PON网络光纤集中监测系统在配网通信的应用
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。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.全新的PON网络光纤集中监测系统概述
（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。
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。
对普通OTDR而言，测试脉宽越大，动态范围越大，意味着如果被测是理想光纤的情况下，能测量的距离就越长。因此，对于全程衰耗大的光纤链路，通常会采用大脉宽来测。但是，大脉宽会使得测得的反射事件的盲区增大，分辨率会降低，无法区分开离得很近的两个事件，并且测试精度也会降低。所以在测试事件点离得很近，如PON网络时，只能采用小脉宽。然而小脉宽的功率小，动态范围小，被测光纤链路的全程损耗受到动态范围的限制，不可能很大。因而普通OTDR无法穿透多级、大分光比ODN网络。
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，本成果会给出预警的提示，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。
使用对现网正常业务没有影响的1650nm（或1625nm）的测试波长，经过90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。
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.系统的技术关键与难点
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，特别是对于FTTx存量用户，无需上门为每个用户加装反射器。
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。下图1为本次工程的全网连接图。
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，系统部署之初，就能对整个配网进行一次全面的资源梳理。本文举例说明如下。比如礼府电室，在没部署系统之前，衰减比较大；通过部署系统后，就能发现此处的大衰减。对相关问题进行处理后，整条链路下降了约5dB，又比如在鹿城大厦电室出现大反射，直接导致后面事件点看不到，通过部署系统，对相关问题进行处理后，便能对后面事件点进行监测（广场变EA007- 1槽位5口-光缆第6芯，如图2-a优化前，图2-b优化后）。
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。
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