电网通信光缆网络集中监测管理系统设计

郭伟，杨竞悦，胡启盟

(云南电网有限责任公司玉溪供电局，云南 玉溪 653100)

配电网通信光缆网络集中监测管理系统设计

郭伟，杨竞悦，胡启盟

(云南电网有限责任公司玉溪供电局，云南 玉溪 653100)

针对当前配电网通信光缆管理需求，提出了光缆资源信息模型、光路拓扑信息模型以及建模规范，引入基于光学测量、电子标签、地理信息系统等技术，开发了光缆网络集中监测和资源管理系统，通过集中的自动维护方式，及时地反映光缆的运行状况，在光缆出现故障时，能够快速测试、准确定位。

通信光缆；故障点定位；光时域反射仪 (OTDR)；电子标签 (RFID)；地理信息系统 (GIS)

0 前言

随着智能电网的深入建设[1-3]，电力通信网在保障电网安全、经济运行，提高电网企业信息化水平等方面发挥着重要作用。光纤通信具有传输容量大、传输距离远、抗电磁干扰及雷电干扰能力强等特点[4]，在电力配网通信网中的大规模运用，光缆规模在急剧增加。新建光纤传输通道通常采用架空或管道方式，绝大部分通信光缆与配电线路同杆塔架设。因光纤特性较脆，传输特性在运行过程中经常发生变化。当光缆发生故障将直接导致一个片区的配网自动化终端与主站之间的通信通道中断，影响通信网的正常工作。传统的光缆线路维护管理测试的工作量大，风险较高；定位不准确，排障时间长。为了保障通信，提高光缆的可用率，同时弥补维护力量相对不足的缺点，要求通信光缆采用集中化、电子化、自动化的维护手段。

文献 [5-6]介绍了利用光时域反射计 (OTDR)技术进行光缆故障定位原理及方法。文献[7-8]介绍了基于无源超高频电子标签在电力资产管理与定位方面的优势。国内已经有许多电力企业建立了基于GIS的配电管理系统[9]，实现对配电网进行自动分析。本文利用配电GIS平台，引入RFID技术，集成多站点部署ODTR测试功能，将配电网光缆通信设备的空间信息和属性信息统一，开发了配电网通信光缆网络集中监测管理系统，可以使用户在基础管理、设备管理、运行管理及故障检修等方面，直观掌握整个配电网光缆网络通信设备运行情况。

1 功能设计

通过在电力局布置光缆网络集中管理系统，具备如下功能：一方面要及时掌握光缆网的运行状况，及时发现劣化趋势，防患于未然；另一方面当出现断纤时，能够快速相应，准确地标定位，缩短运维人员排障历时；同时，大量与光缆维护和管理相关的信息，利用电子化的手段进行表报记录、处理和查询等工作。通过系统实现光缆网络设备自动化、数字化和信息化的集中式维护及管理，提高通信运维人员效率。

1.1 OTDR原理

OTDR是光缆监测的重要工具，利用光线在光纤中传输时的瑞利散射和菲涅尔反射所产生的背向散射而制成的精密的光电一体化仪表。OTDR测试是通过发射光脉冲在光纤内传输时，由于光纤本身的性质，连接器，接合点，弯曲或其它类似的事件而产生散射、反射，OTDR端口会接收部分的散射和反射返回的信息。根据收到的散射信号的强弱计算出光纤的衰减特性；根据收到的反射回波信号和时间计算出断点与接头的距离。通过以下的公式测量距离：

在这个公式里，c是光在真空中的速度，t是信号发射后到接收到信号时间，(IOR)被测的光纤折射率。

1.2 光缆故障GIS定位

光缆敷设完成后设置测试点，利用OTDR测试曲线结合光缆铺设情况，分析推导出测试段内光缆经过的连接点、拐点、盘留点、中继点等与测试曲线中的突变点的对应关系，结合杆、塔、站、井等地理位置，将突变点准确地定位到 “关键点”参照物上，减少仅利用光缆长度推断故障点所带来的误差。

1.3 电子标签的应用

地理信息系统 (GIS)以及全球卫星定位系统 (GPS)的成熟技术为光缆线路故障点定位提供了基础；电子标签具有唯一的电子物品编码，将电子标签安装在 “关键点”的光缆通道或光缆上，记录 “关键点”身份及相关信息，通过手持终端现场读/写功能获取信息统数据库中查询相关资源的信息。RFID编码结构如图1所示。

图1 电子标签编码结构

2 信息模型

本系统的信息建模主要包括三个方面的内容：通信资源信息、光路拓扑信息和测试路由信息。

2.1 通信资源信息

通信光缆资源维护主要是针对光路上光纤、配线架、接头、分光器、连接器、熔接点等多种器件，此外，还包括对局点、管道、杆路等设施的维护[10]。建立通信光缆资源信息模型，并把“关键点”设备相关信息写入电子标签，确保在网设备的记录与运行中的资源对应，有利于全网的通信资源的统一集中管理。

