电力通信光纤远程切换及自动轮询监测系统设计.pdf
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1、信息记录材料 2023 年 7 月 第 24 卷第 7 期电力通信光纤远程切换及自动轮询监测系统设计杨浩然,秦泽云,严龙胜,施泽瑶,字成愉(云南电网有限责任公司临沧供电局 云南 临沧 677000)【摘摘要要】电力通信以变电站为通信信号传输节点,在变电站完成物理层光纤的跳接,满足变电站设备的通信需求,变电站分布在各个地区,远程光纤切换及监测耗时耗力,为了实现电力通信光纤远程切换及自动轮询监测,采用光开关技术设计了一套远程切换及自动轮询监测系统。通过光开关的逻辑组合设计实现 32 进纤与 32 出纤之间的光路切换;再通过光开关实现 32 芯光纤自动轮询监测。介绍了系统结构设计、功能设计,并给出了
2、几种应用实例。【关关键键词词】光光纤纤远远程程跳跳纤纤;光光开开关关;监监测测技技术术;电电力力通通信信;自自动动轮轮询询【中中图图分分类类号号】TN914 【文文献献标标识识码码】A 【文文章章编编号号】1009-5624(2023)07-0151-040 引言随着电力智能化的发展,变电站内的设备智能化程度越来越高。而光纤跳纤工作仍然依靠人工跳纤。变电站一般分散在各个地市、县,当光纤网络结构需要调整或出现故障需要紧急跳纤进行临时组网时,需要派人员前往变电站进行人工跳纤,故障排除后,又需要再次前往重新移除临时跳纤。这种人工跳纤方式需要顺应时代向智能化方式转变。其次,业务光纤在目前已经实现远程监
3、测,但空余纤芯未接业务时,还不能实现远程在线监测,造成通信人员对空余纤芯运行情况不清楚,在主用纤芯故障时,存在备用纤芯也不可用的安全隐患。本文研究的光纤远程跳纤功能以及备用纤芯在线监测功能,在发生故障需要临时跳纤形成临时光纤网络结构时,可以快速实现光纤自由跳接,故障排除后又可快速恢复原有光纤网络结构;在需要进行光纤网络结构调整时,可以高效、快速地进行光纤跳接,形成新的光纤网络结构。监测功能单元不仅可以实时监测各纤芯连接状态,还能实时监测接入设备各纤芯运行状态,当发生光纤异常信号、断线等状态变化时进行告警。这是光纤资源配置及光纤网络结构人工管理方式向智能化管理方式的转变,是工作方式的转变、技术的
4、突破,也是电力通信管理工作的进步。1 系统结构设计装置主要由主控电路模块、光开关切换控制电路模块、光时域 反射模块(optical time-domain reflectometer,OTDR)、电源管理模块等部分组成,采用现场总线技术将各部分连接,形成一个完整的控制系统,可以根据控制主机输入指令,实现光路自由切换、光纤状态监测等功能,并在主机做状态展示,系统结构如图 1 所示。1.1 主控模块设计设备采用的 32 路机械式光开关具有掉电锁存功能,在电源突然发生故障时,光路仍然保持不变,对通信状态没有影响。32 路机械式光开关通常需要 9 路 IO 接口控制信号,为了最大限度地简化电路,采用
5、FPGA 设计控制模块。1.2 光开关切换控制电路模块设计光纤远程切换采用的是光开关阵列模型1。本系统采用 64 组 132 路光开关通过阵列模型实现 32 芯进出光纤自由切换。32 进纤端一共 32 个 132 光开关,32 出纤端一共 32 个 132 光开关。32 进纤端第一个进口是一个 132 光开关,单端口进,32 端口出,这 32 端口分别连接到出纤端各光开关中的 1 个接口,实现 1 进纤到 32 出纤端的跳接。以此类推,进纤端第 2 个端口、第 3 个端口至 32 端口均为 132 光开关,每个端口 32 出口连接到出纤端的各个 32 路光开关其中的一路上,最终实现 32 进纤
6、端到 32 出纤端的光纤跳接。各光开关逻辑连接如图 2所示。1.3 OTDR 状态监测模块设计自动轮询监测采用的是基于 OTDR 及光开关切换技术原理的实现方式2。通过主控电脑与 OTDR 的 RJ45 口连接、与 132 路光开关串口连接,主控电脑部署控制程序,可实现手动或自动测量。测量过程:(1)主控驱动 132 路光开关切换到需监测纤芯,返回执行命令信息;(2)主控驱动 OTDR 激光器发射 1 3101 550 nm 波长激光,同时 OTDR 主控接收返回光信号,经解析后推送至主控电脑;(3)主控电脑存储、分析及展示被测纤芯监测信息;(4)执行自动测量将重复以上步骤。1.4 电源管理模
7、块设计考虑到装置长期可靠的运行,因此设计一种支持双路供电且互为备份的电源分配单元,包括供电端子,供电端子的第一路供电端分别与监控模块一的主路进线端和监控模块二的备份进线端连接,供电端子的第二路供电端分别与监控模块一的备份进线端和监控模块二的主路进线端连接,监控模块一的出线端子与插座模块一的进线端子连接,监控模块二的出线端子与插座模块二的进线端子连接。光路自动切换阵列及轮询监测系统设计了双路供电且互为备份的电源分配单元结构,使用一套电源分配单元,引入两路电源分别为系统供电,当其中任何一路发生故障时,另外一路都能作为备份电源无缝切换,保证系统正常工作3。2 系统电路设计设备采用的 32 路具有掉电
8、锁存功能的光开关4,在电源突然发生故障时,光路仍然保持不变,对通信状态没151信息记录材料 2023 年 7 月 第 24 卷第 7 期图 1 系统结构图有影响。32 路光开关通常需要 9 路 IO 接口控制信号,为了最大程度的简化电路,采用 FPGA 设计控制模块5。设计中采用的是 EP4CE10E22C8 作为控制模块的主控芯片,它有 91 个通用 IO 接口,使用其中 2 个作为串口,其他最多可以控制 9 个光开关,为了保证电路板硬件的一致性,互换性,设计每个控制模块控制 8 个光开关,共使用了 72 个 IO,扩展了 2 个串口,一共使用了 76 个 IO 口,见图 3。设计中使用 C
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