蔣振忠 覃曉偉

國(guó)家管網(wǎng)集團(tuán)西南管道有限公司南寧輸油氣分公司 廣西 南寧 530000

引言

隨著光纖通信的普及，光纜進(jìn)行了大量的鋪設(shè)。光纜鋪設(shè)下去后所面臨的老化、外力破壞、雨水侵蝕、老鼠啃咬、地基破壞、不規(guī)范施工和維護(hù)等方面的影響，都可能造成光纜故障。光纜故障發(fā)生后，如何高效排查、減少搶修時(shí)間、準(zhǔn)確快速追蹤故障點(diǎn)的地理位置是用戶需求的關(guān)鍵點(diǎn)，石油管道通信大部分都是直埋的方式，這給光纜故障定位搶修帶來(lái)很大困難。

光纜發(fā)生故障時(shí)，目前的OTDR儀表只能測(cè)量出故障點(diǎn)的光纖距離，但實(shí)際的故障現(xiàn)場(chǎng)往往難以被發(fā)現(xiàn)，搶修人員經(jīng)常在尋找故障現(xiàn)場(chǎng)時(shí)需要反復(fù)開(kāi)挖確認(rèn)，耗費(fèi)大量時(shí)間和精力，甚至不規(guī)范操作引發(fā)二次事故。如果光纜數(shù)據(jù)資料缺乏或不準(zhǔn)確，那么故障搶修將會(huì)成為光纜維護(hù)人員的一場(chǎng)噩夢(mèng)。曾經(jīng)由于搶修效率低下造成了無(wú)法估量的直接及間接損失，OTDR儀表對(duì)此無(wú)能為力[1]。

分布式光纜故障定位儀能夠大幅度提高搶修效率，搶修人員在分布式光纜故障定位儀的幫助下只需敲擊直埋光纜地面上方兩三次的追蹤定位操作就可迅速找到故障現(xiàn)場(chǎng)，故障追蹤過(guò)程中敲擊光纜地面上方或者間接振動(dòng)到光纜完全在允許的安全范圍內(nèi)，避免了開(kāi)挖找到光纜再切割光纜定位；該設(shè)備不需要開(kāi)挖、下井，也不需要查找光纜接續(xù)盒和交接箱，直接敲擊地面或者光纜、就能找到光纜故障點(diǎn)并定位，大大降低了搶修人員的工作強(qiáng)度。分布式光纜故障定位儀大大彌補(bǔ)了OTDR儀表在國(guó)家管網(wǎng)石油管道光通信網(wǎng)光纜搶修中的不足，填補(bǔ)了業(yè)界的空白，是石油管道通信光纜搶修、維護(hù)的一把必備光纜故障定位設(shè)備。

該設(shè)備應(yīng)具有靈敏度高、抗干擾能力強(qiáng)、界面友好、操作方便、無(wú)毒無(wú)害、不損傷光纜等特點(diǎn)，要求其應(yīng)用功能大大減少光纜故障網(wǎng)絡(luò)管理、搶修維護(hù)時(shí)間，降低光纜故障搶修成本，提高工程施工或維護(hù)人員工作效率、減少經(jīng)濟(jì)損失、保障業(yè)務(wù)通信。

1 分布式光纜故障定位儀的原理

當(dāng)光在光纜中傳輸時(shí)，由于光子與纖芯晶格間發(fā)生作用，不斷向后傳輸瑞利散射光，如圖1所示。當(dāng)外界有振動(dòng)發(fā)生時(shí)，引起光纜中纖芯發(fā)生形變，導(dǎo)致纖芯長(zhǎng)度和折射率發(fā)生變化，背向瑞利散射光的相位隨之發(fā)生變化，這些攜帶外界振動(dòng)信息的信號(hào)光，反射回系統(tǒng)主機(jī)時(shí)，經(jīng)光學(xué)系統(tǒng)處理，將微弱的相位變化轉(zhuǎn)換為光強(qiáng)變化，經(jīng)光電轉(zhuǎn)換和信號(hào)處理后，進(jìn)入計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。

圖1 背向瑞利散射原理

1.1 相干光時(shí)域反射技術(shù)Φ-OTDR

如下圖2中，傳感纜和反射鏡、全光纖干涉模塊共同構(gòu)成一干涉結(jié)構(gòu)。光從全光纖干涉模塊的輸入端口進(jìn)入，經(jīng)光纖干涉模塊處理后的光輸入到傳感纜上，在傳感纜的末端經(jīng)反射鏡反射后，重新進(jìn)入傳感纜，最后回到全光纖干涉模塊。該干涉模塊是由光無(wú)源器件構(gòu)成。經(jīng)不同光路到達(dá)干涉模塊輸出端口的光在此匯合，發(fā)生干涉，輸出端口的光強(qiáng)隨著相互干涉的光之間相位差的變化而變化。當(dāng)有外界擾動(dòng)作用在傳感纜上時(shí)，就會(huì)引起干涉光波之間相位差的變化。本系統(tǒng)正是利用這一原理，檢測(cè)傳輸光的相位變化得到的振動(dòng)信號(hào)。

