CN109067456A - 一种极寒天气下光纤性能衰耗预警和补偿系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种极寒天气下光纤性能衰耗预警和补偿系统，包括：远程监测模块，用于监控光纤光功率数据；预警模块，根据数据采集系统采集的数据和气象数据分析给出预警结果和补偿方案；补偿模块，用于执行补偿方案。本发明在网络大数据分析基础上，研究光纤常规故障或人为干预等条件下基于软件自动分析的光纤可达传输路径的自动生成技术，实现基于大数据的电力通信光纤性能运行趋势分析和业务预警，保障电力通信光纤的安全可靠运行和故障可恢复，为电力通信业务自动化开通提供辅助策略。
Description
技术领域
本发明属于电力通信技术领域，具体涉及一种极寒天气下光纤性能衰耗预警和补偿系统。
背景技术
截至2016年底，国网蒙东电力通信网光缆总长度为36000余公里，覆盖了1580座通信站，承担着电力系统的生产指挥和调度的重任。国网蒙东电力地区冬季温度较低，根据气象统计资料表明，该区域冬季常出现低于-40℃的极寒天气，最低温度甚至可以达到-55℃，被覆层的收缩远大于纤丝的收缩，纤丝被迫于塑料的纵向压力而发生纵向应变，当其超过纵向弯曲极限时，就会微弯而发生附加衰减，严重威胁着电力设备安全稳定运行，光缆通信也经常受到极寒恶劣天气的影响。
发明内容
为解决极寒天气影响导致的电力通信光纤衰耗问题，本发明提供了一种极寒天气下光纤性能衰耗预警和补偿系统。
本发明技术方案如下：
一种极寒天气下光纤性能衰耗预警和补偿系统，其特征在于，包括：
远程监测模块，用于监控光纤光功率数据；
预警模块，根据数据采集系统采集的数据和气象数据分析给出预警结果和补偿方案；
补偿模块，用于执行补偿方案。
优选的，所述数据采集系统独立设置于远程监测模块上层，并且向预警模块内的分析系统提供webservice接口。
优选的，所述数据采集系统采集远程监测模块提供的实时光功率数据和光缆实时温度数据，建立对应关系并且写入数据库。
优选的，所述气象数据由系统外定期报送至数据采集系统并且写入内数据库。
优选的，所述分析系统根据实时光功率数据、实时温度数据和气象数据分析得出预警结果和补偿方案。
优选的，所述极寒天气下光纤性能衰耗预警和补偿系统的数据采取SAN 模式进行存储。
优选的，所述补偿模块包括外置式掺铒光纤放大器。
优选的，所述极寒天气下光纤性能衰耗预警和补偿系统接入光缆的套与光纤之间设置用于减少纵向应变的缓冲层，并且沿光缆设置有温度传感器以传送光缆实时温度数据。
优选的，所述极寒天气下光纤性能衰耗预警和补偿系统的输出结果包括实时光功率数据与光缆实时温度数据的对应关系，光功率数据和气象数据的仿真对应关系，光功率补偿和时间的对应关系。
优选的，所述对应关系的形式为曲线图或表格。
本发明所取得的技术优势：
本发明在网络大数据分析基础上，研究光纤常规故障或人为干预等条件下基于软件自动分析的光纤可达传输路径的自动生成技术，实现基于大数据的电力通信光纤性能运行趋势分析和业务预警，保障电力通信光纤的安全可靠运行和故障可恢复，为电力通信业务自动化开通提供辅助策略。
附图说明
图1是极寒天气下光纤性能衰耗预警和补偿系统的结构示意图。
图2是实施例中光功率监测地图。
图3是金河站光功率数据和温度的关联图。
图4是德胜站光功率数据和温度的关联图。
图5是图里河站光功率数据和温度的关联图。
图6是伊图里河站光功率数据和温度的关联图。
具体实施方式
为使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图对本发明提供的极寒天气下光纤性能衰耗预警和补偿系统进行详细描述。
极寒天气下光纤性能衰耗预警和补偿系统包括远程监测模块，预警模块和补偿模块。
如图1中所示，极寒天气下光纤性能衰耗预警和补偿系统的结构示意图中，用于监控光纤衰耗数据的远程监测模块(RTU)位于中心站。各地市子站设置光源OLS，中心站与各地市子站通过光缆连接。极寒天气下光纤性能衰耗预警和补偿系统接入光缆的套与光纤之间设置用于减少纵向应变的缓冲层，并且沿光缆设置有温度传感器以传送光缆实时温度数据。
预警模块包括数据采集系统和分析系统。数据采集系统通过采集服务器和网站服务器实现，独立设置于远程监测模块上层，采集实时光功率数据和光缆实时温度数据，建立对应关系后写入数据库，并且向预警模块内的分析系统提供webservice接口。外网温度服务器通过防火墙连接数据采集系统，定期报送气象数据至数据采集系统并且写入内数据库。预警模块根据数据采集系统采集的数据和气象数据分析给出预警结果和补偿方案后补偿模块执行补偿方案。分析系统根据实时光功率数据、实时温度数据和气象数据分析得出预警结果和补偿方案。极寒天气下光纤性能衰耗预警和补偿系统的数据采取SAN模式进行存储。
