合武鐵路漏纜監測系統的開發與應用

摘 要：隨著我國高速鐵路相繼開通，GSM-R系統得到了廣泛的應用，在山區為了解決隧道內無線場強的覆蓋問題，GSM-R的光纖直放站也得到了廣泛的應用。鐵路系統嚴格的安全管理和長大隧道實際地理環境都給漏纜設備的檢修帶來了一定的困難。為了實現對隧道內漏纜運用質量的監測，克服現場測試和檢修的客觀困難，我們在合武客專大別山地區隧道群，利用既有直放站系統開展對漏纜運用質量的監測實驗，通過近一年的運用實驗，利用較小的投入成功實現了對漏纜運用狀態的實時監測。本文通過對現有光纖直放站系統的改造實現對隧道內漏纜運用質量的檢測，從設計原理、關鍵參數和網絡結構等方面進行了詳細的介紹。

關鍵詞：漏纜；監測；參數

中圖分類號：TP 文獻標識碼：A

1 系統需要實現的監測目標

漏纜監測系統主要是通過對既有的光纖直放站系統進行改造，實現對漏纜的監測。通過設置監測數據的變化閾實現對漏纜運用質量的實時監測報告，系統主要具備以下功能：

1.1 能對漏纜的特性參數進行實時的監控。

1.2 當漏纜特性參數數值超出變化閾時，系統會自動發出報警提示。

1.3 監測數據能通過既有直放站網管系統實時上傳到網管中心。

1.4 各類參數門限值和告警門限值可設置。

1.5 具備實時數據曲線分析功能。

1.6 測試數據可保存、可導出。

2 系統的工作原理

系統的簡單工作原理就是利用光纖直放站漏纜采取鄰站末端相連的連接特點，在兩個相連的直放站系統間分別加裝測試信號發射和接收模塊，通過分析接收到的測試信號電平來實時判斷漏纜的性能參數。對于在隧道兩端的漏纜，可以采取漏纜末端加裝測試信號發射模塊或者采取駐波比檢測法來實現對漏纜的實時監測。具體兩種漏纜監控系統分別由以下兩種方法實現：

2.1 設備內置漏纜監控模塊

內置漏纜檢測模塊直接安裝在既有直放站系統內，工作電壓采取和既有系統統一的電壓，系統采取模塊化設計。監測信息統一匯接到現有的管理網絡中。模塊包含一個導頻發射機和一個導頻接收機。為了實現多段檢測同一模塊內的發射機和接收機采用不同的頻率，兩成對的收發模塊采用相同的工作頻率。發射模塊的監測導頻信號通過耦合器工作信號合并后經功分器發射到漏纜上，在漏纜的另一端的鄰站遠端機的導頻接收機接收監測導頻信號，通過測量取得通過漏纜衰減后的電平。在系統中設置相應的告警門限，當接收的監測導頻電平下降到一個設置的允許數值時上報告警信息。其原理見圖1。

2.2 設備外置漏纜監控模塊

外置漏纜監測模塊用于對只有一端接有遠端機的漏纜進行監測，該設備包含導頻發射及接收模塊，被安裝于與遠端機同側。通過遠端機提供電源并通過遠端機已有網管通道上傳漏纜監測及告警數據，實現對漏纜的實時監測功能。通過導頻發射模塊發射預先已設定頻點的導頻信號，同時使用導頻接收模塊接收漏纜中反射回的導頻的信號，通過特定算法對漏纜相關性能進行監測。當接收的反射導頻信號電平上升到一個設置的極限數值時告警被觸發。原理見圖2。

3 發射頻率的選取和接收門限的測算

系統監測信號的選取和系統門限值的設置是否合理是系統檢測和報警功能能否發揮作用的關鍵所在。為了能很好的實現監測功能，監測信號頻率要選取貼近漏纜傳輸的有效工作頻帶，且不對現有系統的工作頻帶造成干擾。門限電平的選取要充分考慮各類線纜材質的正常損耗，即能在線纜出現異常損耗時及時告警，又不會因為過敏誤動而產生假告警。

3.1 檢測信號頻率的選擇

鐵路GSM-R系統使用的頻率為885-889MHz和930-934MHz，根據漏纜傳輸特性，兼顧與既有系統頻率的統一，同時適當考慮頻道的間隔，檢測信號的頻率采用868-870MHz，在該頻段內設置電纜監控器頻率頻道號為ch1～ch79， ch1 = 868.000 MHz，各頻道間隔 = 25 kHz，多頻道的設置有利于減少實際測試中相鄰區段間的干擾，也有利于該技術在較大的光纖直放站系統中的運用。

3.2 告警門限的設置

按設計原理可得接收端接收電平公式如下：

接收電平=發射電平-漏纜損耗-跳線損耗-接頭損耗

一般饋線及器件衰耗：（1）漏纜百米損耗大約為2.3dB。（2）1/2饋線百米損耗大約為6.9dB。（3）7/8饋線百米損耗大約為3.5dB。（4）13/8饋線百米損耗大約為2.4dB。（5）功分器衰減大約為3dB。（6）耦合器衰減大約為1dB。（7）每個接頭一般損耗為0.1dB（以上參數因各廠家產品不同而不盡相同，測算時應以具體廠家標準為準）。

根據現有光纖直放站的發射功率，選取檢測信號發射端功率電平為 -15dBm，由此可算出一段1公里長的漏纜的告警門限：

總的損耗=20*6.9%+1000*2.3%+20*6.9%=25.76dB

因為發射功率為-15 dBm，所以正常接收功率電平為-15-25.76=-40.76 dBm，監控門限應留有5 dBm余量，這樣門限就設置為-45.76 dBm

4 管理系統組成

網絡管理系統如圖3主要通過現有的直放站網管系統增加漏纜監測部分軟件模塊，各分監測單元將監測數據發送給遠端機的處理模塊，處理模塊通過光纖傳送給近端機，近端機通過現有的網絡系統直接傳送給網管中心處理。網管中心的各類控制信號按照反向的業務流程傳送到各遠端機的監測模塊。

5 系統的主要特點

5.1 該系統實現了對隧道內漏纜的實時監測，減少了現場的維護和測試工作量，克服了客專鐵路安全管理的客觀條件對維護工作的限制。

5.2 系統監測的數據貼近在用系統的真實值，系統可按曲線分析系統的數據變化量。

5.3 系統改造的投入較小，施工相對簡單，無需另加電源等附屬設備，適合大面積推廣。

5.4 系統的檢測原理具有通用性，適用于其他直放站系統（如鐵路450M無線通信系統）的漏纜監測。

5.5 合理門限值的設置實現了系統及時告警，為各類故障的處理提供出準確的信息。

6 系統的應用

通過大量的測試和實驗，目前該系統已經在合武客專鐵路大別山隧道群全面應用，系統自開通使用以來發現漏纜性能下降事件2件，取得了良好的運用實效。該系統通過對現有GSM-R直放站系統的改造實現了對漏纜的實時監控，為確保高速鐵路的通信安全發揮了應有的作用。

參考文獻

[1]鐵路GSM-R維護規程.

[2]COMLABO產品說明書