基于大数据技术的电力通信光缆监测数据研究及应用

2020-01-19国网山西省电力公司太原供电公司

环球市场 2020年25期

国网山西省电力公司太原供电公司

科学技术的快速发展提高我国电力行业的发展速度和发展方向，为我国整体经济建设的快速发展贡献力量，我国国民经济和科学技术近些年来发展迅速，通信光缆基本上已经覆盖全国，给人们的生产、生活带了极大的便利。但是，通信光缆在使用过程中容易受到外部环境的影响而发生损坏，这不仅会对人们正常的生产生活造成较大的影响，甚至还会对国家的公共安全带来严重的威胁。

一、系统架构

1.感知层。感知层由现场终端设备、光开关设备和光纤配线架组成。感知层设备布置于变电站、开闭所等场所，可实现配网通信光缆信息如光功率和光缆长度的实时自动采集，通过网络层将采集信息发送至云平台，并对监控平台下发的指令做出响应。2.网络层。该层包含信息传输的信道，其负责感知层与监控平台之间的无线通信。现场终端通过串口访问方式与模块建立连接，通信模块将数据发送至运营商核心网，通过MQTT协议方式与云平台交互。网络层包括数据库和MQTT服务器：数据库用于存储配网通信光缆监测系统的数据。3.应用层。该层承载监控平台各种应用，包括PC监管平台和移动手机监管平台，以实现配网通信光缆监测系统的管理、监控和告警功能。

二、配网通信光缆监测系统主要具备5类功能

1.监测功能。包括数据采集、光缆劣化分析、断纤预警、故障定位等。配网通信光缆监测系统可以通过点名监测、周期监测及故障告警监测3种方法，对任意一条光缆的长度、衰耗等特性进行自动监测。测试结束后现场终端可以对测试曲线进行分析，计算熔接点平均损耗、熔接点最大损耗、接头平均损耗、接头平均反射率、接头最大反射率、接头最大损耗、平均衰减、最大衰减光纤段和光纤距离等性能指标并生成曲线上报云平台。2.故障管理功能。包括故障的监测、定位、通知及统计等过程。可进行劣化分析与预警、告警监测、告警阈值设定和告警信息管理等操作。光缆数据出现异常时系统会立刻发出声光警报并向云平台发送告警，云平台对异常数据进行分析并判断故障原因，通过监控平台向运维人员发送告警。3.配置功能。查询、设置、修改站点名称和运维人员信息；光开关、监测模块、端口的配置；现场终端数据初始化、时间配置与同步。4.安全管理功能。采取严格的权限管理机制，对不同职责的人员分级设置访问权限，防止数据被篡改。安全级别依照工作内容分为管理、维护和应用3级，管理员可根据光缆维护需求设置操作人员的使用权限和访问区域，并记录操作人员的工作日志。5.报表打印和管理功能。配网通信光缆监测系统可提供中、长期详细报表和统计报表。详细报表包括性能分析、数据分析和阈值设置。统计报表包括光纤衰耗统计和故障类型统计。

三、智能故障定位检测系统功能设计

基于GIS和OTDR技术的通信光缆故障点智能定位系统，可以提供精确的故障点定位功能。通信光缆常见故障为断路，当某段通信光缆发生断路时，光信号的衰减会在该断路处急剧增高，可以用通信光缆故障点智能定位系统检测光信号的衰减，从而得到OTDR测试曲线，用小波变换与BP算法结合分析OTDR曲线，准确的得到通信光缆某处断路点到机房的距离，然后利用通信线路属性表中得到机房距离字段，测量这个距离的数值。因此，该系统具备故障点周围情况监测功能。主要是检测通信光缆故障点周围是否有影响故障维修和到达故障点的因素。借助通信光缆故障点智能定位系统，查询通信光缆故障点周围情况。对于地理空间的数据空间查询实现，可以通过与通信光缆故障点周围被测距离的空间信息查询，从而得到测量距离范围内的地理数据信息。这种查询方式利用了地理信息系统空间信息与属性信息紧密结合的特点，能够更直观、更形象的实现通信光缆故障周围信息的查询。此外，当通信光缆发生故障时，基于GIS和OTDR技术的通信光缆故障点智能定位系统可以进行迅速、准确的故障点定位，并且将通信光缆周围环境进行数字化显示，同时，在地图上迅速标明障碍地点，并通过可视化设备显示周围的地形地貌、障碍类型、障碍等级，缩短故障抢修时间，使网络在最短的时间内恢复，减少因故障持续时间长而带来的经济损失。实现了图像数据和属性数据的统一存储、管理和分析，并且存储到数据库中便于后期的使用。系统实现了智能化操作功能和数据自动化更新功能，包括：通信光缆功率、故障点告警、设备故障等数据的更新，采用批量数据录入的方式完成动态数据的更新，可以及时发现通信光缆的故障点，有效提升了故障的检修效率。

四、电源及外壳选择

电源部分筛选出3种供电方式：220V外接交流电、锂离子充电电池、镍氢充电电池。220V外接交流电虽然供电比较稳定，但需要现场接电，不适合无电源场所，而且需要外带电源线，不便于携带。可充电锂离子电池和普通镍氢电池相比具有体积小、容量大、重量轻、自放电率低、充电速度快、无记忆效应的优点，因此选用可充电锂离子电池。外壳部分常用的材料有铝镁合金、工程塑料合金、碳纤维材料和铁质材料。工程塑料合金虽然价格低廉但是易磨损、容易老化且不能屏蔽电磁干扰；碳纤维材料耐高温、耐摩擦、导电、导热及耐腐蚀，但外形柔软，不易固定；而铁质材料虽然牢固耐用但质量重且易生锈腐蚀。综合分析，采用铝镁合金作为外壳质量轻又易于散热，坚固耐磨，经久耐用且轻便易携带，是最佳选择方案。