对电力光缆在线监测技术设计的研究

对电力光缆在线监测技术设计的研究

李可伟

（上海电力设计院有限公司上海）

摘要：伴随我国电力工程的飞速发展，光缆在线监测技术的运用愈来愈广泛。尤其是电力工程规模和数量上都在持续增加，对此技术专业性提出了更高要求。本文首先分析了电力光缆在线监测技术发展现状和在线监测的主要原理，然后对基于聚类分析的双向测试算法展开研究，最后提出具体实践流程与算法的使用范畴。

关键词：电力光缆；在线监测技术；设计

引言：远距离监测作为在线监测的重点内容，过去的监测方法已无法满足目前使用要求，因此，必须要加大技术创新力度。相关人员必须要及时转变理念，学习和掌握全新的监测技术和方法，不断提升自己发现问题、解决问题的能力。优化此技术，不但有助于监测效率和质量的提高，还能促进电力工程实现可持续发展。

一、电力光缆在线监测技术发展现状

对于光缆在线监测技术而言，其是在光缆全面普及和深入发展之上衍生而来的。因为光缆敷设距离远，而且网络繁杂，所以在其发生故障后的排查工作就变得非常重要。由光缆通信特性决定了其监测技术一定要满足光缆发展要求。就外国光缆在线监测方法而言，通常是利用光功率计来随时监控光缆，搭配类似OTDR等测试技术。而国内光缆起步时间比较晚，但也存在诸多在线监测方面的问题。伴随时间的流失，初期铺设光缆发生故障的几率也会愈来愈高，所以加强光缆故障排查与在线监测研究有着重要意义[1]。

在实际生产实践过程中，供电系统光缆的监测对超远距离和远距离有着严格要求。过去的监测手段已无法取得良好的监测效果，或者虽然可以进行监测，但依然会损失大量精度。在现阶段的光缆监测工作中，使用率较高的设施为OTRD，其弊端主要体现在监测距离有限上，购买价格也会伴随监测距离的增加而增加。所以，就研究的方向而言，超长距离在线监测成为主要探究内容。下面用聚类分析方法来分析OTDR双向测试算法。

二、在线监测主要原理

通过研究光缆在线监测系统可发现，其数据的传递是通过光器件运行实现的，当这些数据被传送到监测中心和监测站时，中心会结合光纤功能的具体状况针对数据展开综合化剖析，同时在定位故障点之上，合理化预测马上要出现故障的物体，从而对电缆的安全应用创造有利条件。进行实践时，相关人员依据有无承载业务的真实状况，把光缆在线监测模式划分成光缆备纤模式与在线测试模式。

总的来讲，光缆在线监测系统主要由两部分构成，一部分是故障分析器件的运行，另一部分则是监测器件的运行。实践时，控制器会集中掌控这两大器件的工作状态，需要注意的是，采用运行监测体系来控制光缆平常的运行状态。在此系统下，会把光功率计与光源装备在电缆的两端，之后阶段性的检测光缆纤芯，利用系统比较阈值与损耗的大小联系从而鉴别光缆的运作状态。如果损耗值大于之前设计的阈值，运行检测体系便会断定此光纤发生故障，利用故障分析体系对其展开故障检测。在检测故障过程中，可通过控制器调整所要测试的链路，同时在散射原理的引导下，测试纤芯并且把检测的结果和电力工程管理的常规状态值展开比较，从而精准定位故障位置[2]。

三、电力光缆在线监测技术设计研究

利用双向测试的电力光缆通常是超远距离的光缆，其测试要根据两侧测站的数据来展开全面评估。下面将研究基于OTDR的背向散射曲线，根据聚类分析原理来完成光缆的双向测试，探究出有效算法，侧重处理两侧测站背向散射曲线的配合问题。

（一）关于超长光缆的双向测试模型

在测试电力光缆的过程中，硬件方面的局限通常展现在OTDR的动态测试范畴上，为提升测试水平，常见的手段是在设计OTDR的测试参数时增加脉冲宽度。然而这样做会引发一些其他问题，比如减少测试准确性等。利用双向测试则省略了参数的修改，通过建设在监测光缆两侧的测站依次单独的对此段电力光缆展开检查，得到背向散射曲线，以此为前提利用测试算法来搭配生成的两条曲线，进而完成整段光缆的监测目标。此种双向监测模型不采用增加脉冲宽度的形式，进而能最大化的确保测试准确性。就工作原理方面而言，被监测光缆两侧的测站监测目标均是日常的OTDR监测，所以双向监测的重中之重是研究出结合两侧测站背向散射曲线的有效算法。因为两个测站所监测的是相同的电力光缆，所以在最后的监测结果上有诸多节点位置的信息是相仿的，可通过比较这些监测结果的类似程度来协助评估其运行状态。在已有的数学模型里，要想解决具备相仿性质事件，聚类分析法是最佳的选择。所以，此文以其为基础展开研究[3]。

（二）聚类分析方法的基础原理

此种方法的基础原理，是把各组数据根据类似度展开类分，把相仿的事件或者对象放在相同的集合力。使用率较高的类分方法通常有密度法、网格法以及层次法等。无论选用哪一方法，均要运算事件间的类似度，其是用各个事件不同维度间的间距来表征的。运算距离的方法主要包括Minkowski方法、Euclidean方法、Manhattan法等等，下文所使用的类似读算法为余弦测量方法。

