陳麒 張慶天 林惠輝

國家管網(wǎng)集團東部?jì)�運公司福州輸油分公司

摘要：通信光纜是長(cháng)輸成品油管道重要的附屬設施，一般與管道同溝直埋敷設，容易受地質(zhì)沉降、人工或器械等外力影響發(fā)生故障。從光時(shí)域反射儀檢測原理入手，通過(guò)分析光纜檢測波形，結合光纜故障點(diǎn)檢測定位和修復案例，介紹了提高光時(shí)域反射儀檢測定位故障點(diǎn)精度以及提高故障修復施工質(zhì)量的方法。為管道通信光纜故障定位和修復提供參考。

關(guān)鍵詞：長(cháng)輸管道；管道同溝光纜；故障點(diǎn)定位；光時(shí)域反射儀；光纜修復

長(cháng)輸管道利用光纖通信承載生產(chǎn)網(wǎng)、生產(chǎn)輔助網(wǎng)、辦公內網(wǎng)、工業(yè)電視等系統的數據傳輸，以實(shí)現遠程監控管理。但是光纜對外部沖擊的抗性較弱，容易形成故障點(diǎn)。如管道周邊第三方施工逐年增多，機械或人工開(kāi)挖造成光纜損壞事故時(shí)有發(fā)生。對管道光纜線(xiàn)路進(jìn)行定期檢測，及時(shí)發(fā)現并修復故障點(diǎn)，可整體提高光纖通信質(zhì)量，保障管道正常運行。

1  光纜故障點(diǎn)定位原理

目前光纜故障點(diǎn)檢測主要依靠光時(shí)域反射儀（Optical time domain reflectometer，OTDR）。利用激光發(fā)射器發(fā)出激光信號，由激光探測器接收激光反射信號，通過(guò)檢測某一時(shí)間段內接收到的信號，對光纜故障進(jìn)行分析。光纖中的玻璃纖維存在間隙，當攜帶能量的光子遇到玻璃纖維或雜質(zhì)、纖維氣泡和形變結構等，激光發(fā)射方向會(huì )發(fā)生改變，出現散射現象。通過(guò)識別分析光纜中激光信號的微弱變化，進(jìn)而分析計算以確定故障點(diǎn)位置。檢測原理如圖 1所示。檢測步驟為：讀取被測光纖中探測激光的傳播速度；記錄開(kāi)始發(fā)送激光到接收到反射激光的時(shí)間；檢測分析系統根據式（1）計算故障點(diǎn)距離：

d＝（t×c）/2（IOR）   （1）

式中：d為故障點(diǎn)距檢測端口的距離，km；t為發(fā)射激光到接收到反射激光的時(shí)間，s；c為光速，取值；IOR為光纜中的光纖折射系數，通常由光纖生產(chǎn)廠(chǎng)家標注在光纜表皮或光纜說(shuō)明書(shū)上。

圖 1 光時(shí)域反射儀檢測原理

2  光纜檢測波形分析

光時(shí)域反射儀接收到的反射激光信號隨光纜長(cháng)度增加而逐漸減弱直至消失，檢測波形整體呈逐漸下降狀態(tài)，H處為檢測盲區，K處為反射峰，說(shuō)明光纜末端已制成端口。如圖 2（左）所示。

