配电通信网光纤集中自动监测技术探讨与应用

配电通信网光纤集中自动监测技术探讨与应用

【摘 要】全新的PON网络光纤集中监测系统能有效提高配电光缆网络的运维和管理水平，减轻运维人员的负担压力，为配网自动化系统安全稳定运行提供了有力保障。本文主要对于PON网络光纤集中监测系统的组成、原理、优点进行了探讨。

【关键词】配电通信网；PON网络；光纤集中自动监测技术；探讨

前言

随着智能电网的发展和供电可靠性要求的不断提高，配电网运行面临巨大的挑战，而配电自动化是提高供电可靠性、供电质量和供电能力，实现配电网高效经济运行的重要手段。配电自动化通信系统是配网自动化系统中非常重要的环节，是配电网自动化的神经系统，温州供电公司采用无源光网络PON技术来构建配网通信网络，为配电自动化系统的运行提供了坚强的保障。但城区内日益庞大的管道光纤网络和复杂的运行环境，为通信运维部门快速维护光纤链路、消除通信光缆故障带来了巨大的挑战。对光纤链路资源的统一管理与维护，减少障碍时间、提升配电自动化系统运维水平，是配电运检部门正在面临的难题。通信运维部门迫切需要实现对配网光纤网络的监测维护、预检预修、故障定位与排除等工作的集中实时监测与管理。

1 目前的维护手段与相关困惑

1.1 目前配网通信维护手段

当前的检修模式基本是分段测试，对故障只能定性，维护光纤链路需要依赖维护人员经验、多人、多级、多环节排查才能定位障碍点问题。

分散的各变电室光缆路由缺乏自动化统一维护管理。对刚竣工的光纤网络缺乏有效的验收手段，对运行的网络无法实时监测，对线路潜在的故障无法预知。维护部门的各类报表的统计不能做到客观、自动化。

1.2 相关困惑

传统的OTDR测试仪表，大多是手持仪，因其方便携带、使用灵活、价格便宜而广泛地应用于光纤测试领域。但是传统OTDR的工作效率低，无法穿透多级分光装置，一次只能测试一根光纤，只适合于点对点、无法实现像温州配电网络这样点对多点的测试； 传统OTDR无法实现在线测试功能，使用时需要中断业务，因此，使用OTDR的场景是先 发现被测光纤链路的业务信号已受到影响，再用OTDR来查找故障点，而无法在线实时监测被测光纤链路；传统OTDR仪表的使用从参数设置到对测试结果的分析，乃至对资源数据、线路的熟悉程度等都非常依赖于使用人的经验。因而不能满足日益发展的光网络的日常快速维护

的需求。

2 全新的PON网络光纤集中监测系统概述

2.1 系统构成

系统包括如下设备：

（1）ARD-OTDR是核心硬件，负责向被测光纤链路中发送光信号，并接受反射回的信号。一般安装于局端机房内。

（2）OSW（光开关）可通过级联方式，实现不在同一地理空间的多条光纤链路共享一个ARD-OTDR 模块的功能，扩展整个系统的监测规模。并且可以通过切换主备纤远程控制开关，实现主备用光纤的远程自动倒换。WDM（合波器）的作用是将测试信号接入被监测光纤链路，同时与业务信号隔离。系统可以将光开关、合波器二者合在一个设备中（用户也可以单独采购合波器），安装于光纤链路所在的ODF架上。

（3）服务器和客户端，分为数据库服务器和应用服务器，服务器可设置在一台计算机上。应用服务器可以根据监控的网络规模配置多套计算机。客户端可以安装在各变电站、县级公司运维中心，操作员通过客户端连接到系统服务器，客户端可以向ARD-OTDR发起测试命令，查看测试结果和测试服务器上的数据。

2.2 功能简介

系统主要包括八个功能模块：系统设置、基础资料管理、GIS拓扑管理、测量管理、申告管理、告警管理、设备监控、报表管理。本段着重介绍在配电通信管理中重点关注的“测量管理”与“告警管理”。

2.2.1 测量管理

周期测试：测试人员按照光纤链路的优先级别来指定测试任务，每个任务可以设定单独的轮巡周期，在指定的时间，系统自动启动测试任务。周期测试是系统主动发现链路故障的重要方式。系统通过设置轮巡测试任务及优先级，在指定的周期、时间自动启动测试任务。

