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某省电力公司三大核心机房光纤网络 智能监测管理系统 解

时间:2019-03-14


      电力光纤通信是电网安全稳定控制系统和调度自动化系统的基础,是电力市场运营商业化的保障,是实现电力系统现代化管理的重要前提,也是非电产业经营多样化的基础。

      电力光纤网络系统主要由光缆、光纤配线盘、光纤跳纤、法兰等组成,是现有电力运行主要的通信传输媒介,近年来大量的光纤网络系统建设和投运,数量的井喷式增加带来众多的识别、管理、监测以及故障定位误差大等难题。

一、现状及技术难点

1、现状

1.1省调新机房

       某省电力公司省调新机房为某省电网的通信、控制中心,其通信机房包括7、8两层集中机房,楼内还包括光缆进线间机房、UPS机房、运监中心机房、通调大厅、应急指挥中心、调度中心机房、会议控制室机房等机房。以7、8两层集中机房为汇聚点,形成星型结构,并连接多个变电站及省公司管理单位,全部纤芯总数高达70000芯。光纤数量井喷式增加带来了识别、管理、监测、故障无法精确定位等一系列难题。

       某省调新机房光纤网络结构示意图见图1-1。




图1-1 某省调新机房光纤网络结构示意图


1.2某地区供电局新机房

      某供电局使用省公司旧大楼25、26楼机房作为新机房,本次对重点光缆和光配进行智能化改造,在25、26层核心机房分别安装一台智能监测站,对楼内除综合布线、MPO直连跳纤外的光配进行智能化改造,改造遵循按需改造和逐步改造的原则,整体实现智能光纤网络功能,在相关光缆对侧增加相应的扩展盘,实现楼内光纤配线的实时管控和监测。

1.3省备调机房

       电力公司备调机房位于某市,为省调的备用机房,其主要设备和通信功能完善,本次将实施智能化改造。

2、技术难点

      目前,某省电力公司光纤网络运维管理模式普遍存在以下问题。

2.1缺乏精准识别技术

      现有光纤跳纤、光纤配线、光缆等部件的识别主要依赖人为悬挂标签、标牌或电子标签,并人为定义命名进行识别,缺乏利用光波进行自动识别的技术手段,无法准确、高效实现各类部件的识别。

2.2传统的管理手段存在不足

      现有光纤网络系统管理主要采用人工记录、文档管理模式,效率低下、容易出错;日常巡检依赖人工,浪费大量人力、时间。

2.3监测技术缺陷

      光纤网络系统现有监测技术主要基于OTDR技术,其存在诸多缺陷,包括有测量盲区、无法对光缆故障精确地理定位、对光配故障不能精准定位、对故障类型判断不全面等。

      被动式运维管理方式已经滞后于电网对光纤传输网络可靠性和稳定性的要求,亟需新一代智能技术和管理系统来替代现有的运维管理模式。为此,我们提出基于光纤物理编码技术的电力光纤网络系统智能监测管理方案。


二、解决方案

      在光纤通信网络系统中采用无缝植入光纤编码的智能产品,实现每个组件的可唯一识别和实时监测功能,进而实现光纤网络系统的数字化、可视化和智能化管理,实现光链路故障的快速诊断和准确定位。

1、方案介绍

      将光纤编码植入光纤跳纤、光纤配线、光缆接头盒等部件中,实现光纤网络系统的全链路光纤编码智能化。

1.1智能光配



图2-1光纤网络系统光纤编码智能化示意图


      如图2-1所示,机房内主要采用嵌入光纤编码的智能光纤跳纤和智能光纤配线,实现机房内各连接点及连接线的智能识别、管理、监测。利用光纤编码的可识别、监测特性,实现光纤跳纤、光纤配线等部件的识别、监测、管理、故障诊断和定位。