对通信光缆资源建模，需要收集通信光缆相关资源的属性参数并形成资源分类信息数据库。如：涉及光通道的光缆线路及光缆段；涉及光汇集的配线架、接头、分光器、连接器、熔接点等通信节点；以及供电局、通信站、塔、井等相关辅助设施。

2.2 系统结构模型

系统结构模型有多种展示方式，最常用的是树形结构。树形结构展示能充分体现出资源的层次关系，要求必须有一个根节点，且每一个子节点的父节点是唯一的[11]。依据通信光缆管理模式，根节点为省电力公司，下属电力局管理通信站和光缆线路，通信站内可有多个通信节点，光缆线路可包含多个光缆段，此外，通信节点和光缆段还具有各自的应用属性，依次按从属关系形成子节点。所有节点均有唯一路径，采用URI域命名规则，可与其它资源管理系统设备建立映射关系。设备属性数据由局方提供或其它系统导入，统一建模并录入系统中。

2.3 光路拓扑信息模型

光通信是通过光缆段的首/未端接点在不同的光缆段间建立光路，光路拓扑是查找光通信路径。光路拓扑信息模型由支路、节点构成，节点是同接点的光缆端接点的集合，支路连接不同的两个节点的光通信路径。通过对区域内所有光缆段检查，形成光缆段的接点与节点从属关系、节点-支路 (光缆段)的关联关系，建立光路拓扑信息模型，如图2所示。

图2 拓扑模型

2.4 测试路由

根据实际需要对关键光缆路径建立测试路由并定期监测，为评估单根光纤或完整光缆链路传输质量以及出现故障时及时定位故障点；系统也可以自动选择部署的OTDR站点为起始点，通过对区域内光缆段拓扑分析，创建测试路由并进行测试。

3 系统实现

3.1 功能结构

系统软件采用三层结构，包括状态感知层、支撑服务层、业务应用层。纵向业务应用与相应支撑服务相关联，横向不同的服务通过数据库松耦合，添加新的服务功能不涉及系统结构也不影响已有的业务，方便系统应用功能的扩充。

3.2 故障点定位算法

由系统拓扑算法提供测试路由或检查光路径反映的光缆段的连接关系。通过测试路由计算对应光缆长度，结合 “关键点”信息把故障点转换为地理坐标，通过GIS地图显示，实现故障点定位。

4 系统功能

系统硬件平台由电力局管理服务器和部署站点的OTDR和OFMS共同构成。光缆集中监测管理系统通过DCN网络定期访问部署OTDR和OFMS每个站点，可以将遍布各地的光缆线路都纳入到管理之中。实现主要功能如下：

1)光缆集中监测：定期对全网光缆进行自动测试，通过指令控制其扫描对应的光链路性能，对OLT的快速检测，如网元、单板、端口、光器件、ONU状态信息等，采集测试结果并自动进行分析比较，可以快速判断故障发生的区域和识别故障原因，如断纤、连接器故障等，如果是发生在主干光纤上，能够精准定位故障发生的位置。

2)资源维护与管理：用户通过系统图形接口，实现对局点、光缆段、管道段、地标和连接点等资源可视化管理.

3)地图故障定位：系统提供电子地图功能，除能在界面上真实反映光缆网络的分布情况，在光缆中断告警发生时能准确地定位中断点，并能结合 “关键点”计算出光缆中断点地理位置，在电子地图上标识出来。

4)光缆路由及拓扑图：通过指定局点的方式，将光缆路由、关联的光交接箱等在电子地图上予以显示，提供相关路由的光缆规格和型号、利用率等关键属性信息；用户可以生成拓扑结构图，根据拓扑图建立测试路由，也可以手动建立测试路由，系统校验其正确性并在地图上显示。

除上述功能外，系统还提供对整体网络设备属性数据与故障分布的统计分析功能，挖掘相互之间的关系，为光缆新建的资源选型提供依据；规划设计人员也可以利用GIS功能，制定出最佳的路线和资源配置方案，为光缆新建路由、容量、位置等方面科学控制和利用资源提供决策支持。

5 结束语

本项目建成配网通信光缆集中管理系统，通过引入RFID技术、GIS及GPS功能，使其故障点的测量误差控制在几十厘米以内，运维人员根据系统提示可直接找到故障点进行处理，提高了故障测寻的效率，从而节省人力物力，缩短处理故障的时间，创造较大的经济效益和社会效益。

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郭伟，工程师，云南电网有限责任公司玉溪供电局，主要从事电力调度通信管理工作。

杨竞悦，工程师，云南电网有限责任公司玉溪供电局，主要从事电力通信运行管理工作。

胡启盟，助理工程师，云南电网有限责任公司玉溪供电局，主要从事电力通信运行管理工作。

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