光纤通道故障智能定位检修方案

　　随着通信技术在超高压电网中的日渐深入应用，电力通信网得到了快速发展。其中，光纤通信具备大容量、抗干扰能力强等优势，已经成为纵联保护端对端通信的首要选择。光纤通道是纵联保护互传模拟量和信号量的关键环节，其地位至关重要。光纤通道的丢帧、误帧、延时变化都会对纵联保护的正常运行产生影响。虽然纵联保护在超高压电网中采用双通道方式，但其中一个通道出现异常时，由于传统检修方式是采用自环的方式查找光纤通道问题，为了保证装置不误动作，一般会将光纵保护功能完全退出再进行检修，保护的退出会增加系统运行的风险。因此，当光纤通道出现故障时，快速、准确地进行检修是非常有意义的。

　　1光纤通道网络架构

　　目前纵联保护所使用的光纤通道分为两类：专用光纤通道和复用光纤通道。专用光纤通道是采用专用光缆或光纤复合架空地线(OPGW光缆)进行通信，通过尾纤、光纤尾纤盒、光纤配线架(ODF)、OPGW光缆等环节形成传输路径。专用光纤通道具备结构简单、可靠性高、易维护等特点，局限性在于传输距离不能超过80km，不存在自愈功能。复用光纤通道是采用数字通信系统进行传输光纵数据，通过尾纤、光纤尾纤盒、光纤配线架、复用接口装置、同轴电缆、数字配线架(DDF)、同步数字接口装置(SDH)、复用OPGW光缆等组成传输路径。复用光纤通道具备传输距离不受限制、有自愈功能等特点，局限性在于相较专用光纤通道组成结构复杂、维护难度高等特点。可以看出，复用光纤通道的装置及连接环节相对于专用光纤通道要复杂。当光纤通道出现故障时，专用光纤通道重点在于光纤、保护装置的检查，而复用光纤通道除光纤、保护装置外，还需要对同轴电缆、复用接口装置、SDH等的检查，随装置、通信物理介质增多，检修的工作量会大幅增加。如图1、图2所示，其中实线框为装置，虚线框仅起到线缆转接作用。文中主要解决复用光纤通道的故障检修效率问题，从快速定位故障位置的角度进行阐述，并制定了检修方案，可有效提高复用光纤通道的检修效率。

　　2传统离线故障定位方式

　　由于ODF、DDF、光纤尾纤盒仅起到光纤或同轴电缆转接功能，无信号处理功能，因此，可将复用光纤通道环节简化为如图3所示的拓扑结构。当光纤通道在运行过程中出现故障时，一般采用以下方式进行故障定位。1)外部回路检查：检查装置及光纤收发功率，检查同轴电缆衰耗，检查各连接部分是否存在弯折过度、污染、接触不良、接地不良等情况，一般可采用光功率计、2M误码仪等工具测量分析。2)装置检查：检查各装置版本和参数设置，采用装置自身自环或装置替换等方式进行检查。3)逐级自环：在各装置的光口或电口处自环，查看相应装置的告警情况，排除非故障点，定位故障点。对于通道长时故障，存在耗时较长的问题；对于通道瞬时故障，一般瞬时故障复现周期长或无法复现，上述方法就存在很大的局限性。

　　3智能化在线故障定位方法

　　3.1基于C37.94的故障定位方法

　　根据IEEEC37.94标准的规定，保护装置和复接装置采用统一的标准进行通信，可以提供N×64kbit/s(N=1，2，…，12)的有效数据带宽用于传输光纵保护信号。采用此标准后，不同厂家的保护装置、复接装置可实现无缝对接，且可采用统一的校验方式实现链路报文监视和故障定位。C37.94协议规定了严格的帧结构的组装形式和发送规律，每秒传输8000帧。帧头的前8bit数据abcdefgh规定了两种模式，两种模式交替发送。其中，模式1规定abcdefgh=10011011；模式2规定abcdefgh=11y11111，y为黄色告警bit(简称ybit)，报文正常时为0，报文异常(LOS)时为1。第二8bit数据固定为00001111。可根据报文规律发现，前8bit后两位固定为11，因此，固定采用了1100001111作为帧同步的标志。开销部分包含48bit数据位，主要用来表示通道数据区所采用的有效数据字节个数；通道数据区部分包含192bit数据位，每帧最多可传输96bit有效数据。IEEEC37.94定义了故障通信故障场景，包括LOS、Yellow、AIS(物理端口告警)等故障场景，保护装置和复接装置需要在表1所示情况下做出正确反应。因此，根据以上描述可得出以下结论：(1)保护装置A光口收端发现异常时，保护装置A报LOS，复接装置A、复接装置B、保护装置A都会收到ybit。(2)复接装置A光口收端发现异常时，复接装置A报LOS，保护装置A会收到ybit，复接装置B、保护装置A都会收到AIS。(3)复接装置B电口收端LOS时，保护装置B收到AIS。基于以上分析，C37.94方案可快速定位出故障位点，在国内使用范围有限，国外较常应用。