圖2 光纖干涉原理

2 分布式光纜故障定位儀在石油管道光網(wǎng)絡(luò)通信的搶修應(yīng)用

2.1 分布式光纜故障定位儀的測(cè)試方法

掌握分布式光纜故障定位儀的測(cè)試方法，是提高光纜故障點(diǎn)查找、故障點(diǎn)開(kāi)挖及搶修維護(hù)工作有效性的主要途徑[2]。測(cè)試時(shí)，測(cè)試人員應(yīng)首先做好連接工作。簡(jiǎn)言之，應(yīng)將測(cè)試跳纖與分布式光纜故障定位儀的測(cè)試端相互連接。連接完成后，需對(duì)分布式光纜故障定位儀的參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，參數(shù)界面（圖3）選擇相應(yīng)的量程范圍及脈寬，測(cè)試距離小于20km、脈寬參數(shù)設(shè)置為（100ns），測(cè)試距離大于20km，脈寬參數(shù)設(shè)置為（200ns），折射率設(shè)置為（1.4685）。在測(cè)量時(shí)OTDR折射率、脈寬等參數(shù)與分布式光纜故障定位儀振動(dòng)測(cè)試參數(shù)盡量保持一致、減少定位誤差。

圖3 參數(shù)設(shè)置界面

在儀器端彈測(cè)跳線的反應(yīng)以確連接頭是否正常，先選擇OTDR菜單測(cè)試，了解光纜故障點(diǎn)距離，再選擇振動(dòng)定位測(cè)試菜單測(cè)試。當(dāng)現(xiàn)場(chǎng)人員敲擊光纜地面上方時(shí)，設(shè)備端顯示界面圖（圖4）、設(shè)備端人員觀察設(shè)備的測(cè)試敲擊地面位置及時(shí)通知現(xiàn)場(chǎng)敲擊人員敲擊點(diǎn)的光纜距離與故障追蹤點(diǎn)位置，及時(shí)調(diào)整敲擊點(diǎn)往前或者往后多少米敲擊，引導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)敲擊人員快速到達(dá)故障現(xiàn)場(chǎng)并定位，標(biāo)定開(kāi)挖點(diǎn)位置，安排開(kāi)挖單位開(kāi)挖。

圖4 敲擊光纜顯示界面

2.2 分布式光纜故障定位儀的應(yīng)用實(shí)例

在2020年11月7日，某作業(yè)區(qū)通信站的光纜，在方向9.2km處突發(fā)光纜故障，光纜直埋深度為4m，現(xiàn)場(chǎng)相關(guān)管理負(fù)責(zé)人立即組織人員對(duì)光纜故障定位測(cè)試，在光纜故障現(xiàn)場(chǎng)地面上敲擊，分布式光纜故障定位儀能很好快速確定斷點(diǎn)的地面位置、通過(guò)敲擊兩到三次，就精準(zhǔn)測(cè)試出故障點(diǎn)位置，為搶修節(jié)約了大量的時(shí)間，減少了經(jīng)濟(jì)損失[3]。在2021年8月11日，某作業(yè)區(qū)通信站光纜出站方向，有一芯纖芯有斷點(diǎn)在38.53km、因?yàn)槭侵甭窆饫|，用OTDR測(cè)試，無(wú)法找到故障點(diǎn)地面位置，只知道光纖的光學(xué)距離，需要快速定位，找到故障現(xiàn)場(chǎng)，更換光纜。最后通過(guò)分布式光纜故障定位儀，敲擊光纜上方地面，并定位，快速引導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)工程師找到故障點(diǎn)位置，開(kāi)挖事故現(xiàn)場(chǎng)、搶修光纜，故障排除。

3 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，將分布式光纜故障定位儀應(yīng)用到國(guó)家管網(wǎng)光網(wǎng)絡(luò)光纜故障點(diǎn)搶修維護(hù)中，能夠快速定位目標(biāo)光纜位置，縮短搶修故障的時(shí)間，保障業(yè)務(wù)正常傳輸。為進(jìn)一步提高分布式光纜故障定位儀應(yīng)用的有效性、廣泛性，未來(lái)，在光網(wǎng)絡(luò)光纜通信網(wǎng)維護(hù)中應(yīng)加強(qiáng)對(duì)分布式光纜故障定位儀測(cè)試長(zhǎng)距離研發(fā)，在省級(jí)干線，或者國(guó)際干線長(zhǎng)距離測(cè)試應(yīng)用中。