SDH光纖通信設備常見故障原因分析

王 興,李明珠

(1.錦州供電公司,遼寧 錦州 121000;2.東北電力科學研究院有限公司,遼寧 沈陽 110006)

1 SDH光纖通信設備現狀

隨著智能電網的不斷發展,輸電量、安全自動裝置和繼電保護等數據的實時傳輸對電力通信系統提出了更高要求。遼寧電力通信系統目前形成了以SDH光纖通信設備為主、其他通信設備為輔的傳輸模式,建成了覆蓋全省各地市的 10G bit/t核心骨干網,地市分公司所屬區域建成了各自獨立的ASON智能光環網。其中,各變電站、地市供電分公司和遼寧省電力公司間傳輸設備通過光纖互連,重要節點傳輸設備板卡 1+1熱備份,系統穩定性提高。

由于新建變電站和老變電站設備改造使接入節點不斷增加,設備總數也在不斷增加,設備故障次數隨之增加,對運行維護和管理工作提出了新的要求。如故障處理不當,不但影響正常通信,還會帶來設備的二次損壞,增加光傳輸設備非正常工作時間。

2 光纖通信設備常見故障原因

2.1 光功率過大

如圖 1所示,A站與 B站設備發出 LOS警告。此時 A、B站設備均無掉電情況,且光板收發光正常,初步判斷為光纜發生故障。經 OTDR測試,發現距 A站 80 km、B站 10 km處光纜被切斷。為迅速恢復電路,工作人員找到光纜切斷點后立即進行光纜熔接。熔接完成后 LOS告警仍未消失,網管發現 B站光接收模塊發生故障,將 B站光接收模塊更換后告警解除。

圖1 光纜故障示意圖

光纜被切斷的判斷是正確的,此時 B站的光接收模塊并未發生故障,是光纖接續后導致 B站光接收模塊損壞。

光在光纖中傳輸存在衰耗,當波長 λ=1 550 nm時,衰耗≤0.22 dB/km;當 λ=1 310 nm時,衰耗≤0.36 dB/km。如果光纜切斷點向 A、B兩站發光,經計算到達 A、B兩站時光的最大衰耗分別為 28.8 dB和 3.6 dB。一般光接收模塊的最小過載點為 3 dB(不同廠家設備參數不同),當接收功率接近最小過載點時,誤碼率會上升,縮短設備使用壽命,如果超過最小過載點將導致光接收模塊損壞。

當光纜熔接時,電弧放電瞬間會產生極強的光脈沖,經測量其瞬時功率達到 13 dB。光脈沖經光纜傳輸到 A站時光強減弱為 -15.8 dB,在設備最小過載點以下。傳輸到 B站時光強為 9.4 dB,遠大于設備最小過載點。強烈的光脈沖極易將光接收模塊燒毀。

由此可知,由于熔接過程中未將 B站連接光接收模塊的尾纖拔出,導致瞬時光強過大是 B站光接收模塊損壞的原因。因此,在處理光纜中斷事故前應將光纜兩側站點光傳輸設備的光纖拔出,防止因熔接過程中瞬時光強過大損壞光板 (光模塊)。

2.2 溫度過高

設備正常工作溫度要求見表 1。當設備溫度超過主控板正常工作溫度 (0 45℃)時,將造成主控板反復復位,導致主控板損壞。

表1 設備溫度要求

因此,當通信設備發生告警時要根據實際情況及時進行處理,否則可能因維護不及時或操作不當對設備造成二次損壞,尤其應注意機房溫度和電源異常。

2.3 人體靜電

網管告警顯示 A站交叉板損壞,維護人員徒手更換新的交叉板。更換后發現新交叉板仍不能正常工作,更換為備用交叉板后故障消除。

人在移動及衣物、鞋的摩擦或拿取塑料制品等情況下,人體會產生靜電,并長時間在人體上保存。如此時觸碰板卡,易因人體靜電損壞電路板上的靜電敏感元件。因此,在拿取板卡前要戴好靜電防護手腕,并保證靜電防護手腕良好接地。此次更換新交叉板后不能正常工作的原因可能是人體靜電造成板卡上靜電敏感元件損壞。

