CN101895339A - 电力光缆网故障预警和定位的实现方法 - Google Patents

电力光缆网故障预警和定位的实现方法 Download PDF

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本发明公开了电力光缆网故障预警和定位的实现方法,通过手动或自动方式启动光时域反射仪(OTDR)对指定光纤进行测试,获取光缆测试数据,所有取样点的连线构成了该光纤链路的OTDR曲线。光纤连接器、断裂、终点会引起光的反射,形成向上突变的反射事件;光纤的弯曲、熔接会增加光纤的衰耗,引起向下的突变,形成非反射事件。通过数据分析找到曲线的突变点,确定光纤头端、尾端、接头、熔接等光纤事件点。通过与参考数据比对,衰耗数据的变化,确定光缆的运行状态,当数据变化超过预警门限时,发出预警信息。在光缆网劣化,遇到险情时,本发明可以进行险情预警和定位,从而大幅度增强通信网络的防毁能力,降低光缆阻断的发生率。

Description

电力光缆网故障预警和定位的实现方法
技术领域
[0001] 本方法主要用于电力通信系统的光缆网络,同时也可用于电信、联通、网通和移动 等电信运营企业,以及所有使用光缆作为传输线路的企业,提供针对光缆网络的网络故障 诊断、性能监测、资源调度管理、网管等各项服务。
背景技术
[0002] 近些年来,电力系统对通信设备的监测和管理有各种专业应用系统,其自动化、智 能化水平相对较高,对线路监测和管理也进行了自动化的尝试,越来越多的光缆线路在线 监测系统投入到线路中,对提高线路运行维护管理水平、及时发现和解决线路中的故障问 题,提高线路安全运行水平起到了一定的作用。但是系统建设主要围绕静态光缆资源管理 与光缆故障定位开展,当光缆故障发生后,通过系统集成的光纤监测设备进行测试,获得故 障点的光学距离,通过地理标识的属性数据(光学距离、地理距离、盘留)计算出地理距离, 通过系统的地理信息平台实现故障定位,但对光缆网潜在的故障难以给出预警信息,缺乏 针对性的解决方案。本方法通过对光缆监测系统或光缆测试仪表获得测试数据进行分析, 发现光纤线路的奇异变化,发现潜在隐患,并给出故障隐患位置,实现光缆网监测的预警功 能。
发明内容
[0003] 发明目的
[0004] 为了实现光缆潜在故障预警和定位功能,把光缆维护从传统的事后抢修模式改变 成事先预防模式,实现电力光缆网预测性运维,提高应对突发时间的能力。
[0005] 技术方案
[0006] 本方法可以对光缆接头事件点、光缆段、光纤链路以及光缆网不同层次进行预警 分析,通过手动或自动方式启动光时域反射仪(OTDR)对指定光纤进行测试,获取光缆测试 数据,即沿光缆数万个均勻分布点的散射和反射功率电平值,所有取样点的连线构成了该 光纤链路的OTDR曲线,如图1,纵轴表示功率电平(dB),横轴表示距离(kM)。光纤连接器、 断裂、终点会引起光的反射,形成向上突变的反射事件;光纤的弯曲、熔接会增加光纤的衰 耗,引起向下的突变,形成非反射事件。通过数据分析找到曲线的突变点,确定光纤头端、尾 端、接头、熔接等光纤事件点。通过与参考数据比对,分析事件点、光缆段、光纤链路衰耗数 据的变化,确定光缆的运行状态,当数据变化超过预警门限时,发出预警信息。
[0007] 为了实现上述发明目的,本发明采用如下技术方案:
[0008] 电力光缆网故障预警和定位的实现方法,包括以下步骤:
[0009] 1)启动光时域反射仪OTDR对指定光缆链路进行测试,获取光缆测试数据,绘制光 时域反射仪OTDR曲线;
[0010] 2)通过曲线末端噪声确定光缆终点,即噪声前的第一个向上突变的反射点E ;
[0011] 3)从曲线起始点到终点E,采用最小二乘法拟合直线L ;[0012] 4)根据测试数据点P与该点在直线L上的投影Pl的纵坐标差,计算回损,进行门 限判断,找出所有大于门限的点,确定从起始点到终点E之间所有反射事件点;
[0013] 5)根据反射事件点将所测光缆分为若干段,在每段光缆内分别确定非反射事件点。
[0014] 6)分别在所分光缆段内进行第二次直线拟合,由于非反射事件点必然引起光缆的 衰耗,曲线在该点会产生向下的突变,在拟合线的上方会产生若干连续点,然后再突然下降 到直线L之下,这与受噪声影响的数据波动不同,根据该特性可以找出非反射事件点;
[0015] 7)若非反射事件点衰耗较小,附近数据全部在拟合线的下方,步骤6)所述直线拟 合不能全部检出段内所有非反射事件,则需进一步分段查找;根据所找出的非反射事件点, 对光缆段再进行细分,划分为更短的光缆段,在该段内再进行直线拟合,进一步查找新的非 反射事件点,直到没有再找到新的非反射事件点;
[0016] 8)确定非反射事件点的起始点和结束点。
[0017] 有益效果
