光纤编码技术在智能变电站实验中的应用探索
日期 ： 2019-10-13 14:59
在“光进铜退”和“数字化”的大潮下，随着传统变电站演变成数字化变电站，再加速向智能变电站的更迭演变过程中，其光纤网络的复杂性和脆弱性逐渐暴露出来。据网上统计资料，典型的500KV智能变电站在建设过程中需要约8000个光纤熔接点和几千条各类光纤、尾纤、跳纤，其光纤网络的复杂程度可想而知。
而光纤链路网络是智能变电站的核心承载网络，相当于神经系统，据统计，智能变电站通信网络故障75％是由网络传输介质损坏引起。可见，神经系统的可靠稳定对于智能站的重要性来说不言而喻，而神经系统的稳定运行依赖于其日常管理、维护、故障检修的水平，而神经系统的状态监控正是目前智能站的管理盲区。
我们以电流互感器这类智能站中常见的设备来说明光纤网络的故障情况。根据国网调度中心统计的2014年-2017年共2710台电子式CT的运行故障数据，光电式CT故障率为3.03次/百台·年，纯光纤式CT故障率为10.01次/百台·年。光电式CT的故障中，因光纤回路引起的占比14.09%，排第3位；纯光纤式CT的故障中，因光纤回路引起的占比37.31%，排第2位。可见，光纤网络故障已经是智能站中的非常常见的一类故障。
要想减少智能站的光纤网络故障，就要掌控光纤网络的运行状态，减少因施工、老化、环境等因素引起的光纤网络逐步劣化而导致的故障，依靠现有技术，只能在平时中断光纤网络进行纤芯测试，由于纤芯数量巨大，这基本是不可能完成的任务。所以，在无法预防的情况下，由于智能站的空间相对狭小，其室内室外光纤长度一般不超过200米，这种极短距离的光纤网络，一旦发生故障，以现有OTDR故障检测技术非常难以定位故障点，即使定位到光纤故障点在多少多少米处，在密集的、有众多跳接的光纤网络中，也极难寻找故障点所在位置。
由于光纤中传输的光信号，具有全反射特性，传输过程中不会有光泄漏，现场环境也就无法进行光电转换变成我们可识别的电信号，从而人们通过常规的手段无法实时动态的掌握光纤网络的运行状态和部署情况，所以光纤网络也叫“暗网络”和“哑资源”。正是因为光纤网络这种不可识别特性，造成了智能站内的神经系统（基础光纤网络）的运行情况处于“脱管”状态，是确保智能站安全运行的一个重大监控盲点。
光纤编码技术原理介绍
1. 光纤编码起源于光纤光栅
简单的说，利用光纤光栅的稳定波长反射特性，就是宽频谱的入射光进入光纤后，通过不同的光纤光栅会反射不同波长的光，然后把一组光纤光栅密集刻录在一起，就会得到一组对应的反射波长，这组特定的反射波长就形成了一个简单的波长组合，如图1所示。
2. 光纤编码的特点
我们将图1所示的一组光纤光栅，按照一定的规则和数量进行组合，就会得到一组编码，将符合特定规则的编码组合在一起，就是光纤编码，如图2所示。
光纤编码具有如下特点：
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光纤材质，与现有光纤网络无缝融合
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编码内置，永不改变
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无源器件，超长寿命（与光纤同寿命），终身免维护
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施工简单，无需配件，替换性强
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能够准确定位故障区域和故障点
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激光覆刻，工业化成本低廉
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具有环境状态感知能力，如温度、湿度、应力等
光纤编码在智能变电站的应用
致力于智能站安全运行的百分百可靠性目标，解决承载智能站运行数据的基础光纤网络的“脱管”问题，将光纤网络中所有无源光器件，包括光纤、尾纤、跳纤、光配等，通过在各类光器件出厂即永久内置光纤编码的方式，如图3所示，形成数字化的资产信息，即“数字指纹”，并自动获取他们之间的连接关系，形成端到端的全光链路状态图并展现出来。
在光纤、尾纤、跳纤、连接器等因外力、人为等因素引起故障中断时，可通过所有光器件中内置的编码信息，快速的准确的对故障光器件和故障位置进行判断，及时通知运维人员进行故障排查。举例，我们读到了这根跳纤的编码信息，说明这个跳纤没有问题，如果我们没有读到这根跳纤的编码信息，即可以判定这根跳纤故障。在智能站这样狭小的多连接的空间内，没有必要将故障点定位到多少多少米，只需知道哪根跳纤、哪根尾纤、哪根光纤出问题，马上更换为备用即可迅速恢复通信。
同时，基于这些数字化信息，可以开发更多的智能站光纤网络上层应用，比如和智能站“虚回路”网络的逻辑连接关系结合；还可以对智能站光纤回路进行可靠性分析，确保主备光纤完全经过不同路由等。
目前，智能站中已开始推广使用预制光缆技术，可以在一定程度上减少智能站光纤网络施工的复杂性，并尽量减少人为因素造成的施工质量问题。预制光缆是根据智能站内光纤网络的连接情况，将相同路由的光纤合并在同一根光缆中进行传输，在工厂加工时根据现场情况做成光端子，并预留合适的长度，便于现场安装。
我们将光纤编码技术和预制光缆技术相结合，这样在预制光缆在出厂时即带有光纤编码，预制光缆将变成自带身份识别信息、具备纤芯故障定位能力的智能预制光缆，同时，带有光纤编码的预制光缆具有对缆沟内的温度、湿度等环境感知能力，彻底解决智能站光纤网络的施工、管理和运维问题。