（三）具体算法设计

以聚类分析为主，进行电力光缆双向测试的算法优化设计。其主要有两大步骤：第一步，数据表示。具体是指对不同单向测站的检测数据予以性质上的赋值，从光缆测试方面来看，为提升测试准确度、减少工作量，选用背向散射曲线事件来当做基础数据。这些数据的特性体现在以下几方面上：事件种类、事件位置区域、路熔接点耗费、衰弱、接头损耗等等。第二步，选用数据的类似度评判方法。使用各种评判方法会获得不同的聚类剖析结果，下面将立足于具体问题，选用以数据之间的间距当做类似度的界定形式，经过比较双向测试过程中背向散射曲线事件所涵盖的不同性质时间间距当做类似度的评判指标，运算式是Edclidean间距。相应的，不同数据之间的类似度利用1/（d+1）来运算，d是数据之间的Euclidean间距。

在完成以上工作后，开始进入第三部，也就是设计出双向测试的具体算法。把背向散射曲线两个邻近的事件组合在一起，以此组成一个事件组，同时运算不同事件组建的类似度且展开聚类。此种剖析方法能有效提升准确度减少匹配错误。具体流程为：第一，把一个测站的测试曲线界定成正向曲线，把处于光缆另一侧的测试曲线界定成负向曲线；第二，运算负向曲线事件位置和正向曲线事件点的间距；第三，运算出两个测站时间点间的距离，然后再运算出其之前的类似度。第四，聚类参照下面方法展开：针对负向与正向曲线上邻近事件展开聚类，依然根据先运算间距在运算类似度的顺序完成聚类。这里需要注意的是，要选用科学合理的聚类阈值。第五，不同事件之间的组合与搭配，按照其中一条负向曲线中的事件位置，运算出邻近事件点检的物理间距，进而完成所有时间点的搭配与组合。

四、双向监测模式实践流程

在具体实践进程中，此种双向测试是一个繁杂的、系统化的过程。在落实过程中，若操作方法不科学，必然会对监测结果带来严重影响，降低电力电缆的安全性与稳定性。所以，控制好双向监测模式操作环节有着重要意义。站在电力工程的实践运用角度来看，双向监测模式的落实一定要具有下列技术保障：一是充分利用测试路由表，标注好所要监测的电力光缆。二是要针对已标志成功的光缆展开系统分类，同时要划定出所要完成双向测试的电力电缆纤芯段。在监测中心的统一组织掌控下，不同测站对符合测试要求的超长线段展开全方位的测试掌控。四是以测试路由为前提，确定光缆两侧的测站位置。五是根据设计参数，针对邻近标注段的电力光缆优化曲线的匹配度，从而保证最终测试结果的准确性与有效性[4]。

五、双向监测模式的使用范畴

在此种模式的测试进程中，即使对背向曲线实施匹配操作让其测试间距逐渐增加，但其依然有明显的长度约束。总的来讲，OTDR依然是检测电缆一侧的利用率较高的设施，若待检测电缆的长度大于合理的监测范畴，必然会降低监测精准度。所以，针对光缆在线监测工作中的双向监测模式来讲，控制好光缆的实际长度才是测试进程中的重中之重。实际操作过程中，光缆的长度要掌控其累积耗损在OTDR卡动态范畴的两倍左右。只有这样，才能控制好光缆监测准确度和检测距离，保证电力工程设施更加良好的运作。

六、光缆在线监测系统的优势

把前沿的光监测技术引进到光纤在线监测体系中，根据现阶段的信息处置和通信技术措施，可对通信光缆展开全面持续性的随时监测。此系统具有以下特征：

第一，系统利用开放化的组网形式，体系构造简易，拓展方便，能结合使用人员的需求与工程项目的计划进度有针对性的组网，系统的未来工程无需全新的中心站设施与软件体系，仅在基站中添加有关的硬件设施便可。

第二，就资源管理性能而言，系统主要有ODF架端口、光设施、接头盒中的熔接点、光纤等设施与资源的全方位管理。

第三，就功能管理方面而言，此系统能实现光纤功能剖析，故障预警，故障的检测与定位，线路资源的监管工作等。

第四，管理信息可利用DDN、DCN等网络完成共享。

第五，检测形式灵活，具备点名检测、光信号自动预警测试与定时检测等测试性能。相关人员要充分利用这些优势，把其体现在实际运行之中，确保整个电力系统顺利运作。

结论：综上所述，对电力电缆在线监测技术展开设计和研究，是时代发展的必然趋势。相关人员必须首先要清楚在线监测原理，然后在实践过程中有针对性的选用监测方法和手段，充分发挥出其自身作用和优势。最后还要加强技术创新，让此技术与时俱进，不断提高电力工程设施的运作效率和质量，促进电力工程实现深入发展。

参考文献：

[1]杨蕊，翟广.电力光缆在线监测技术设计与探讨[J].山东工业技术，2018（24）：170.

[2]祁利刚，李志伟.电力光缆故障定位与管理系统的设计与应用[J].河北电力技术，2014，33（06）：43-46.

[3]祁利刚，李志伟.电力光缆故障定位与管理系统的设计与应用[J].河北电力技术，2014，33（06）：43-46.

[4]张林.光纤在线监测技术在绵阳电力通信网络中的应用[J].价值工程，2018，37（08）：198-200.