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杨泳星 苏敏锐 张坚俊
（广东电网有限责任公司潮州供电局）
近些年来，人类传递信息的手段随信息量增加而不断发展，为满足信息高效传输，光纤网络获得快速普及。光纤网络就是将光纤作为传输介质实现信息数据传输、交换等，不仅耗能低，而且传输速度极快，广泛应用于我国各个领域之中。而光纤一般是由较为脆弱的玻璃等材料制作而成，光纤链路纤维直径为微米级别，犹如人类头发一般细。在智能变电站中光纤回路安装过程中，由于光纤的脆弱性，极易被破坏，而光纤回路上承载了海量信息，如果出现故障，将严重影响信息通信的有效性。因此，在智能变电站光纤回路建设完毕之后，需要对回路稳定性进行验收，验收合格才可以投入使用。一般传统的光纤回路验收方案是利用光时域反射仪来测量回路上信号，并根据信号分布情况来定位光纤回路中的故障点，该方案虽然具有较高准确度，但操作复杂，不适合大批量的智能变电站光纤回路验收工作，所以本文设计一种批量验收的工具，为确保光纤回路可靠性以及降低工作人员负担做贡献。
本文主要设计一套用于智能变电站光纤回路验收及运维的工具[1]，通过该工具来解决当前面对大批量光纤回路验收及运维时存在的没有针对性、操作繁琐低效、过程混乱不严谨的问题。本文所设计的光纤回路批量验收工具主要针对光纤回路的各项布线和性能要求，依据管理标准、技术规范专用接口进行定制，可以实现高效率、大批量测试光纤回路连接正确性与完好度、收发及衰减合格率、铺设布线标准度等内容，并生成标准格式报告，填补专用工器具的空缺。其组成框图如图1所示。
图1 光纤回路批量验收工具组成框图
为实现上述目的，本文为该光纤回路验收批量验收工具的结构提供了如下设计方案[2]：一套适用于智能变电站光纤回路验收及运维的工具，主要包括多功能电力光纤测试仪、多个小型单点测试终端、接口转换器、多根专用光纤、布线专用尺。其中测试仪设置有24个光口、红光发射接口和OTDR接口，具备收发能力、测试能力、人机界面显示、数据拷贝功能、充电功能、放电功能和可背光功能。测试仪与单点测试终端之间需要具备通信能力，通过组合使用完成批量收发对线、批量测功率、红光测试和OTDR故障检测。当本文所设计工具进行批量收发对线作业时，测试仪会接入过程层交换机光口，同时测试仪接入多根光纤，光纤对侧分别接入单点测试终端；
当本文所设计工具进行批量测功率作业时，测试仪会接入过程层交换机的光口，单点测试终端接入过程层交换机的对侧间隔光口；
当本文所设计工具进行红光测试和OTDR故障检测时，测试仪的红光发射口或OTDR接口接入光纤。工具结构中的接口转换器具备多种型号光纤接口，每种光纤接口数量均不小于2个。工具结构中的多根专用光纤具备弯径收线功能，布线专用尺控制弯曲角度。工具结构中的布线专用尺使用圆弧外切线测量弯曲半径。通过本文所设计的适用于智能变电站光纤回路批量验收及运维的工具，可以批量连接上多条光纤，发射不同波长的光，批量发射、批量接收，加快验收速度，提高测试效率，降低人力投入，缩短质检工期，应用性与实用性强，推广应用前景良好。同时，随着光网络在配网生产、市场营销的进一步发展，还具备较强的延伸性。
2.1 光纤批量收发测功率
本文所设计的适用于智能变电站光纤回路批量验收工具主要包括光纤批量收发对线、光纤批量收发测功率以及红光测试和OTDR故障检测这三个功能。光电转换技术处理后经A/D变化，由微机计算生成结果。通过光时域反射原理（OTDR）测量评估返回的散射光情况，判断光路质量。光频率识别技术完成多点回路同时识别。采用无线通信传输技术，实现单点终端数据回传测试主机。人机界面和多接口扩展，自带可充电源，提高易用性和实用性。使用圆弧外切线测量光纤弯曲半径，减少目测误差。首先，关于光纤批量收发测功率：测试仪同时接入24根光纤，测试仪接入过程层交换机的发信接口侧发光功率，单点测试终端接入各间隔发信光口测收光功率；
测试仪同时接入24根光纤，测试仪接入过程层交换机的发信接口侧发光功率[3]，单点测试终端接入各间隔发信光口测收光功率；
单点测试终端回传数据及对应编号至测试仪，测试仪终端统一生成各对光纤两侧收发功率、衰减数值、灵敏度，判别各项是否合格，并具备标准报告格式可供查阅及导出。
2.2 光纤批量收发对线