因此,接觸板卡前一定要戴好靜電防護手腕,并保證靜電防護手腕良好接地,防止因人體靜電造成電路板上的靜電敏感元件損壞。

2.4 色散

A、B站間的通信光纜需要切割作業,為保證正常通信,決定將原有電路倒換到備用路由光纜上。當電路倒換完成后,發現設備出現 LOD(有收發光但無數據)告警。

圖2 色散故障光纜路由圖

如圖2所示,A站與 B站的光傳輸設備通過 50 km光纜互連,工作波長為1 550 nm。當 C站 π接入 A、B站之間時,原有光纜需切割作業。為保證正常通信,決定將電路原路由光纜倒換到備用路由光纜 (備用路由通過的 D站無光傳輸設備,D站僅起到光纖跳轉連接作用)。倒換到備用路由后,設備光發送功率為 -2 dB,收光功率為 -23 dB,設備接收靈敏度為 -27 dB。參數在正常工作范圍內,但此時 A、B站發生 LOD告警。經測試,A站與 B站光傳輸設備均正常。經 OTDR測試,備用路由光纜線路無異常。

目前,電力系統光纖通信絕大多數采用 G.652光纖,滿足波長1 310 nm和1 550 nm 2個傳輸窗口的性能指標。G.652光纖在波長1 310 nm波段發生零色散,在1 550 nm波段衰耗最小為 0.22 dB/km。

實際工作中,在開通 1條電路前主要考慮衰耗與色散。衰耗是指光在光纖中傳輸時光纖對光功率信號的衰減;色散是指當 1個光脈沖從光纖輸入經過一段長度的光纖傳輸后,其輸出端的光脈沖會變寬,甚至明顯失真。說明光纖對光脈沖有展寬作用,即光纖存在色散。

使用備用路由光纜后設備光發送功率為 -2 dB,收光功率為 -23 dB,設備接收靈敏度為 -27 dB,設備收發光正常。以下通過理論推導驗證系統衰耗受限中繼距離。

實際衰耗受限系統中繼段長度:

式中 PA——A站光發送功率,dB;

PB——B站光接收功率,dB;

Af——光纖平均衰減系數,dB/km;

As——光纖熔接接頭平均衰耗,dB/km。波長為1 550 nm時,光纖平均衰減系數≤0.22 dB/km;波長為1 310 nm時,光纖平均衰減系數≤0.36 dB/km,光纖熔接接頭平均衰耗為0.03 dB/km。

系統工作波長為1 550 nm,可計算出實際衰耗受限中繼系統長度 L為 84 km,因此備用路由 80 km光纜電路可以正常開通。

色散受限系統中繼段長度:

式中 Dmax——A、B站之間允許最大色散值,ps/nm;

D——系統壽命終了時的光纖色散系數,ps/(nm?km)。

當波長為1 550 nm時,光纖色散系數≤18 ps/(nm?km);波長為1 310 nm時,光纖色散系數≤3.5 ps/(nm?km)

由于設備工作在1 550 nm波段,則 Dmax=L×D=80×18=1 440 ps/nm。

根據色散原理,在光纖中傳輸的光信號具有一定的頻譜寬度,即光信號是由具有許多不同頻率的單色光組成的復色光 (見圖 3)。

圖3 復色光色散原理圖

圖4 色散波形展寬圖

由于不同頻率的光波傳輸速度不同,到達一定距離后必然產生信號失真。這種現象稱為光纖色散。具體表現為波形展寬 (見圖 4)。

由此可見,如果接收端接收的是原始波形序列,則很容易將數據解讀出來。如果接收端接收的是色散后的波形,則因波形重疊不能正常提取信號數據。

因此,當色散補償不足時,接收端可以收到光信號,但由于信號的重疊導致接收端不能正常解讀光信號中的信息就會產生 LOD告警。

3 結束語

a.設備運行維護人員要熟練掌握設備維護手冊,了解設備的安裝維護流程,熟悉光傳輸設備的相關參數及其應用。

b.對發生的故障要及時處理,不可拖沓,防止因處理不及時造成故障擴大。

c.開通電路前應計算設備衰耗受限中繼距離和色散受限中繼距離是否在設備參數允許范圍內,如不符合要求要增加放大器和色散補償模塊。