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

Abstract

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

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

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

发明目的

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。

技术方案

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，即沿光缆数万个均匀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。

为了实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案：

电力光缆网故障预警和定位的实现方法，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。

有益效果

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

图1是OTDR光缆测试图；

图2是LSA直线拟合图；

图3是熔接点拟合图；

图4是全部事件拟合图；

图5是事件点头尾图；

图6是RTU实施图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明作进一步描述：

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。

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。

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。

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，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。

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。

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。

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N1、N2、N3，4段直线拟合L1、L2、L3、L4。

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N1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L1的投影P1，OTDR测试数据点在P之前，距离P1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。

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

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。

以VC++为例的软件实现方法如下：

(1)确定终点

计算噪声数据最小值，并查找达到该值最左边的点leftpts_noisefloor，该点之前的反射事件就是光纤终点。

int noisefloor＝40；//曲线噪声部分最小值，初始化为40dB

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。

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leftpts_noisefloor设为该点，循环结束即可准确找到。

for(int i＝nMaxSamples；i＞10；i--)//nMaxSamples为OTDR测试点数，最前面10点不需要判断

{

    if((WorkTrace[i]＜＝noisefloor)//WorkTrace[i]测试数据，如果小于等于noisefloor

    {

      noisefloor＝WorkTrace[i]；//置新值

        leftpts_noisefloor＝i；//置新点

    }

}

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。

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。

for(int j＝leftpts_noisefloor；j＞10；j--)//在点leftpts_noisefloor之前循环查找

{

  if(WorkTrace[j]＞＝EndRefTopValue)//找到更大的值

  {

      EndRefTopValue＝WorkTrace[j]；//用新值取代

  }

  if(WorkTrace[j]＞WorkTrace[j-1] && WorkTrace[j]＞WorkTrace[j-2])//比前两个点的值都大

  {

  if(bFindEndReftop＝＝false && WorkTrace[j]＞EndRefThres)//大于终点反射门限

  {

   bFindEndReftop＝true；//找到了

     EndReftopDot＝j；//保存该点，这就是E点

   bFindEnd＝true；

  }

}

(2)分析反射事件

从曲线第一个点到尾端E点，采用最小二乘法拟合直线L。

LSALine(0，EndReftopDot，kk，bb)；//kk直线L斜率，bb截距

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。

for(i＝0；i＜EndReftopDot；i++)//开始到E点

{

  LSAValue＝kk*i*DotToKm+bb；//L上投影值

  if(！bFind &&(WorkTrace[i]-LSAValue＞Refthres))//差值大于反射门限

 {

  Refevtlink.lt_entry[evtcount].nFlag＝i；//保存该点

  Refevtlink.lt_entry[evtcount].nType＝3；//事件类型为反射事件

  bFind＝true；

  evtcount++；//事件数加1

 }

}

(3)分析非反射事件点N

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。

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。

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。

double maxdis＝0；//测试值与投影差的最大值

for(int i＝startpts；i＜endpts；i++)//在光缆段内查找

{

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

if(WorkTrace[i]＞ds)//测试点在拟合线上方

{

    counter++；//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；//保存差值最大的点

    }

}

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

{

 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

{

    nonevt.no_of_entries+＝1；//事件计数加1

    nonevt..nFlag＝i；//保存该事件点

    nonevt.nType＝2；//事件类型为非反射事件

}

counter＝0；//复位，继续循环查找

maxdis＝0；

    }

}

(4)分析事件的起始和结束点

LSALine(Points[evtnum-1]，Points[evtnum]，kk，bb)；//事件evtnum前拟合线L1，

求事件起始点n2dot

dd＝100000；//两点之间距离

for(int k＝Points[evtnum]k＞＝Points[evtnum-1]；k--)//事件点之前

{

//求两点之间的距离最小值

double disxx＝(Points[evtnum]-k)*DotToKm*(j-k)*DotToKm；//(x1-x2)的平方

double disyy＝(kk*Points[evtnum]*DotToKm+bb-WorkTrace[k])*

          (kk*Points[evtnum]*DotToKm+bb-WorkTrace[k])；//(y1-y2)的平方

double dis＝sqrt(disxx+disyy)；//两点之间的距离

if(dis＜dd)//如果距离更小

 {

  dd＝dis；//用新值取代

  nonevt.lt_entry[evtnum].n2Dot＝k；//保存事件起始点

 }

}

LSALine(Points[evtnum]，Points[evtnum+1]，kk，bb)；//事件点evtnum之后拟合线L2，同样的方法求事件结束点nYdot，代码略。

(5)预警判断

仅以事件点衰耗数据比对为例：

if(fabs(mLossTable.lt_entry[i].lLoss-mRefLossTable.lt_entry[i].lLoss)//与参考数据比对

＞mFaultThresh.EventLossThresh)//差值大于事件预警门限

{

  mFInfo.FaultStatus＝EVT_FAULT；//事件预警

  mFInfo.FEntry[0].FaultType＝EVENT_LOSS；//预警类型为事件衰耗预警

  mFInfo.FEntry[0].Location＝mLossTable.lt_entry[i].lLocation；//预警位置

  mFInfo.FEntry[0].Loss＝mLossTable.lt_entry[i].lLoss；//新的事件衰耗值

  mFInfo.LinkInfo＝m_curChannelInfo；//测试链路信息

}

通过RTU外部接口发送预警信息mFInfo，代码略。

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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