       通过带有光纤编码的智能光纤配线产品,组成可实时识别、实时监测的智能光纤配线系统。



       光配系统智能管理示意图见图2-3。


图2-3光配系统智能管理示意图



1.2智能光缆接头盒及故障定位器

      如图2-4所示,机房外在光缆中间接头盒处理使用植入有光纤编码的故障定位器,实现光缆在接头盒处的光纤编码唯一识别,实现光缆以接头盒为光学分界点的分段识别、分段管理、分段监测以及分段故障诊断定位。


图2-4智能光缆接头盒及故障定位器



      如图2-5所示,将光纤编码技术的故障定位器置于光缆接头盒中,实现光缆的智能分段监测及故障地理定位,最终将光缆故障的地理定位误差控制在±25米以内。



图2-5管道光缆智能诊断系统故障定位示意图


1.3智能后台管理

      智能后台管理系统对整个光纤网络中的光纤编码进行实时识别、分析,对光纤网络系统的运行状态进行在线实时监测,在故障发生时实时诊断故障类型,实现精确故障定位。

2、功能描述

      光纤网络智能监测管理系统功能描述见表2-1。



表2-1 光纤网络智能监测管理系统功能表



3、方案优势

3.1系统数字化

       光纤编码内置、固化到光纤部件之中,无源、具备唯一性数字标识,实现了配线系统各部件的数字化。

光纤编码采用非通信波长区段,不影响通信业务。

3.2可视化监测、管理

      通过可视化监测界面,实时监测配线系统的运行状况,包括各部件的工作状态、编码信息、距离、反射能量等。配线柜、配线盘、端口、跳纤等部件在界面上清晰呈现。

      实时监测界面图见图2-6。





图2-6实时监测界面图


3.3精准故障定位

      可实时诊断光纤网络系统运行状况,出现故障时,可以直接判断出问题所处段和所处位置,光缆故障地理定位精度±25米;光配故障直接定位到光纤连接线、光纤配线等具体部件,并在监测界面上清晰显示。光配故障定位监测界面见图2-7。

 



图2-7光配故障定位监测界面


3.4全寿命周期管理

       实现了对光链路的全寿命管理。系统对光链路各部件自动识别、自动更新,自动显示路由状态和故障信息,全程记录光链路各部件的连接、通断、变更等历史记录。

4、系统结构及实物

      智能光纤网络监测管理系统在技术架构上采用基于SOA面向服务的基础架构,监测站服务端采用Java及MySQL数据库技术,配线盘和集中器所在的客户端采用智能通讯及C/S技术。系统分为之智能光缆管理和智能光配管理两个分系统。

      智能光缆管理系统结合数据库技术、GPS定位技术、智能分段和监测技术与GoogleMaps技术,根据光纤网络资源的实际敷设情况由工作人员灵活,不仅给维护人员提供了详尽的C/S操作界面,更灵活的工具型图形化WebGIS资源管理系统,同时能够更精确的进行故障定位和在线监测。基于GoogleMaps的光纤网络资源管理系统能够协助用户监督和管理日常光纤网络资源和线路巡检、维护工作,实现对节点资源、路由、光缆段、中继段、光缆、光配、报表的管理。系统采用模块化,使得系统易于维护,具有良好的可扩充性,使得用户可根据实际需求定制新的功能模块。

      智能光配系统由数据采集层、数据管理层、应用层三层结构组成。数据采集层包括智能配线盘及集中器,主要实现现场状态检测及数据采集上传;数据管理层由监测站构成,每个监测站负责一个配线网络的智能化监测和管理;应用层由监测中心设备组成,提供各类业务应用功能模块,实现整个系统功能的集中呈现。

       智能光配系统由智能配线盘、分布式集中器、监测站、监测中心组成。其中,智能配线盘可自动监测光端口状态,维护并上传光端口的状态及其编码信息;监测站通过扫描每条光业务通道上的光纤编码信息,可准确识别出光链路上的每个配线组件及其拓扑连接关系,从而实现光链路的自动识别和智能化管理。监测站还可对每条光链路进行在线实时监测和故障诊断,诊断结果涵盖多种类型故障,故障位置可精确至端口或配线部件,故障诊断时间小于20秒。