　　3.2基于互联通信的故障定位方法

　　由于国内二次厂商多采用自定义协议方式，无法使用C37.94协议方式进行故障定位。因此，提出一种状态互联通信的方案来实现故障定位，即本侧装置利用现有通道的传输功能，将本侧的通道状态量传输给对侧装置，对侧装置最终完成复用通道故障在线定位。具体实现方法如下：(1)保护装置对光口信号及通信链路进行实时监视，复用接口装置对光口信号、电口信号及通信链路进行实时监视；(2)保护装置将保护通道状态传递给复用接口装置，复用接口装置将复用接口装置通道状态和保护通道状态集中转发给对侧复用接口装置；(3)对侧复用接口装置同样已获取对侧的通道状态，结合本侧的通道状态，即可在一侧复用接口装置上查看完整的通道状态，进而可快速判断出复用光纤通道的故障区间。此方法的前提是需要复用接口装置具备状态监视功能，2M通道有足够的剩余带宽用来传输通道状态。同时，可将报文异常记录和报文记录功能放在复用接口装置上，不需要对保护装置进行变动，可极大减少保护装置的改动。

　　3.3SDH故障定位方法

　　SDH传输设备一般具备软环的功能，可以代替人工自环的方式进行，提高检修效率。同时，为了保证保护装置不误动作，需要提前把保护装置的纵差功能提前退出。SDH光纤通信网还具备网管功能，运行过程中各SDH装置均具备在线监视功能，SDH的告警信息可存储在网管系统中，因此，当通道出现故障时，从SDH网管中提取通道报警信息是查找SDH管辖范围的故障点的主要手段。其中，SDH能够识别的故障类型，包括：(1)2M电接口故障，表示复接装置发给SDH的信号异常；(2)2M电接口有效数据全为1，表示2M电接口无异常，故障点在保护装置和复接装置之间；(3)高阶告警，表示电力通信网内部故障。

　　4定向检修策略

　　4.1常见故障原因

　　根据现场的检修经验，一般造成光纤通道故障的原因有以下种类。1)光纤：熔接点不良，受外界影响断裂；光纤弯折半径不满足运行要求，造成时断时续；光纤法兰与光纤接头未对齐、接触不良；光纤法兰内部结构因施工原因导致损坏；光纤连接头灰尘堆积。2)同轴电缆：同轴电缆制作工艺不良，造成插拔过程中出现屏蔽层和信号线短接，或同轴电缆内部信号线虚接；同轴电缆长度过长，造成信号衰减；现场的同轴电缆两点接地，两端之间的接地电阻过大，接地网出现大电流时，同轴电缆两端出现电压差。3)保护及复接装置：装置本身存在故障；装置主从时钟、编码、速率等参数设置错误。4)SDH设备：装置本身存在故障；通道路由的路径或切换设置不合理；光纤通信网各装置时钟配合、新老设备配合、不同厂家协议配合等问题。5)其他问题：电源系统问题，如纹波过大或接地不良。

　　4.2制定检修方案

　　基于以上分析，可将基于互联通信的故障定位的复接装置接入光纤复用通道中，当光纤复用通道中的装置检测出异常情况后，复接装置可在线快速定位到通道故障区间，仍然需采用以下方法进行定向检修。1)查看复接装置的判定结果，再结合现场保护装置、SDH设备的告警记录信息，综合得出光纤复用通道各区间的状态，快速判断出故障环节。2)按照“发送顺序原则”制定人工排查方案。“发送顺序原则”是指按照保护装置发送顺序，出现故障后，先排查距离保护装置发送端最近的故障段，通过各装置的在线判断结果，人工进一步排查故障原因和修复故障点。3)修复一个故障点后，查看各装置状态，如果还有故障存在，重复1)和2)；如果故障已消失，再次对装置进行长时监视，确认已检修成功。4)所有故障点修复完毕后，需要完全恢复现场环境，检查现场的光纤、同轴电缆等的连接的可靠性，检查标签的正确性，检查各装置的通道状态恢复正常，最后，复归告警信息。其中，上文中的智能定位方法提供了缩小检修范围的方法，但实际的故障原因包括了物理传输介质本身及连接关系、装置自身运行算法和配置等诸多问题，检修过程仍需要人工参与，因此，上述2)过程的合理安排也是提高效率的主要措施。

　　4.3防范措施

　　为了防止光纤通道故障发生，在检修、施工过程中也应当做好以下措施：(1)光纤不可过度弯折，需要保持适当的弧度；光纤接口要保持清洁，插入法兰的过程中需要对齐FC缺口，不可蛮力操作造成法兰内部的陶瓷体破损。(2)同轴电缆两端接地线形成单接地点；控制同轴电缆工艺，不可短接、虚接；接头需要保持固定良好。(3)装置自身设置需要按照厂家说明正确设置；确认装置的版本，保证装置之间可以正确配合。(4)采用有效措施监视电源系统的状态。

　　5结语

　　文中主要介绍了光纤复用通道检修的传统方式，分析了基于C37.94、互联通信的光纤复用通道的故障检测方案，可快速、准确地判断出光纤复用通道的故障区间，在此基础上，再进行定向检修工作，并根据现场经验制定检修方案，可极大提高光纤复用通道的检修效率。

　　作者：赵琰 王荣超 罗义晖 李进 张涛