光纤和光缆的监测与管理系统

1、关键词 :光纤 ;光缆 ;监测 ;管理文章编号 :1005 - 7641 (2002) 05 - 0011 - 03中图分类号 : tn818文献标识码 :b接头损耗 ,通过与原始工程资料比较 ,可判断故障点引言光纤通信由于其通频带宽 、容量大 、传输距离远 、无 电磁干扰等优点 ,已成为信息化社会构筑现代通信网络 的重要基础 。目前全世界使用光纤的总量高达数千万 km 。我国在 90 年代初开始光纤通信系统的大量建设 , 至 2000 年末 ,全国光缆线路长度已达 125 万 km 。在电 力系统内 ,电力专网正从原来以微波通信为主方式转向 光纤通信网 ,特别是 sdh 光纤通信网的建设 ,

2、已建光缆 通信线路约 70 000km ,近期将重点建设公司光纤骨干网 络 ,并在此基础上进行公司系统宽带联网 。鉴于光纤网络在国民经济和现代生活中的特殊地 位 ,保障光缆线路的安全性就显得尤为重要 。目前光 纤线路维护管理方法有多种 ,大致可分为 3 个层次 :光 纤线路的人工监测 、光纤线路的自动 ( 在线) 监测和光 缆的自动 (在线) 监测 。本文将逐一论述这 3 种方法 , 并比较其特点 ,为电力光纤通信线路的监测 、维护和管 理提供参考 。0位置或反映接头的不良信息 ,并通知有关部门或维人员采取相应措施 。o td r 光纤测试遵循 b ell co r e 的 r tu 标光纤线

3、路自动监测系统(1) 原理 光功率告警检测模块对各段光缆进行远程 、实2在线的光功率采集 ,将采集的光功率数据整理 ,并与先定义的光功率告警门限数据比较 。对超过门限的功率变化进行告警 ,对数据进行统计分析处理 ,判断故障光缆线 ,通过控制系统自动快速启动相关站点o tdr 和程控光开关 (osw) 对目标光缆段进行测试试曲线数据上传到检测中心 ,通过将测试曲线与数据中的参考曲线 (数据) 进行对比分析 ,初步确定故障点置 、类型 (断缆 、传输损耗超标 、接头损耗超标等) 、告级别 ,再借助于地理信息系统 ( gis) 和全球卫星定位统 ( gps) ,在各级监测中心的监控屏幕上以地图的形准

4、确地显示出光缆的路由和故障点位置 。光纤线路的人工监测根据有关告警信息 ( 主要是传输系统的光端机收 不到光信号而产生的无光告警) ,值班人员用值班电话 通知线路维护工程师 ,线路维护工程师利用 o td r (光 时域反射测试仪) 对目标光纤线路进行测量 。光时域反射测试仪 o td r 是目前光缆检测和维 护的主要仪器 。o td r 具有很大的 动 态 范 围 ( 35 db 以上) ,能检测 60 km 以上的光缆线路 。o td r 通过 发射检测光到被测光缆 ,接收检测反射光的强度 ,定位 被测光缆的长度 ( 断缆位置) 、光纤衰减常数和光纤的1监测光可以由分光器取自通信光信号 ,

5、可以在发端后和收光端前自由配置 ,监测光也可由专门的光源供 。光功率的采集遵循 b ell core 的 opm 标准 。测试方式有周期测试 、点名测试和告警测试 种 。可进行 :1) 在线监测 ,o td r 采用与光传输设备工作波不同的测试光进行测试 ,利用波分复用器 ( wdm)光器 ( f il t er) 、光开关 ( o sw) ,通过波分复用技 实时地对被监测光纤的运行状况进行监测 ;2) 备纤监测 ;3) 离线监测 ;4) 跨段监测 。可见 ,光纤线路自动检测系统是集光电子技术收稿日期 : 2001 - 12 - 17作者简介 : 陈希 (1962 - ) ,男 ,四川蓬安人