测试仪同时接入24根光纤，测试仪接入过程层交换机的发信接口，光纤对侧接入单点测试终端的收信接口。过程层交换机依次发射光波，测试仪分别记录发信、收信光口编号；
测试仪同时接入24根光纤，测试仪接入过程层交换机的收信接口，光纤对侧接入单点测试终端的发信接口。过程层交换机依次接收光波，测试仪分别记录发信、收信光口编号。多接口匹配，实现批量收发测试，高效解决工作难题。采用光频率识别技术[4]，自动完成光端口对线识别。光频率识别技术主要根据微波频率与功率之间的关系，对光纤回路中所探测出的电信号进行处理，从而得到光频率信息。本文综合考虑光纤回路批量验收工具的经济性与稳定性，通过测量光功率来识别微波频率信息，进而提升验收工具的可靠性。假设光纤回路中输入光波信号为g(t0)=φcos(Ωt0)，式中，φ为光波信号的幅度；
t0为光波信号传输时间；
Ω为角频率。那么可以通过下式来计算光功率：
式中，Q表示光纤回路批量验收工具所测量的光功率参数；
f表示光波长参数；
λ1、λ2分别表示光波时延参数。同时本文所设计的验收工具为实现切实可行的光频率识别方案，需要消除光纤介质损耗等影响。然后结合光功率与微波频率之间的映射关系，利用式（1）来确定光纤回路中的光频率，进而完成光端口对线识别。
2.3 红光测试和OTDR故障检测
光纤本侧接入测试仪红光发射口，对侧通过红光辨别光纤。常规红光测试需要把对侧光纤弯折一定角度才能看到透出的红光，本方案通过提高光强，加上布线专用尺控制弯曲不超过损伤角度，就能看到透出的光；
光纤接入测试仪的OTDR接口，定位光纤断链的故障点[5]。根据光的后向散射与菲涅耳反向原理，利用光在光纤中传播时产生的后向散射光来获取衰减的信息，测量光纤故障点分布情况。其中光时域反射仪（OTDR）是由时域反射仪发展而来的，将光脉冲作为探测信号，以特定的角度输入智能变电站光纤回路的起始端，光脉冲就会在光纤回路中进行传输，由于光纤回路的瑞利散射特性，光脉冲会不断传输至入射端直接被光时域反射仪所接收，如果光纤回路中存在故障点，那么会导致光纤介质的折射率发生改变，从而导致背向反射光返回光纤回路入射端，所以本文将OTDR应用于光纤回路批量验收工具中，来检测光纤回路故障。已知光脉冲在光纤回路中的传播速度，根据下式来计算光脉冲的传输距离：
式中，l表示光脉冲在光纤回路中的传输距离参数；
v表示光脉冲的传播速度参数；
t表示光脉冲在光纤回路中的往返时间参数；
δ表示光纤回路的折射率参数。综上所述，本文所设计光纤回路批量验收工具中的OTDR故障检测，就是在待验收光纤回路中注入光脉冲信号，根据反射光来确定该光纤回路中是否存在故障点。
前面内容对光纤回路批量验收工具的详细设计方案进行了介绍，本文将对该工具的OTDR故障检测功能进行验证。使用本文所设计的光纤回路批量验收工具对10条光纤回路进行故障检测，同时选用普通光纤回路验收系统作为实验对照组，对两种验收方案的故障检测准确性以及时效性进行对比分析。故障监测结果如下表所示。
表 光纤回路故障检测结果对比表
由上表可知，普通光纤回路验收系统的故障检测准确率平均为69.71%，而本文所设计的光纤回路批量验收工具几乎可以将全部故障点准确检测出来，其故障检测准确率平均高达95.48%，较普通验收系统提升15.77%，具有更好的故障检测精度。与此同时，获得这两种验收方案的故障检测时间结果如图2所示。
图2 光纤回路故障检测时间曲线图
由图2可知，对于这10条光纤回路，普通光纤回路验收系统的故障检测时间共10.4s，而本文所设计的光纤回路批量验收工具平均检测时间共2.6s，较普通验收系统缩短了7.8s，具有更高的故障检测效率。综上所述，针对OTDR光纤回路故障检测，本文所设计的光纤回路批量验收工具性能更加优越，更适用于智能变电站中。
随着光纤网络的迅速普及，智能变电站的光纤回路的维护管理工作量不断增大。因此，为确保智能变电站光纤网络的稳定运行，对光纤回路安装效果的验收工作十分必要。本文为提升智能变电站光纤回路验收效率，设计一种适用于智能变电站光纤回路批量验收的工具，经过实例应用验证了该工具性能良好，可以准确、高效地实现光纤回路验收，减少对人力物力的需求。
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