1  概述

    由于光纤通信具有传输容量大、抗干扰能力强、传输衰耗小等优点，因此在电力专用通信网中得到了广泛应用。随着电力系统通信专网的建设，光纤网络日益庞大和复杂。如何提高运行维护效益，确保光纤网络的可靠畅通，正成为电力系统通信人员关注的焦点。

    传统的光缆维护方式存在4个问题：

    (1) 检修时间遵照日常维护规程，随着光缆数量的增多，按期完成对光缆的测试成为非常繁重的任务，耗费人力和物力，且效率低。

    (2) 由于测试周期不能保证，无法对光缆劣化情况进行分析，因而在此基础上进行的光缆运行分析缺乏科学依据。
   
    (3) 光缆发生故障时，传输网管的相关网元发生告警，经机务人员对路由进行分析判断后，通知线路人员某条光缆发生阻断。由于故障相关信息太少，因此线务人员不能判明故障点的具体地理位置，从而增加了处理难度，延长了处理时间。
    (4) 历史测试数据依靠手工保留和归档，查询检索比较困难。

2  系统介绍

    光缆监测系统是集测试、告警、信息处理和业务管理于一体的光纤网络综合维护系统，它综合运用地理信息系统(GIS，Geographic Information System)、全球定位系统(GPS，Global Position System)、光时域反射仪(OTDR，Optical Time Domain Reflectometer)、光波分复用(WDM，Wave Division Multiplexing)、关系数据库、Java语言编程等多种技术，能及时掌握网络运行情况，预先发现光纤劣化趋势，做到基于运行情况的状态检修，并在故障发生时可以迅速、准确地定位故障，从而缩短障碍历时。与此同时，它还具有资料管理功能，可以保存一条光缆的设计、施工、维护等相关数据信息，以及ODF架等站端设备的数据信息，从而方便维护人员的管理和使用。

2.1  光缆监测的必要性 

    (1)  SDH/DWDM（Synchronous Digital Hierarchy，同步数位架构/Dense Wavelength Division Multiplexing，高密度分波多工）环并不能取代光缆维护SDH环的有效性必须基于高质量的光缆线路，而高质量的光缆线路必须基于高效的光缆维护。如果上千公里的光缆线路多段落、高频次地发生阻断，任何高层网络的保护手段都会失去意义。一次光缆故障会造成多系统、上千G的电路阻断，无论是现在或未来，都不可能把上千G的电路全部倒换出来。因此，不能用高层网络监控手段取代光缆维护，而是必须加强和提高光缆线路维护水平。

(2)  光缆监测系统不是简单地用自动测试代替人工测试

    以往拿着OTDR等仪表一年去两三次机房进行测试的做法，只是常规的技术维护，不是实时监测。在这两三次的当中，光缆线路发生了什么变化无从知晓，除非已经断纤、影响通信了，再或就是调纤时发现电路无法开通。如果采用监测系统进行光功率监测，可以达到秒级的水平，系统一刻不停的监视着光缆线路上所有发生的一切细微变化。光缆线路监测系统不仅仅是用自动替代人工，它根本上提高了维护水平，也就是把以往一年的一两次测试提高到一年几十万、几百万次。监测系统是新时期光缆线路维护发展的需要，它把光缆线路纳到实时集中的监测维护当中，不管线路上发生了多大的变化，监测都是秒级的进行着。

(3)  光传输监控不能取代光缆线路监测

    传输监控能够发现影响通信的系统故障和中继段，但它是事后行为；而光缆监测不仅可以进行障碍报警定位，而且可以发现尚未影响通信的故障隐患和精确的故障位置，进行预警预防预维。光缆监测站是以局站为节点，统一监测该局站所有光缆，独立于多种制式的传输设备。由于两种监测方式目的不同、手段不同，所以光传输监测无法取代光缆线路监测。按照电力行业二次系统业务的要求，光缆光纤的可用率应达到99.9%，为保证光缆不断、不坏、不换，必须进行预防性线路维护和监测。

2.2  系统的组成

光缆监测系统的结构如图1所示，主要由两种类型的监测设备和系统监测中心组成。

    离线测试是在传输设备离线的情况下，对纤芯进行测试。该方法可以使用1 550nm波长，但是在光缆故障时无法及时作出响应。

    备纤测试是将光缆中的备用纤芯作为监测对象，采用1 550nm光波长作为OTDR测试波长，不额外附加其它设备。该方法适用于光缆资源较充分的区段。由于备纤测试不会给原传输系统引入故障，而且可节省投资，因此在条件允许的情况下，建议首选备纤测试方式。