6、,博士 ,高级工程 师 ,从事光纤通信与网络 、电力系统通信等方面的科研 与开发工作 。信技术 、gis 技术 、gps 技术 、计算机技术于一体的合应用系统 。(2) 系统组成光纤线路监测系统主要由总监测中心 ( gmc) 或 省监测中心 ( pmc) 、区域 (本地) 监测中心 (l mc) 和监测站 ( m s) 组成 ,层次结构如图 1 所示 。其中 : 监测中心对各监测站进行控制 ,为采集数据和处理数据的中 心 。监测站对光缆线路进行光功率监测 ,根据中心指令对光纤进行自动测试 ,以跟踪光纤传输损耗的变化 ,其中监测站可无人值守 。缆护套破损导致护套对地绝缘电阻下降 ;机械损伤 (在

7、光缆路由上外力施工 、耕地等不慎都会伤害护套) 以及地形变异 、洪水冲刷 、山体滑坡等 ;光缆埋设时间过长 、p e 护套老化或光缆埋设在护套易腐蚀的环境中都会造成护套对地绝缘电阻下降 。 光纤监测是通过对光纤的测量与分析来评价光缆劣化情况 ,而本系统是通过对护套的检测来了解光缆情况 ,其特点是能在光缆纤芯受到损坏之前 (光纤信号 未衰减前) ,及时发现问题 ,消除隐患 ,减少损失 。例如水渗入光缆纤芯是造成光纤损坏的主要原因 ,只要找 到损坏的光缆护套 ,进行小部分修复 ,便可以避免花费 巨款更换光缆 ,同时也可避免使用额外接头而导致光纤质量降低 。(2) 原理光缆埋入地下 ,光缆护套中的金

8、属护层与大地之 间的电阻称为光缆护套对地绝缘电阻 。护套对地绝缘电阻过小 ,说明光缆护套已经破损 ,其中金属护层将会 被腐蚀 ,导致水或水汽进入光缆 。所以护套对地绝缘电阻的大小 ,可充分反映光缆护套的质量与其完整性 ,也就是直接反映光缆线路的可靠与安全程度 。 直埋光缆线路护套的对地绝缘电阻 ,可用兆欧计或高阻表在线路上逐段进行测量 ,也可用专用装置对 光缆护套对地绝缘电阻进行实时测量 ,并将测量结果及时自动地通过电话网 (或数据网) 传递至光缆维护部 门的监测中心 。当某个测量数据一旦超过所设定的门限 ,这个专用装置便可在监测中心发出相应告警信号 , 同时通过电话或寻呼机通知相关人员 。这

9、就是光缆护 套自动监测过程 。(3) 系统组成系统由监控中心 、监测站和前站组成 ,结构如图 2所示 。图 1 光纤线路自动监测系统结构系统除能自动检测及数据分析处理外 ,还应具有如下功能 :充分利用现有主系统的监控告警及网管信 息 ,以减少硬件投资 ,提高监控系统监测速度和异常事件时的反映能力 ;显示数值包含光缆皮长 、纤长 、标识编号 、gps 三维座标 、地形地貌的特征等 ; 具有友好的 人机界面 ,下拉式中文菜单显示 ,能够方便地进行各类数据资料查询 、修改 、统计报表及曲线打印 ,具有强大的数据库档案管理能力 ;可以设置不同的 passwo rd 以 对仅监视和兼有监控目的站点授予不

10、同的权限 ; 设置不同的告警等级 ,对异常状态有过滤打印功能 ;除可以 将必要的告警信息在向监测中心传送外 ,还能向相关 人员通过自动拨叫寻呼机以及采用转移呼叫等技术 ,发出告警通知 ; 能够向高层网管按 q3 标准协议自动 传送光缆网监测结果及有关数据 。该系统实际为一测试网络 ,结构与传输管理网类 似 。实际上 ,该系统作为 tmn 传输管理网的光纤管理子网 ,可以集成进现有的传输管理网中 ,构成完整的光 纤通信管理系统 ,包括光传输设备和光纤线路的管理 。光缆自动监测系统(1) 光缆检测必要性 所谓光缆检测实际上是指对光缆护套的监测 。护套是保护光纤的一道屏障 ,一旦破损 ,将危及光纤的