       系统符合电网TMS系统设计三级结构及规范,同层由纵向接口实现与上下级通讯管理系统数据交换,同级系统由横向接口与本级公司信息系统实现数据交换,可实现与TMS系统无缝对接。

系统结构图如图2-8所示。



图2-8智能光纤网络监测管理系统结构图


       系统针对光纤网络的管理资源信息、运行状态进行在线实时监测,并且在故障发生时快速准确地理定位。系统依托人工标定、PDA输入等方式进行光纤网络的资源信息管理,利用光纤编码解调仪等终端设备进行光纤网络的实时数据定位,当故障发生时,结合实际的综合业务特性制定算法确定光缆故障点,最终以GIS地图(室外光缆)或光配连接图的方式对最终光纤网络的状态进行展示,同时将故障点的详细信息(故障类型、发生时间、实际位置、端口等)显示在界面对话框里。




系统监测中心见图2-9,





本地监测站见图2-10,




    

系统报警界面见图2-11,







手机短信报警信息见图2-12。


      为了确保运维人员及时收到光纤网络故障信息,系统会通过短信形式将故障系统发送到运维人员手机上。运维人员得到信息后启动排故流程,系统通过移动终端引导运维人员找到故障点,迅速即使完成排故工作,恢复通信。

三、实施方案

       某省网公司新机房光纤网络智能化监测管理系统选择重点光缆和光配进行智能化改造,在7、8层核心机房分别安装一台智能光链路监测站,对楼内除综合布线、MPO直连跳纤外的光配进行智能化改造,改造参照按需改造和逐步改造,整体实现智能光纤网络功能,在相关光缆对侧增加相应的扩展盘,实现楼内光纤配线的实时管控和监测。

      并以某省网新机房为核心,接入室外光缆,将光纤网络管理沿光缆对外延伸。

      方案结构示意图见图3-1



图3-1 某省网公司新机房试点应用方案示意图


1、实施内容

      包括:光缆资源清理及录入、光缆接头盒智能化改造、光纤配线盘改造、智能光纤跳纤更换、监测站安装调试。

1.1光缆资源清理及录入

      对接入光缆所经杆塔、管井地理位置逐一采集,并对现场环境进行影像采集。

1.2光缆接头盒智能化改造

      对光缆所有接头盒进行智能化改造,需要在光缆中接入故障定位器,以实现光缆接头盒的智能识别、监测和分段诊断。

      接头盒现场施工图见3-2,光缆故障定位器安装示意图见图3-3。



图3-2接头盒现场施工图  




图3-3光缆故障定位器安装示意图


1.3光纤配线盘改造

       需将现有光纤配线盘进行智能化改造,成为光学可识别的带光纤编码的智能配线盘。

1.4智能光纤跳纤更换

       需将光纤跳纤更换为带光纤编码的智能跳纤。

1.5监测站安装调试

       需在站内机柜上安装监测站一台,并将所需监测光缆接入监测。

       监测站现场调试见图3-4。


 图3-4监测站调试


2、综合效益

       本系统投入使用后,每年可直接节省光纤网络运维管理所投入的大量人工、车辆等成本,同时可显著提升光纤网络资源的利用率和生命周期。

2.1资源管理

       省调站内光缆、光纤配线、光纤跳纤智能化部署,实现了自动识别、自动更新和自动管理,极大地减轻工作人员日常巡线、手工标记录入数据的工作量。按照测算,日常巡线及标识管理年人工成本节约80%、光缆台账准确度提高至100%。

2.2故障处置

      利用光纤编码技术实现了光缆、光配故障的智能诊断。相较于传统OTDR和电子标签式“智能ODN”系统,故障定位精确度提升90%,故障处置时间缩短80%,故障处置年人工成本节约80%。

2.3业务保障和减少经济损失

      系统投运以后,能够有效保障光纤网络的可靠运行,大幅度减少因故障带来的经济损失。

2.4社会效益

      能将因各类故障造成的社会影响降至最低点。