2.4  RTU和OTAU布点的选取

    RTU包括OTDR、CPU和程控光开关，设备造价较高；OTAU包括CPU和程控光开关，造价较低。为减少工程总体造价、扩大测试范围，应对光缆监测系统各节点的选取进行优化，合理配置相应监测设备。举例来说，如果选取的OTDR测量范围为43dB，换算成光缆长度，大约为140km。也就是说，1个RTU站可以监测半径为140km的光缆范围。因此，不需要每个监测站都配备RTU，只要合理运用OTAU同样可以完成测试任务。但要注意一点，OTAU不宜再向下级联另一光开关，这样会使控制过于复杂。

    另外，在光缆主要汇集点配置RTU设备，光缆相对较少的光缆汇集点则配置OTAU设备；对于光缆有富余容量的末端站，不必放置监测设备，可用备用纤芯串联起来，由RTU或OTAU进行监测。

2.5  故障测试的启动方式

    故障测试的启动方式有光功率告警触发和传输系统网管告警触发等。光功率告警触发是光源模块长期在测试纤芯上发送测试信号，另一端监视光功率，一旦光功率突降5dB，就认为光缆处于故障状态，发出光功率告警，启动故障测试。实现该方法的前提是每条测试纤芯必须配备光源、光功率计模块，这样会增加投资成本。传输系统网管告警触发是将传输系统的网管与光缆监测系统的网管关联起来，提取传输网管中的光丢失告警信号，触发相关光缆进行故障测试，做到有的放矢，该方法可大大提高工作效率。

2.6  关联关系

    在光缆监测系统中，要处理好两种关联关系：一是GPS、GIS与OTDR曲线的关联关系，二是传输系统与光缆监测系统的关联关系。

    GPS、GIS与OTDR曲线的关联在于经纬度坐标和长度。光缆检测系统利用GPS技术，对光缆路由上的每一人井、标石、中继站等进行GPS测试，将收集的经纬度信息以及缆长、余长、界标段长等信息输入GIS，从而实现准确、直观地定位光缆。光缆监测系统在确定发生故障时，会启动告警测试得到光纤的OTDR曲线。系统通过分析OTDR曲线，在考虑了盘留光缆、光缆弯曲等因素后，把从OTDR曲线上分析出的故障点（光学长度）准确定位到电子地图上，同时提供邻近地标的相对距离，这样可以大大缩短故障历时。

    传输系统与光缆监测系统的关联在于光缆告警测试的触发和传输设备路由的运行方式。光缆告警测试的触发是通过提取传输网管中有用的告警信号LOS(Loss Of Signal)，触发光缆检测系统对告警传输网元间的光缆进行测试，这解决了何时应该测试的问题。继而必须回答另一问题―应该测试哪一光缆？由于告警传输网元间使用的纤芯可能并不是直达路由，因此需要将每一网元的LOS信息与其光缆运行方式关联起来，录入系统，以便故障发生时，光缆系统测试指定的相关光缆。传输网管与监测系统之间接口的开发是工程的重点，需要光缆监测系统厂家与SDH厂家进行相关告警信息的开发。

3  系统应用

3.1  光缆监测

    光缆监测的测试种类很多，包括周期测试、手工测试、点名测试和告警测试等。
系统对光缆的测试主要是通过周期测试完成的。可以根据维护需要，对每条测试纤芯设置独立的测试计划，单位可以是分钟、小时、日、周、月、年。测试结束后，实测曲线与参考曲线自动进行比较，当超过设定的门限时，即产生告警信息。

    手工测试可随时启动一条测试，发现光缆故障。

    点名测试用于测试验证或针对某段线路进行分段测试。用户通过手工设定量程、脉宽、背向散射系数、优化模式等参数，实现对线路的精测与分析。点名测试可以基于路由名或地图图形。
告警测试通过相应的硬件设备启动告警测试，可缩短故障历时。

3.2  告警管理

    系统可对故障信息进行管理，记录包括故障发生时间、故障主体、故障原因、故障历时、故障修复措施、故障处理人等，以备用户查询和调用。

3.3  网络资料管理

    系统将光缆网络的管理划分为局、站、缆、段、纤的逻辑结构，以Windows文件管理器的方式对各类对象进行操作，实现网络资源的集中配置和管理。系统集成了电子地图浏览器，能显示和处理电子地图，图上每个地标均具有GPS坐标属性，结合目标对象可以详细地描述每条光缆路由的走向和其上的事件点，从而把局、站、缆、段、纤的逻辑结构组成的网络拓扑直观地在地图上表示出来。

    在测试路由的管理中，用户可为一条路由设置多条参考曲线，设定测试结果保存的数量，同时可输入其它维护信息，如维护责任人、投产日期、光缆结构、生产厂商等。

4  结语

    电力系统在建立光缆监测系统后，不仅可以加强对光缆性能的监测，而且强化了对光缆资源的管理；为系统规划人员进行方式分析提供了科学依据，为运维人员提供了先进的维护管理手段；有利于从计划检修向状态检修过渡，提高了劳动生产效率，使运行工作可以防患于未然。