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管道研究

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管道通信光纜故障點定位及修復質量研究

來源:《管道保護》2023年第3期 作者:陳麒 張慶天 林惠輝 時間:2023-6-29 閱讀:

陳麒 張慶天 林惠輝

國家管網集團東部儲運公司福州輸油分公司

 

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

關鍵詞:長輸管道;管道同溝光纜;故障點定位;光時域反射儀;光纜修復

 

長輸管道利用光纖通信承載生產網、生產輔助網、辦公內網、工業電視等系統的數據傳輸,以實現遠程監控管理。但是光纜對外部沖擊的抗性較弱,容易形成故障點。如管道周邊第三方施工逐年增多,機械或人工開挖造成光纜損壞事故時有發生。對管道光纜線路進行定期檢測,及時發現并修復故障點,可整體提高光纖通信質量,保障管道正常運行。

1  光纜故障點定位原理

目前光纜故障點檢測主要依靠光時域反射儀(Optical time domain reflectometer,OTDR)。利用激光發射器發出激光信號,由激光探測器接收激光反射信號,通過檢測某一時間段內接收到的信號,對光纜故障進行分析。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、纖維氣泡和形變結構等,激光發射方向會發生改變,出現散射現象。通過識別分析光纜中激光信號的微弱變化,進而分析計算以確定故障點位置。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;記錄開始發送激光到接收到反射激光的時間;檢測分析系統根據式(1)計算故障點距離:

d=(t×c)/2(IOR)   (1)

式中:d為故障點距檢測端口的距離,km;t為發射激光到接收到反射激光的時間,s;c為光速,取值;IOR為光纜中的光纖折射系數,通常由光纖生產廠家標注在光纜表皮或光纜說明書上。


1 光時域反射儀檢測原理

2  光纜檢測波形分析

光時域反射儀接收到的反射激光信號隨光纜長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,H處為檢測盲區,K處為反射峰,說明光纜末端已制成端口。如圖 2(左)所示。


2 光時域反射儀檢測正常波形(左)和四種異常典型波形

圖 2光時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,存在一個較大的損耗點,可能為纖芯受外力損傷,或彎曲半徑過。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狀態,在波形末端小于整體光纜長度的情況下可以判斷該處存在纖芯中斷情況。C波形通常在長距離光纜檢測中出現,一般是由于光時域反射儀的檢測范圍及脈寬設置過小造成,若調整后依舊出現類似波形,則可以判斷光時域反射儀激光發射器老化,發射功率下降造成,需及時送修故障設備。D波形在檢測盲區就產生了雜波,可以將光時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,否則就是由于光時域反射儀與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,可以通過更換相應備件消除故障。

3  應用案例

3.1  故障概述

某長輸成品油管道沿線多為農田及丘陵,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。某次月度檢測發現,該段光纜存在損耗點且有隨時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點處出現損耗臺階并隨時間推移形成3號波形A點損耗臺階,在制定光纜維修方案期間形成4號波形A點處光纜中斷點,并導致該熱備用芯無法正常投用。





3 光纜損耗點逐漸增大為中斷點波形趨勢圖

3.2  精準定位光纜故障點方法

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

(2)借助光時域反射儀實時檢測模式,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實際位置。

(3)光時域反射儀難以在超短距離(2 m~3 m)內識別出故障點,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。一般采用200 m~1000 m的備用光纖,并逐芯熔接檢測。檢測時盡可能采用小的脈寬,以提高檢測精度。

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

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

1 光纜故障點定位精度對比


開挖驗證位于光纜盤線或接頭盒內的故障點可以通過截斷盤線更換接頭盒的方式消除,對較為集中的故障點通過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(圖 4)。


4 光纜故障點維修示意圖

3.3  故障點修復施工方法

光纜故障點修復施工中,應重視校驗熔接質量,確保物料合格,避免維修過程中產生新的故障點,提高修復施工質量,延長通信光纜使用壽命。

(1)在距故障點較近一端檢測端口,將光時域反射儀調至較小脈寬逐芯校驗,正常情況下單個熔接點損耗不得超過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行檢驗。一是外觀檢驗,查看光纜表皮是否有嚴重磨損、開裂等情況;二是對光纜傳輸性能進行校驗,在光時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路的距離成正比,在常用波長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,以免影響施工質量。

(3)接頭作業坑回填前需將光纜盤線成直徑不小于1 m的圓圈并捆扎固定,盤放預留光纜時應由倆人操作,一人抓住光纜接頭盒兩端的光纜,一人盤放,以免造成光纜扭動傷及光纖。盤線與接頭盒需水平放置于長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。盤線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,以應對作業坑沉降;靥钔羶炔坏煤兴槭悦鈸p傷光纜,回填施工完成后在接頭盒作業坑上方設置光纜樁,用于標記光纜接頭盒位置。

4  結語

本文提出的光纜故障點檢測定位和修復施工方法,大幅度提高了光纜故障點的定位精度,縮短了故障點修復施工周期,提高了修復時效。同時,光纜故障點定位精度的提高,減少了單次施工開挖作業坑的數量,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量問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生,也解決了在施工工程中光纜容易受到二次傷害的問題。

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


作者簡介:陳麒,1993年生,2015年畢業于福建信息職業技術學院通信技術專業,目前主要從事長輸成品油管道附屬通信設施優化提升工作。聯系方式:18649707045,yuseiak@gmail.com。


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