点名测试：即对指定链路根据光纤链路编号或光纤链路名称，人工发起的测试。通常应用于周期测试后发现某一或一些链路有问题，或者接到用户申告，需要测试指定链路时。系统通过检索光纤链路名称或ID，发起手动测试。测试参数分为自动和手动，测试结果以拓扑图、迹线图、描述性文字等方式呈现。

EMS告警触发的测试：解决方案可以与EMS服务器对接，接受EMS服务器推送的各种告警信息，根据订阅的告警ID号，将与光纤链路故障有关的测试链路信息发给测量平台，系统检索出告警中光纤链路信息后，可以在当前测试结

束后，立即启动EMS推送的链路测试。

其中，EMS告警触发的测试的优先级最高，点名测试的优先级次之。

被监测的光纤链路检测出故障时，根据故障类型的不同，相应级别的告警数量增加，同时光标闪烁，相应光纤链路的目录树图标标红，以此提示测试管理员。

2.2.2 告警管理

系统有预警功能。当光纤链路的某个网元性能劣化，比如接头的插损变大，但是并没有影响到业务，系统的专家分析系统，可以根据一段时间对链路的监测结果，分析出链路的性能变化趋势，给出预测及预警报告。

系统支持来自点名测试、周期测试和EMS测试的告警，并将告警分为三种级别，告警级别的定义可根据用户要求定制。

一级告警：主干光缆断，会引起很多用户的业务受到影响。

二级告警：线路上衰减或反射值超过门限值（可外设），使某些用户的业务受到影响。

三级告警：线路上衰减或反射超过门限值（可外设），影响到某个用户的业务。

当监测到链路上有告警时，各级告警可以以不同颜色、光标闪烁的方式提示测试管理员去查看，并自动更新告警列表，同时也会在GIS管理界面的资源目录树上标示出。对于有权限的管理员，可进入告警管理界面，查看具体告警信息和链路的监测结果，并重新发起测试。对于异常的链路，确认故障并通知相关维护人员；对于再次测试链路正常或故障修复的链路，管理员可以清除告警。2.3 测试结果的呈现

为满足从事工程技术这样的专业人士需要，系统提供了迹线图。这个功能尤其适合专业人士在光纤网络安装时，指导并检验安装效果。

拓扑图以不同的颜色非常直观地标识出光纤链路中哪些网元工作正常、哪些有故障，闪烁的图标代表故障点的位置，同时可以显示网元的名称、位置等信息。

测试结果GIS呈现，在GIS上可以示意出所铺设光纤线路的实际走向，标示出故障点的位置，帮助维护人员快速找到故障点。

文字描述测试结果，描述出光纤链路名称及故障原因等信息，故障网元位置或距最近网元的距离。没有专业知识的人士也能根据测试结果将有故障的光纤链路用短信或直接派单的方式派发给相关维护人员。

2.4 系统组网图

2.5 系统原理

系统包括硬件和软件两个部分，其硬件核心就是获得多项技术专利的ARD-OTDR。 ARD-OTDR是主要利用光在光纤中传输时的瑞利散射和菲涅耳反射所产生的背向散射而制成的一套技术先进、性能稳定的测试系统。

通常，系统是在一条光纤链路正常的时候进行一次测试，保存这个测试结果作为参考数据，我们称之为这条光纤链路的健康档案。再次测试后的测试结果数据会跟这个健康档案相比较，后台专家分析系统通过比较各事件点的峰值、衰减等参数，自动分析出现在这台光纤链路是否正常。如果有变化，但并不影响业务，会给出预警的提示，如果由于链路的原因会影响业务信号，就要给出告警，并进入故障处理的相应流程。这就要求监测系统自身要具有极好的稳定性与一致性。在OTDR中，激光源的稳定性决定了监测系统的稳定性，而决定激光源稳定性的主要因素是激光源温度。ARD-OTDR采用独特的技术手段，很好地控制了激光源的温度，使得监测试系统具有极强的稳定性与一致性，因而保证了测试结果的可靠性。