圖 2 光時(shí)域反射儀檢測正常波形（左）和四種異常典型波形

圖 2光時(shí)域檢測儀檢測的光纜異常典型波形中，A波形中間出現明顯臺階，存在一個(gè)較大的損耗點(diǎn)，可能為纖芯受外力損傷，或彎曲半徑過(guò)�。ɡw芯小于5 cm，光纜小于15倍外徑）所致。B波形末端未檢測到反射峰且呈現斷崖?tīng)顟B(tài)，在波形末端小于整體光纜長(cháng)度的情況下可以判斷該處存在纖芯中斷情況。C波形通常在長(cháng)距離光纜檢測中出現，一般是由于光時(shí)域反射儀的檢測范圍及脈寬設置過(guò)小造成，若調整后依舊出現類(lèi)似波形，則可以判斷光時(shí)域反射儀激光發(fā)射器老化，發(fā)射功率下降造成，需及時(shí)送修故障設備。D波形在檢測盲區就產(chǎn)生了雜波，可以將光時(shí)域反射儀調整至較小檢測里程及脈寬，或至光纜對端檢測，以判斷是否出現短距離故障點(diǎn)，否則就是由于光時(shí)域反射儀與ODF架的連接尾纖未安裝到位，或者ODF架的光耦合器受損導致，可以通過(guò)更換相應備件消除故障。

3  應用案例

3.1  故障概述

某長(cháng)輸成品油管道沿線(xiàn)多為農田及丘陵，同溝敷設光纜約300公里，其中輸油末站與相鄰光纜中繼站共敷設17.8公里光纜，采用2芯主用，2芯熱備用，剩余4芯冷備用的配置方式。某次月度檢測發(fā)現，該段光纜存在損耗點(diǎn)且有隨時(shí)間推移損耗逐漸增大趨勢（圖 3）。1號波形為該段光纜正常檢測結果，2號波形A點(diǎn)處出現損耗臺階并隨時(shí)間推移形成3號波形A點(diǎn)損耗臺階，在制定光纜維修方案期間形成4號波形A點(diǎn)處光纜中斷點(diǎn)，并導致該熱備用芯無(wú)法正常投用。

圖 3 光纜損耗點(diǎn)逐漸增大為中斷點(diǎn)波形趨勢圖

3.2  精準定位光纜故障點(diǎn)方法

（1）提高光時(shí)域反射儀檢測精度，需盡可能減少被測光纜長(cháng)度。通常光纜敷設時(shí)在接頭盒邊上預留盤(pán)線(xiàn)，并在其上方埋設光纜接續樁，通過(guò)成品油管道及光纜長(cháng)度比值，結合光纜歷史維修檢測數據，計算出光纜故障點(diǎn)大致位置，開(kāi)挖最近處的光纜接續樁，并打開(kāi)光纜接頭盒逐芯熔接光纜尾纖進(jìn)行二次檢測，這種檢測定位方式既無(wú)需增加光纜接頭盒數量，又能更加精準定位光纜故障點(diǎn)。

（2）借助光時(shí)域反射儀實(shí)時(shí)檢測模式，在光纜接頭盒內對被測纖芯打小彎（小于5 cm），可以在波形中查看到打小彎處的光纜里程，即可分析得出故障點(diǎn)實(shí)際位置。

（3）光時(shí)域反射儀難以在超短距離（2 m～3 m）內識別出故障點(diǎn)，不同型號設備其檢測盲區也不相同，需要使用備用光纖以檢測盲區范圍內的故障點(diǎn)。一般采用200 m～1000 m的備用光纖，并逐芯熔接檢測。檢測時(shí)盡可能采用小的脈寬，以提高檢測精度。

（4）若光纜故障點(diǎn)在紅光筆的覆蓋范圍內，可以使用紅光筆判斷故障點(diǎn)方位。在檢測端口處通過(guò)尾纖連接紅光筆，若接頭盒內未發(fā)現紅光則說(shuō)明故障點(diǎn)在檢測段，否則故障點(diǎn)就位于后端的未檢測段內。

通過(guò)使用上述四種方法，本次檢測定位將光纜故障點(diǎn)每公里誤差率從8.4%降至1.4%，極大程度提高了故障點(diǎn)的定位精度（表 1）。

表 1 光纜故障點(diǎn)定位精度對比

開(kāi)挖驗證位于光纜盤(pán)線(xiàn)或接頭盒內的故障點(diǎn)可以通過(guò)截斷盤(pán)線(xiàn)更換接頭盒的方式消除，對較為集中的故障點(diǎn)通過(guò)遷改光纜路由的方式消除，光纜遷改距離必須大于兩端的故障點(diǎn)（圖 4）。