补偿模块通过光纤两端的外置式掺铒光纤放大器进行光功率补偿。
极寒天气下光纤性能衰耗预警和补偿系统的输出结果包括实时光功率数据与光缆实时温度数据的对应关系，光功率数据和气象数据的仿真对应关系，光功率补偿和时间的对应关系。对应关系的形式为曲线图或表格。
实施例
根据呼伦贝尔地区根河温度变化趋势分析，根河市温度从10月份到第二年3月份，最高为温度零下十多度，最低温度达到零下四十多度，昼夜温差在十五度左右，温度范围变化明显，跨度较大，根据环境及设备性能要求，初步选择根河变为中心设备安装点，从中心设备测试4路光纤作为实验数据收集点。分别是110kV根河变——110kV得胜变，光缆长度53.5km，110kV 根河变——110kV金河变，光缆长度为83.23km；110kV根河变——66kV伊图里河变，光缆长度为22.85km；110kV根河变——66kV图里河变，光缆长度为55km。
远程监测站(RTU)的基本组成包括：嵌入式微处理器模块(MCU)、光时域反射仪模块(OTDR)及其保护模块、光功率监测装置(OPM)、光开关模块(OSW)、光源模块(OLS)、电源模块(PWU)、波分复用模块或单元(FCM)、光泄露检测模块(OPL)等。光功率监测装置(OPM)实现检测和监控光纤内衰耗数据，波长范围1.20μm～1.65μm，输入光功率范围-70dBm～+5dBm，分辨率 0.1dB，稳定度±0.1dB，光接口类型为LC/PC。
在得胜变、金河变、伊图里河变、里河变分别安装了4套光源设备，通过跳纤，4个方向将实时往根河变发光，4路光纤需开通2M通道，由根河变的光功率监测模块OPM进行实时监测，按照每小时采集1次的方式进行数据积累，通过观察在温度发生变化时对应的光功率衰减数据，分析得出衰减的趋势。
光源设备相关技术参数如下：工作波长：1310nm±40nm、1550±20nm、 1610±10nm；输出光功率：+3dBm～-9dBm；稳定度：±0.1dB；光接口类型 (Optical connectors)：LC/PC；工作温度(Operating Temperature)：0℃to +50℃；保存温度(StoringTemperature)：-40℃to+70℃；湿度要求 (Humidity)：≦85％。除了通过RTU设备、光源设备进行光纤衰耗数据的采集之外，在根河变、金河变部署两台计算机，通过数据网进行互联测试，两台设备通过相互之间传送打包好的大文件数据，从网络层面为光纤数据分析模型提供辅助论据。通过光纤传输衰耗数据、网络传输数据分别实现传输层、网络层的双维度验证。
光纤两端的外置式掺铒光纤放大器的增益为15dB，随时根据补偿方案开启提供临时光功率补偿。
光纤衰耗数据采集：中心站点根河站安装的RTU设备，负责实现对伊图里河、德胜变、图里河、金河变四个方向的数据轮询采集，在RTU设备上层，部署有独立的数据采集系统，对分析模型提供webservice接口，且不受外部因素影响，优点是松耦合结构、可长期稳定对多个系统提供原始数据。
气象数据、光纤衰耗数据的关联：气象数据、光纤衰耗数据分别来源于信息外网、信息内网，需要定期进行数据的贯通与关联，两者的数据采集频率不同，因此需要根据时间轴进行一对多的数据对应，即一条温度数据可以对应多条光纤衰耗数据。中国天气网是中国气象局面向社会和公众气象服务门户网站，属于目前国内最权威的气象发布平台，数据报送周期可达到每小时播报一次。通过公网获取数据以后，由于电力通信网属于相对封闭的专网，数据无法直接写入信息内网，因此需要定期与采集的光功率进行内部数据合并存储，用作于大数据分析的基础数据来源。
通过构建光纤衰耗与温度的分析模型，用于展现光纤衰耗与温度对应关系。前台数据的呈现主要分为两个层次：一个是整体的光功率监测地图的呈现，如图2；另一个则是针对四个地市光功率数据和温度数据的关联展现。光功率监测地图的呈现，用于全局的展示实验环境搭建的地理位置，点击每个地市，就会展示每个地市的光功率数据和温度数据的关联关系，如图3至6。
经过2017年11月～2018年3月共5个月的数据采集，光纤衰耗与气温的数据如下图所示：
| 编号 | 起始点 | 气温 | 光缆长度 | 输入光功率 | 输出光功率 | 衰耗(db/km) |
| 1 | 得胜变～根河 | -45℃ | 53.5km | -1.7db | -23.3db | -0.404 |