11、安全 。对地埋光缆 ,造成护套破损的因素较多 :光缆制造 时护套材料选择不良 , 杂质含量过大 , 挤塑时厚薄不匀 、气隙过多以及皱纹钢带搭接密封不良等 ;在光缆敷 设过程中不慎将护套划伤 ,其划痕随着时间的推移将 会扩大而导致护套绝缘电阻下降 ,以致不合格 ;雷电通过大地或树根 、地线等与光缆护套中皱纹钢带间放电 而将护套 p e 击穿 ; 白蚂蚁和老鼠等啃咬都会造成光3图 2 光缆自动监测系统结构1) 监控中心监控中心是系统的中枢 ,由电脑 、专用软件和外设 组成 ,可以管理一定数量的监测站 。它接收由监测站发回的测试数据 ,通过软件进行数据分析 ,产生相应的记录报告和分析图表 。它还可随

12、时向监测站发送监测 信号 ,设定告警门限 ,并向设定的电话号码自动发出故障信息 ,为维护提供有效手段 。监测中心还可以将光还可向指定的光缆线路发送供光缆定位或故障点查找的信号 。监测站最多可连接 15 条光缆 750 个前站 。3) 前站前站由测量电阻 、数据转换 、传输 、远供接收及防 雷保护等单元装置在一个密闭金属桶内构成 ,通常安 置在光缆接头处 ,接收并传送监测站的检测信号 。每 个前站测量其所连接的光缆段金属护层对地绝缘电阻 ,并传送到监测站 。如果接头处安装了进水检测设 备 ,前站就可自动检测接头盒的进水情况 ,并发信号到监测站 。1 条中继段长光缆线路视其中继段长短与其 投资费用

13、大小可安装 150 个前站 。此外 ,系统还包括故障定位仪 。该仪器通过令监 测站向特定的光缆线路全线发送定位或故障查找信号 ,工作人员可利用该仪器进行现场探测和定位 。目前 ,该系统的典型产品为英国雷迪公司的 l m s- 3 a rrm 系统 。题 ,则其在电力系统将会得到广泛应用 。在电力系统中的应用5电力系统对通信的可靠性要求很高 ,因此 ,对于光纤网络为主的通信系统 ,不仅要求对通信设备能行有效的管理 ,也要求对光纤线路能进行细致的监与管理 。电力系统所 用 光 缆 主 要 是 o p gw 和 adss 。其是 adss 光缆 ,由于长期处于强烈的电磁场环境光缆护套会由于电腐蚀而导

14、致性能劣化 ,最终造成缆 ,使通信中断 。解决该问题的方法不外乎两种 :其是优化设计与施工 , 保证光缆处于低场强区 ( 门限下) ;其二是投入运行后对其实行在线监测 ,定期考其质量变化 。因此 ,光纤 、光缆在线监测系统对电力统通信具有重要的实用价值 。目前 ,电力系统的有关单位在进行光纤的监测各种系统的评价按上述分析 ,可将 3 种监测方式的性能归纳如表1 所示 。表 13 种监测方式的性能对比4仍采用人工方法 ,在线路上用 o td r 进行测量 , 以定某处是否发生断缆 ,并判断断缆位置 。应该说这一种被动的监测方法 ,即在已经发生故障的线路上进行测试 ,由于难于监测光缆护套的劣化情况

15、 ,因而法预测光缆事故 。性 能光纤人工监测光纤自动监测光缆自动监测有部分单位在尝试采用光纤在线监测系统以管继缆检查故障预报 (预告警) 操作方便精确定位 护套劣化是是是线路 。这种方法能及时检查出断缆事件并准确地查断点位置 ,而且还能在一定程度上对光缆的劣化进否一定程度上是预报 ,以便及时抢修 ,避免断缆事故发生 ,保持通信否较精确 否是精确 一定程度上是较精确 是 新建地埋线路 ,已建线路需改造高 快通 。今后几年 ,若没有什么技术突破 ,则这种方法仍主要的监测手段 。光缆自动监测系统应该最适合电力系统光缆维适用范围各种光纤线路各种光纤线路应用 ,但由于未解决架空光缆护套的测量问题 ,该应