[0018] 电力通信网是电力系统不可缺少的重要组成部分,是电网调度自动化和生产管理 现代化的基础,是确保电网安全、经济、稳定运行的重要技术手段。经过多年建设,电力通信 网形成了以光纤通信为主的通信传输系统。光缆作为光纤通信的基础设施,它的安全可靠 运行已成为支撑电网安全运行的重要因素之一。在光缆网劣化,遇到险情时,本发明可以进 行险情预警和定位,从而大幅度增强通信网络的防毁能力,降低光缆阻断的发生率,这将避 免或减少损失,带来巨大的经济效益和社会效益,对建设电力系统坚强通信网工作,尤其是 对光通信专业管理智能化工作,具有非常重要的现实意义。
附图说明
[0019] 图1是OTDR光缆测试图;
[0020] 图2是LSA直线拟合图;
[0021] 图3是熔接点拟合图;
[0022] 图4是全部事件拟合图;
[0023] 图5是事件点头尾图;
[0024] 图6是RTU实施图。
具体实施方式
[0025] 以下结合附图对本发明作进一步描述:
[0026] 1)启动光时域反射仪OTDR对指定光纤链路进行测试,获取光缆测试数据,绘制光 时域反射仪OTDR曲线,如图1。
[0027] 2)通过曲线末端噪声确定光纤终点,噪声前的第一个向上突变的反射点,如图1 的E点,S点到E点为光纤链路测试数据分布,E点之后为噪声数据,不含信号数据,不需要 进行分析。
[0028] 3)从曲线第一个点到尾端E点,采用最小二乘法(LSA)拟合直线L,如图2。
[0029] 4)根据测试数据点P与该点在直线L上的投影Pl的纵坐标差,如图2,计算回损, 进行门限判断,找出所有大于门限的点,确定从起始点到尾端E之间所有反射事件点R。[0030] 5)根据反射事件R点将所测光纤分为若干段,图2分为3段,在每段光纤内分别确 定非反射事件点N。
[0031] 6)分别在所分光缆段内进行第二次直线拟合,由于熔接点必然引起光缆的衰耗, 曲线在该点会产生向下的突变,在拟合线的上方会产生若干连续点,然后再突然下降到直 线L之下,这与受噪声影响的数据波动不同,根据该特性可以找出非反射事件,如图3的P
点ο
[0032] 7)第一次拟合不能全部检出段内所有非反射事件,可能有的事件点衰耗较小,附 近数据全部在拟合线的下方,需进一步分段查找。根据所找出的熔接点N,对光缆段再进行 细分,划分为更短的光缆段,在该段内再进行直线拟合,进一步查找新的熔接点。这样一直 重复,直到没有再找到新的熔接点N,说明该段已没有超过门限的突变点,基本是一条直线, 如图4中3个非反射事件点附、拟、吧,4段直线拟合1^1、1^2、1^3、1^4。
[0033] 8)确定事件的起始和结束点,如图5游标A和游标B位置。例如求图4事件m的 起始和结束点,根据第(6)步计算的P点值,计算P在前段拟合直线Ll的投影Pl,OTDR测 试数据点在P之前,距离Pl直线距离最短的点,即为事件的起始点。同理求出P点在后段 拟合直线L2的投影P2,测试点在P之后,距离P2直线距离最短的点,即为事件的结束点,如 图5所示。结束点与起始点横坐标的差值为事件盲区,事件起始点与其在L2上投影的高度 差为事件的衰耗(dB),事件起始点与光缆头端事件结束点横坐标的差值为该事件点的位置 (kM)。同理可以算出测试链路的全程衰耗和距离,以及每段光纤的衰耗和距离。
[0034] 9)光缆投运正常状态时,光时域反射仪OTDR测出的值作为参考数据。以后周期性 地对光缆自动测试,并与参考数据进行比对,判断是否产生新的事件,或已有事件点衰耗、 光缆段衰耗或全程衰耗与参考数据值之差是否超出预警门限的范围,产生相应的预警报 告,并根据所测距离信息,进行故障定位
[0035] 集成OTDR模块构建光缆数据采集单元(RTU),在该设备中通过软件模块实现上述 方法,将该设备部署在光缆汇接点,通过设备的外部接口将预警信息发送到中心站(CO),如 图6。
[0036] 以VC++为例的软件实现方法如下:
[0037] (1)确定终点
[0038] 计算噪声数据最小值,并查找达到该值最左边的点leftptsjoisefloor,该点之 前的反射事件就是光纤终点。
[0039] int noisefloor = 40 ;//曲线噪声部分最小值,初始化为40dB
[0040] int leftpts_noisefloor = 10 ;//初始化为第10个点,因为OTDR测试数据前几 个点可能小于噪声数据最小值,应排除。
[0041] 从后往前判断测试数据值,如果小于或等于noisefloor,将noisefloor置为该点 的值,同时将leftptsjoisefloor设为该点,循环结束即可准确找到。
[0042] for (int i = nMaxSamples ; i > 10 ; i—) //nMaxSamples 为 OTDR 测试点数,最前 面10点不需要判断
[0043] {
[0044] if ((WorkTrace[i] <= noisefloor)//WorkTrace[i]测试数据,如果小于等 于 noisefloor[0045]
[0046]
[0047]
[0048]