| 2 | 金河变～根河 | -45℃ | 83.23km | -1.7db | -29.2db | -0.330 |
| 3 | 伊图里河变～根河 | -44℃ | 22.85km | -1.7db | -10.9db | -0.403 |
| 4 | 图里河变～根河 | -45℃ | 55km | -1.7db | -39.4db | -0.685 |
| 编号 | 起始点 | 气温 | 光缆长度 | 输入光功率 | 输出光功率 | 衰耗(db/km) |
| 1 | 得胜变～根河 | -10℃ | 53.5km | -1.7db | -18.27 | -0.310 |
| 2 | 金河变～根河 | -10℃ | 83.23km | -1.7db | -21.1 | -0.234 |
| 3 | 伊图里河变～根河 | -10℃ | 22.85km | -1.7db | -8.1 | -0.276 |
| 4 | 图里河交～根河 | -10℃ | 55km | -1.7db | -33.7 | -0.582 |
选取根河变、得胜变、金河变、伊图里河变、图里河变最低气温-45℃、最高气温-10℃时光缆衰耗情况列表如下：
| 编号 | 起始点 | 气温范围 | 衰耗幅度 |
| 1 | 得胜变～根河 | -10℃～-45℃ | -0.094 |
| 2 | 金河变～根河 | -10℃～-45℃ | -0.096 |
| 3 | 伊图里河变～根河 | -10℃～-45℃ | -0.127 |
| 4 | 图里河变～根河 | -10℃～-45℃ | -0.103 |
重点线路的光功率监测指标体系，要求按月提报光功率监测数据，重点关注输入光功率、输出光功率，并同时需要体现出网元名称、单板槽位及端口，示例表格如下：
根河变的RTU监控连接得胜变、金河变、伊图里河变、里河变的光缆的实时光功率数据。RTU上层的预警模块中数据采集系统采集RTU提供的实时光功率数据，光缆温度传感器传送的实时温度数据和外网中国气象网提供的气象温度数据，并且写入数据库，以SAN模式进行存储。预警模块中的分析模块根据以上数据及其关联关系做出预警分析，例如：根据气象温度数据做出光功率补偿方案，根据实际温度和光功率情况确定开启外置式掺铒光纤放大器进行光功率补偿。
可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种极寒天气下光纤性能衰耗预警和补偿系统，其特征在于，包括：
远程监测模块，用于监控光纤光功率数据；
预警模块，根据数据采集系统采集的数据和气象数据分析给出预警结果和补偿方案；
补偿模块，用于执行补偿方案。
2.根据权利要求1所述的极寒天气下光纤性能衰耗预警和补偿系统，其特征在于，所述数据采集系统独立设置于远程监测模块上层，并且向预警模块内的分析系统提供webservice接口。
3.根据权利要求2所述的极寒天气下光纤性能衰耗预警和补偿系统，其特征在于，所述数据采集系统采集远程监测模块提供的实时光功率数据和光缆实时温度数据，建立对应关系并且写入数据库。
4.根据权利要求3所述的极寒天气下光纤性能衰耗预警和补偿系统，其特征在于，所述气象数据由系统外定期报送至数据采集系统并且写入内数据库。
5.根据权利要求4所述的极寒天气下光纤性能衰耗预警和补偿系统，其特征在于，所述分析系统根据实时光功率数据、实时温度数据和气象数据分析得出预警结果和补偿方案。
6.根据权利要求5所述的极寒天气下光纤性能衰耗预警和补偿系统，其特征在于，所述极寒天气下光纤性能衰耗预警和补偿系统的数据采取SAN模式进行存储。
7.根据权利要求6所述的极寒天气下光纤性能衰耗预警和补偿系统，其特征在于，所述补偿模块包括外置式掺铒光纤放大器。
8.根据权利要求7所述的极寒天气下光纤性能衰耗预警和补偿系统，其特征在于，所述极寒天气下光纤性能衰耗预警和补偿系统接入光缆的套与光纤之间设置用于减少纵向应变的缓冲层，并且沿光缆设置有温度传感器以传送光缆实时温度数据。
9.根据权利要求8所述的极寒天气下光纤性能衰耗预警和补偿系统，其特征在于，所述极寒天气下光纤性能衰耗预警和补偿系统的输出结果包括实时光功率数据与光缆实时温度数据的对应关系，光功率数据和气象数据的仿真对应关系，光功率补偿和时间的对应关系。
10.根据权利要求9所述的极寒天气下光纤性能衰耗预警和补偿系统，其特征在于，所述对应关系的形式为曲线图或表格。
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