16、维护效率响应速度低人为高快目前还难以实现 。这既是技术难点 ,也是一种发展向 。结论6光纤人工监测方式存在一系列的缺陷 :首先 ,对故障的反应速度由人而定 ,如果值班人员和维护人员没 有及时配合和行动 ,将会大大耽误抢修的进程 ; 其次 ,故障的告警信号由光端机来提供 ,但它反映的是整个 光传输系统 ,并不一定是光缆 ,故这种判断是模糊的 。目前 ,光纤光缆的监测存在多种方法和设备 ,以纤自动监测系统最为成熟 。随着技术的发展 ,光缆测系统将得到广泛应用 ,如果两者结合 ,则可实现完的光纤光缆管理 。(下转第 16结点对其子结点的遍历过程 。继效率 ,缩短了中继程序运行时间 ,中继程序可以实时

17、运行 ,保证了集抄系统的稳定性和灵活性 。实践证明 ,半自动中继方式比较适用于我国低压配电网现时 ( 配电线路长 ,配电变压器用户数量多) 的情况 ,效果很好 。随着低压配电网通信设施的不断完善 ,集中器与载波抄表主站的实时通信成为可能 ,将人工智能技术 与载波抄表主站的地理信息系统 ( gis) 结合起来 , 实现中继路径的自动优化更新 ,将大大减少中继的工作 量 ,提高载波抄表系统的通信效率 。图 6 中继路径树状图结束语低压电力网的复杂性和负荷的多样性决定了载波 抄表系统所处的环境是很恶劣的 。保证载波抄表系统 在恶劣环境下的稳定 、可靠运行 ,还需要根据现场情况 对载波抄表系统的硬 、

18、软件进行更合理的改进 。3自动中继有两种思路 :一为无穷搜索 ,就是集中器通过对各载波模块的轮询 ,并利用排列组合方法穷举 测试出有效中继路径 ,从而建立起树状查询结构 。这其中没有人为的参与 。理论上讲 ,无穷搜索方式在现 场模块分布比较合理时可以做到 100 %抄收正常 。但是 ,该方式实现一次耗时太长 ,不能每天都进行无穷搜 索 ,虽可减少现场调试的部分工作量 ,但仍难以实现中 继模块和中继路径的自适应性调整 。另一种思路为半自动中继方式 。此法与无穷搜索 不同之处是 :中继路径由调试人员根据现场的抄收状况决定 ,中继路径比较有针对性 ,这样就大大提高了中参考文献 :1电力部 . dl

19、/ t698 - 1999 低压电力用户集中抄表系统技术条件 ( s) . 1999 .张恺 ,李祥珍 . 自动抄表系统应用模式的探讨 j . 电网技 术 ,2001 (5) :41 - 48 .2research of keeping carrier meter rea ding system work sta blyy i n s h u2gan g( co mmunicatio n depart ment , elect ric power research instit ute ,beijing 100085 ,china)abstract : in t his paper ,wor

20、king enviro nment of carrier meter reading system is p resented. the dist urbances f ro m diversiform equip ment s in different fields are analyzed ,and accordingly so me usef ul techniques are suggested.key words : carrier ; meter ;co ncent rator ; relay(上接第 13 页)4radiodetectio n. l ms - 3 光缆自动监 控 和 管 理 系 统 eb/ol . ht t p : www . radiodetectio n. co m.n su 产品系列 . 光缆干线劣化与故障在线集中监测系统eb/ ol . ht t p : www . nsust . co m.孙绵湘 . 浅谈光缆护套对地绝缘自动监测 eb/ ol . ht t p :www . chnibs. co m.孙守章 . 浅谈光缆线中和的监测与管理 eb/ ol .