noisefIoor = WorkTrace [i] -J/ 置新值 leftpts_noisefloor = i ;// 置新点
[0049] }
[0050] 找噪声前第一个反射点,确定终点。比前两个点的值大,并且大于终点门限。
[0051] int EndRefTopValue = noisetop+3 ;//EndRefTopValue 终点反射峰值(dB),初始 化为比噪声峰值noisetop高3dB,因为OTDR测试数据末端有3dB的不确定区。
[0052] for (int j = leftpts_noisefIoor ; j > 10 ; j—)// 在点 leftpts_noisefloor 之
前循环查找
[0053] {
[0054] if (WorkTrace[j] >= EndRefTopValue)// 找到更大的值
[0055] {
[0056] EndRefTopValue = WorkTrace [j] ;// 用新值取代
[0057] }
[0058] if(WorkTrace[j] > WorkTrace[j-1] && WorkTrace[j] > WorkTrace[j-2])// 比前两个点的值都大
[0059] {
[0060] if (bFindEndReftop = = false && WorkTrace [j] > EndRefThres)//大于终点
反射门限
[0061] {
[0062] bFindEndReftop = true ;// 找到了
[0063] EndReftopDot = j ;// 保存该点,这就是 E 点
[0064] bFindEnd = true ;
[0065] }
[0066] }
[0067] (2)分析反射事件
[0068] 从曲线第一个点到尾端E点,采用最小二乘法拟合直线L。
[0069] LSALine (O, EndReftopDot,kk, bb) ;//kk 直线 L 斜率,bb 截距
[0070] 确定从光纤起始点到尾端E之间所有反射事件R,查找在直线L上方,测试数据点 与该点在L上投影的差值,超过反射门限的点。
[0071 ] for(i = O ;i < EndReftopDot ;i++) // 开始至Ij E 点
[0072] {
[0073] LSAValue = kk*i*DotToKm+bb ;//L 上投影值
[0074] if( ! bFind &&(WorkTrace [i]-LSAValue > Refthres)) // 差值大于反射门限
[0075] {
[0076] Refevtlink. lt_entry [evtcount]. nFlag = i ;// 亥,€
[0077] Refevtlink. lt_entry [evtcount]. nType = 3 ;// 事件类型为反射事件
[0078] bFind = true ;
6[0079] evtcount++ ;// 事件数力口 1
[0080] } [0081] }
[0082] (3)分析非反射事件点N
[0083] 根据接头R将所测光纤分为若干段,分别在所分光缆区间段再作直线拟合,在每 段光纤内分别确定非反射事件点N。
[0084] LSALine (startpts, endpts, kk, bb) ;//startpts 前一个事件点,即光缆段起点, endpts后一个事件点,即光缆段终点。
[0085] 至少连续10个点在L上方,且与投影差的最大值大于事件计算门限,作为疑似非 反射事件,再根据最后一次拟合的直线判断该点衰耗是否大于门限,进行确认。
[0086] double maxdis = 0;//测试值与投影差的最大值
[0087] for(int i = startpts ;i < endpts ; i++)//在光缆段内查找
[0088] {
[0089] double ds = kk*i*DotToKm+bb ;//点i投影值,DotToKm为横坐标点换算为公里 的系数,即采样分辨率
[0090] if(fforkTrace [i] > ds) //测试点在拟合线上方
[0091] {
[0092]
[0093]
[0094]
[0095]
[0096]
[0097]
[0098] }
[0099] if (WorkTrace [i] <= ds)//测试点在拟合线下方,有从直线L上方到下方的突变
[0100] {
[0101] if (counter >= 10 && maxdis > threshold) // 至少连续 10 个点在拟合线上,
且最大值大于门限,疑似事件
[0102] {
[0103] nonevt. no_of_entries+ = 1 ;// 事件计数力口 1
[0104] nonevt. . nFlag = i ;// 保存该事件点
[0105] nonevt. nType = 2 ;//事件类型为非反射事件
