[发明专利]基于BOTDR和OTDR的OPGW故障定位及预警方法

说明书

本发明提供了一种基于BOTDR和OTDR的OPGW光缆故障定位与预警方法，该方法包括：选取OPGW光缆的多个空余纤芯，利用OTDR和BOTDR分别测试多个空余纤芯的损耗和布里渊频移数据；基于多个空余纤芯的布里渊频移数据，确定熔接点；将所确定的熔接点与杆塔信息中的熔接杆塔位置进行对应，以定位熔接杆塔和应变异常区域；基于测试所得的多个空余纤芯的损耗以及熔接点与熔接杆塔位置的对应关系，识别非熔接点处大于第一阈值的损耗点，作为候选故障点；若候选故障点位于应变异常区域内，则进行故障点预警且预警的类型为第一类型。本发明的上述方法，能够为OPGW光缆运行提供更为精确的预警手段，准确定位应变和衰减异常的区域，具有重要意义。

技术领域

本发明属于光纤通信领域，具体涉及一种基于BOTDR(Brillouin Optical Time-Domain Reflectometer，BOTDR)和OTDR(Optical Time-Domain Reflectometer，OTDR)的OPGW(Optical Fiber Composite Overhead Ground Wire，光纤复合架空地线)故障定位及预警方法。

背景技术

电力OPGW光缆兼具信息通信与地线的功能，是电网生产调度和企业信息化管理的基础，在电力系统中发挥着重要作用。截止2019年8月，中国一级骨干网OPGW光缆总里程已达8.79万公里，且近58％的OPGW光缆始建于2003年，至今运行年限已超15年。

OPGW光缆由于其特有的架设方式易受到覆冰、大风舞动、温度等自然环境的影响而出现故障。OPGW光缆在制造时一般留有6‰-7‰的光纤余长，以克服光缆在长期运行过程中由于初伸长、最大气象负荷、蠕变等原因造成的缆体伸长所引起的光纤过度应变。当OPGW光缆受到外力作用时(包括覆冰、风压、温度等)，光缆伸长，光纤向内侧移动，在余长范围内，光纤无应变，则不会产生附加衰减，若余长耗尽，则光纤表现出应力，影响传输性能或断纤；当环境温度降低时，光缆会收缩，光纤便向外侧移动，在此移动过程中，光纤相对于松套管没有弯曲，则不会产生附加损耗，若存在弯曲则会产生附加损耗。目前，BOTDA和BOTDR技术已被应用于OPGW光缆内部光纤的应变测试中，取得了显著的测试效果。2012年，滕玲等人对包括层绞式和中心管式等多种结构的OPGW光缆进行拉力实验，分析光缆在外力作用下发生形变的过程中其传输性能和光纤应力的变化。实验结果表明，当张力增大时，应变也随着增大。光纤已经受力时，光功率和OTDR均难以测出光纤传输性能的变化。根据BOTDA监测数据分析可知光纤应变增大只发生某一点，而非整个光纤上各点的均匀应变，利用BOTDA监测在运OPGW光缆内部光纤的应变情况，可以间接地对光缆的机械性能变化情况起到良好的预警作用。2013年，杨宇方等人针对电力特种光缆和光纤应变进行理论分析与试验研究，结合BOTDA测试数据，得出光缆受外力作用达到80％RTS而未断纤之前，其附加衰减仍保持在±0.05dB之内，而其光纤已经产生较大应变，此应变的持续时间越长对光缆的影响越大。

光纤衰减是指光纤中在一定长度距离内的光功率损失，随着传输距离的增加，平均光功率逐渐减少，其传输性能的可靠性也会随之下降。所以光信号的衰减情况决定着光纤的传输质量，光纤的故障也大多体现在衰减变化中。因此电力通信系统的运行维护中定期利用OTDR进行光纤衰减的测试。

通常OPGW光缆的维护手段是利用OTDR进行衰减测试，但实际上由应力引起的光纤中断是瞬时的，无法通过早期的衰减测试进行有效的预警。OPGW光缆是由一段段光缆熔接而成的，通常故障发生在某一光缆段的熔接点处，故障段光缆的衰减被整条线路测试结果均化后，无法在最终的平均衰减中体现出显著的异常，所以单纯的利用OTDR无法全面的进行OPGW光缆的故障预警。单纯的使用BOTDR能获得线路的应变数据，然而却无法评判应变异常区域的衰减是否异常，也不能实现全面有效的安全预警。综上，日常使用的维护手段仅能在断芯或是通信故障时实现对故障的定位和分析，无法提供更为细节、可靠的故障预警。

发明内容

本发明为解决上述问题，提出了一种基于BOTDR和OTDR的OPGW光缆故障定位与预警方法，以解决现有技术的上述缺陷。