圖 4 光纜故障點(diǎn)維修示意圖

3.3  故障點(diǎn)修復施工方法

光纜故障點(diǎn)修復施工中，應重視校驗熔接質(zhì)量，確保物料合格，避免維修過(guò)程中產(chǎn)生新的故障點(diǎn)，提高修復施工質(zhì)量，延長(cháng)通信光纜使用壽命。

（1）在距故障點(diǎn)較近一端檢測端口，將光時(shí)域反射儀調至較小脈寬逐芯校驗，正常情況下單個(gè)熔接點(diǎn)損耗不得超過(guò)0.5 dB，一般保持在熔接損耗0.3 dB以下。熔接損耗較差的纖芯必須重新熔接直至合格。

（2）光纜本身在制造、儲存、運輸過(guò)程中有可能存在缺陷或者機械損傷，施工前必須對新光纜進(jìn)行檢驗。一是外觀(guān)檢驗，查看光纜表皮是否有嚴重磨損、開(kāi)裂等情況；二是對光纜傳輸性能進(jìn)行校驗，在光時(shí)域反射儀與新光纜中間連接200 m～1000 m備用光纖，采用小脈寬方式逐芯檢測。光纖損耗值與光傳輸線(xiàn)路的距離成正比，在常用波長(cháng)1310 nm和1550 nm下，要求光損耗小于0.3 dB/km。對檢驗不合格的光纜必須立即更換，以免影響施工質(zhì)量。

（3）接頭作業(yè)坑回填前需將光纜盤(pán)線(xiàn)成直徑不小于1 m的圓圈并捆扎固定，盤(pán)放預留光纜時(shí)應由倆人操作，一人抓住光纜接頭盒兩端的光纜，一人盤(pán)放，以免造成光纜扭動(dòng)傷及光纖。盤(pán)線(xiàn)與接頭盒需水平放置于長(cháng)輸成品油管道流油方向右側約20 cm處，不得高于管道水平面放置。盤(pán)線(xiàn)與接頭盒下方鋪設木板，小回填將接頭盒全部掩蓋后再覆蓋一片木板，回填至距地表20 cm左右沿光纜路由走向埋設光纜警示帶，并繼續回填至高于地表10 cm，以應對作業(yè)坑沉降�；靥钔羶炔坏煤�有碎石以免損傷光纜，回填施工完成后在接頭盒作業(yè)坑上方設置光纜樁，用于標記光纜接頭盒位置。

4  結語(yǔ)

本文提出的光纜故障點(diǎn)檢測定位和修復施工方法，大幅度提高了光纜故障點(diǎn)的定位精度，縮短了故障點(diǎn)修復施工周期，提高了修復時(shí)效。同時(shí)，光纜故障點(diǎn)定位精度的提高，減少了單次施工開(kāi)挖作業(yè)坑的數量，用地補償及雇傭人工、機械的支出也得以削減，降低了修復施工成本。嚴格按照修復要求施工，有效避免了因熔接質(zhì)量問(wèn)題或因使用不合格的物料導致光纜修復效果不理想的情況發(fā)生，也解決了在施工工程中光纜容易受到二次傷害的問(wèn)題。

建議管道企業(yè)定期開(kāi)展光纜線(xiàn)路檢測工作，對發(fā)現的故障點(diǎn)按輕重緩急安排修復，檢測數據、修復施工資料等及時(shí)整理歸檔，以便后續對照分析并快速精準定位故障點(diǎn)，及早消除光纜線(xiàn)路風(fēng)險隱患。

作者簡(jiǎn)介：陳麒，1993年生，2015年畢業(yè)于福建信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院通信技術(shù)專(zhuān)業(yè)，目前主要從事長(cháng)輸成品油管道附屬通信設施優(yōu)化提升工作。聯(lián)系方式：18649707045，yuseiak@gmail.com。