[0106] }
[0107] counter = 0 ;//复位,继续循环查找
[0108] maxdis = 0 ;
[0109] }
[0110] }
[0111] (4)分析事件的起始和结束点
[0112] LSALine (Points [evtnum-1],Points [evtnum],kk, bb) ;// evtnum ΙίΓ®^^
counter++ -J/连续点计数
if (maxdis < WorkTrace [i]-ds)// 找差值最大的点 {
maxdis = WorkTrace[i]-ds ;//点i测试值与投影的差值 n2Dot = i -JI保存差值最大的点Li,
[0113] 求事件起始点n2dot
[0114] dd = 100000 -J/两点之间距离
[0115] for(int k = Points[evtnum]k >= Points[evtnum-1] ;k—)//
[0116] {
[0117] H求两点之间的距离最小值
[0118] double disxx = (Points [evtnum]_k)氺DotToKm氺(j_k)氺DotToKm ;//(xl_x2)的平 方
[0119] double disyy = (kk氺Points[evtnum]氺DotToKm+bb_WorkTrace[k])氺
[0120] (kk*Points [evtnum] *DotToKm+bb-WorkTrace[k]) ;// (yl-y2)的平方
[0121] double dis = sqrt (disxx+disyy) ;//两点之间的距离
[0122] if (dis < dd)//如果距离更小
[0123] {
[0124] dd= dis;//用新值取代
[0125] nonevt. lt_entry [evtnum]. n2Dot = k ;// 保存事件起始点
[0126] }
[0127] }
[0128] LSALine (Points [evtnum],Points [evtnum+1],kk, bb) ;// evtnum 合线L2,同样的方法求事件结束点nYdot,代码略。
[0129] (5)预警判断
[0130] 仅以事件点衰耗数据比对为例:
[0131] if(fabs(mLossTable. 1t_entry[i]. ILoss~mRefLossTable. lt_entry[i]. ILoss)//与参考数据比对
[0132] > mFaultThresh. EventLossThresh) // 差值大于事件预警门限
[0133] {
[0134] mFInfo. FaultStatus = EVT_FAULT ;// 事件预警
[0135] mFInfo. FEntry [0]. FaultType = EVENT_L0SS ;// 预警类型为事件衰耗预警
[0136] mFInfo. FEntry [0]. Location = mLossTable. lt_entry [i]. ILocation ;// 予页警 位置
[0137] mFInfo. FEntry [0]. Loss = mLossTable. lt_entry[i], ILoss ;//新的事件衰耗 值
[0138] mFInfo. LinkInfo = m_curChanneIInfo ;// 测试链路信息
[0139] }
[0140] 通过RTU外部接口发送预警信息mFInfo,代码略。
8

Claims (1)

  1. 电力光缆网故障预警和定位的实现方法,其特征在于,包括以下步骤:1)启动光时域反射仪OTDR对指定光缆链路进行测试,获取光缆测试数据,绘制光时域反射仪OTDR曲线;2)通过曲线末端噪声确定光缆终点,即噪声前的第一个向上突变的反射点E;3)从曲线起始点到终点E,采用最小二乘法拟合直线L;4)根据测试数据点P与该点在直线L上的投影P1的纵坐标差,计算回损,进行门限判断,找出所有大于门限的点,确定从起始点到终点E之间所有反射事件点;5)根据反射事件点将所测光缆分为若干段,在每段光缆内分别确定非反射事件点;6)分别在所分光缆段内进行第二次直线拟合,由于非反射事件点必然引起光缆的衰耗,曲线在该点会产生向下的突变,在拟合线的上方会产生若干连续点,然后再突然下降到直线L之下,这与受噪声影响的数据波动不同,根据该特性可以找出非反射事件点;7)若非反射事件点衰耗较小,附近数据全部在拟合线的下方,步骤6)所述直线拟合不能全部检出段内所有非反射事件,则需进一步分段查找;根据所找出的非反射事件点,对光缆段再进行细分,划分为更短的光缆段,在该段内再进行直线拟合,进一步查找新的非反射事件点,直到没有再找到新的非反射事件点;8)确定非反射事件点的起始点和结束点。
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