系统的光开关可以采用级联方式，可以极大地延展被监测的光纤链路数量。比如一个36路的光开关，级联后，就可以监测1296条光纤链路。

2.6 系统的特点

能穿透大分光比ODN网络。方案的硬件核心是获得多项技术专利的ARD-OTDR。在ONT终端无需安装任何反射装置，就可以穿透多级大分光比的ODN网络。

故障定位精准。内置专家分析系统，事件分辨率可以达到2米。完全无需人工介入，每条光纤链路的典型测试时间小于130秒。测试时间非常短，且通过IP地址登陆，能远程查看PON口下的链路现状。

在线、实时。系统使用对现网正常业务没有影响的1650nm（或1625nm）的测试波长，经过130秒左右的测试时间，就可以诊断出光纤断（主干、分支），光纤老化/劣化，接头污损、接触不良，终端未接等PON网络常见故障。

2.7 系统的技术难点

无需在ONU终端处安装任何光反射装置，可以穿透多级分光装置，并通过算法从微弱的反射信号中分离噪声、探测出测试光信号并且具有极强的稳定性与一致性。

由于系统无需在原有光纤线路上增加任何反射装置，不仅大幅度地降低了整个解决方案的成本，避免了由于反射器自身引入的故障，而且更易于部署。

3 PON网络光纤集中监测系统在配网通信的应用

为了验证系统系统在配网中价值，温州电力信通公司部署了配网光纤集中测量系统。

3.1 工程概况

一期工程覆盖市区1个局机房、9个变电站以及261个开闭所。其中部署光测量系统ARD-OTDR 2台，光开关10台（含WDM），ROSC 8台，安装FAST LIGHT软件系统1套。

按照设计方案，本次工程涉及温州局机房及9个变电站，变电站分别为：广场变、龙泉变、东门变、东屿变、杨府山变、九山变、站北变、雪山变、城中变。

主测试设备ARD-OTDR共2台，一台放置在温州局，另一台放置于城中变。光开关共10台。温州局机房以及9个变电站，均各安放光开关1台。软件系统1套。安装在图盛科技办公楼2楼机房。

3.2 工程意义

工程竣工后，对于覆盖的变电站和开闭所能实现光纤全自动化集中实时监测和统一集中管理，能准确定位故障、分析网元劣化趋势、主动及时地维护主用与备用光纤链路。

工程可将目前分散的各输变电站（含配网）的在线或者备用光缆集中统一、自动化维护管理，彻底摒弃过去那种分段测试的检修模式。

工程无需改变目前维护管理架构。上级维护部门（如省公司或市级公司）可以直接访问测试服务器，对各类检修集中统一调度，向下级派发检修任务，并对检修及缺陷处理进行监督、协调、验收、考核等，直接获取各类报表。各级维护部门在各自客户端即可获取上级部门派发到所辖区域内的检修、通信缺陷处理等，并将任务派发到下级维护部门（或人员），并对其工作监督、协调、验收与考核等。该工程将使对光纤线路的管理进一步远程化、自动化、客制化。

3.3 试验效果

据统计，该系统应用后，平均每月配电网通信光缆故障次数降低28%，平均故障消缺时间缩短43%，有效提高了配电光缆网络的运维和管理水平，减轻了运维人员的负担压力，为配网自动化系统安全稳定运行提供了有力保障。

4 结语

配电通信网辐射范围广，变电站及光缆路由众多，分布不均，因而需要涵盖

配网的全自动化集中实时监测系统，从而能统一集中管理、准确定位故障、分析网元劣化趋势、主动及时地维护主用、备用光纤链路，并在必要时，保障网络的正常通信。

最后需要感谢赵凌峰先生对于完成本文给予的大力支持。

参考文献：

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[2]张祖涛.中国光纤监控市场的分析[J].通信世界，2002.

[3]尹文龙，谭月辉，林炜庭，张俊萍.基于全温范围的多通道管线陀螺自动检测系统研究[J].科学技术与工程，2005（23）.

[4]王海.刍议配电网中光纤通信网络的可靠性问题[J].中国新技术新产品，2012（14）.

[5]李敏.光缆监测系统在电力通信网中的应用[J].电力系统通信，2008（12）.

王绍荃 男，汉族，助理工程师，主要从事电力通信专业。

魏征宇 男，汉族，工程师，主要从事电力通信专业。