淺析突破常規對海纜故障點精確定位的一個范例

曾昭磊， 曹立波， 張書棟

(1.南方電網超高壓輸電公司，廣東廣州510620;2.中國人民解放軍75411部隊，廣東 珠海519080;3.中國人民解放軍91668部隊，上海200083)

0 引言

海底電纜出現故障的區域一般處于100 m水深以內且航運、捕漁業發達的水域。最近幾十年，隨著碼頭、海岸等工程建設，海纜在登陸部分受到破壞的案例也不斷增多。陸地段海纜被破壞后，故障點定位相對海上要簡單，但在特殊情況下，故障點定位方式也要根據路由環境特點來因地制宜地制定。在此，筆者就發生在我國南海某海底通信電纜灘涂段因碼頭工程施工造成通信中斷后，根據現場地理特征和海纜系統結構運用創新方式進行故障點定位的案例展開討論。

1 海底電纜通信系統故障介紹及現場調查

海底電纜通信中斷后，機房人員通報故障特點:海纜終端站遠供電源電壓突然由正常的240 V升高至450 V，電流由150 mA降為0 mA，通信中斷。幾天后遠供電壓降為330 V，電流為100 mA，仍可通信。一天后遠供電源電壓又升為450 V，電流為零，通信徹底中斷。

在海底電纜通信系統的一端(A端)使用XK 2001型海底電纜故障測試儀測試，結果顯示數十公里處有類似增音機波形的開路信號。資料顯示A端一號增音機距離與測量得到的距離非常接近。由于測試結果和資料數據相差極小，可判斷該開路信號為A端一號增音機回波，但也不排除增音機“尾巴”電纜可能發生開路故障。

為防止誤判，到該海底電纜通信系統的另一端(B端)進行測試非常必要。在B端機房仍然使用XK 2001型海底電纜故障測試儀測試，發現1.716 km處有明顯開路波形，如圖1所示。

經現場勘查，發現該處有工程隊施工，挖斷電纜兩處，電纜被大型挖掘機械挖斷，丟失電纜約40 m。隨即找到了斷點1和斷點2，分別向B端機房和大海方向進行測試，以排除其他故障點。斷點1向機房方向測試距離為1.716 km，由此確認B端機房到斷點1無故障。在斷點2向大海方向測試發現波形非常紊亂，經過調節放大后仔細辨識，初步判定220 m處有開路故障，放大后有二次回波，即為斷點3。故障點分布情況見圖2。

圖1 從B端機房測量顯示1.716 km處有明顯的開路故障

由于涉及到高額賠償金，破壞海纜的施工隊表示當時并不了解此處有電纜，挖斷后也以為是報廢電纜，但確定斷點2至海纜入海處沒有施工。筆者實地勘察后也沒有發現施工和其它作業跡象。查閱該海纜系統資料發現該海纜灘涂段有一個鎧裝電纜和屏蔽電纜的接頭，該接頭在海岸線附近。海纜登陸點距離斷點2目測約300～400 m，由于引起海纜斷點1和2的為大型機械，挖斷電纜時，電纜所受張力巨大，在較短距離上，因斷點2處施工造成該接頭發生開路故障的可能性非常高，初步判斷，該接頭即為斷點3。

圖2 海纜系統及故障點示意圖

該海纜通信系統運行時間接近30年，相關的灘涂路由資料受地形變化影響已經不準確，無法精確定位電纜路由。于是計劃采用“順藤摸瓜”的方法，在施工斷點2處向海岸線方向開挖220 m后將斷點3挖出。挖進約25m后，發現電纜路由經過一堵圍墻進入一棟大樓地基附近。此外在另一建筑排水溝內發現1m左右的裸露電纜，經勘查，該段路由地面上有復雜的建筑，地下埋有各種管線，不但無法使用大型機械進行挖掘，人工開挖也有較大風險和難度，部分路由為沙地，在沙地上人工開挖費時費力，幾乎無法采用這種沿線開挖的方法尋找故障點。因此必須將故障點準確定位找出后再用人工挖掘的方法將故障點挖出，才是唯一可行的方案。但是由于是開路故障，無法通過在電纜上加載音頻信號，用電磁探測的方法進行路由定位。金屬探測的技術不成熟，也很難在這種環境中應用。因此在這種情況下準確找到故障點非常困難。

2 制定故障點定位方案

經過仔細觀察，發現有一條道路橫越該電纜路由區，初步判定故障點在該區的可能性非常大。

此故障點為開路故障，必然受到一定程度的物理損傷，加之此區域離海邊僅約40 m左右，電纜受潮汐起伏影響，電化學腐蝕程度最為嚴重，而且，技術人員發現該處土壤為珊瑚沙，現場實驗后發現它具有這樣一個特征:注水后，水向下滲透的速度比橫向擴散的速度要快很多。可以設想，在漲大潮時，潮位到達故障點附近，海水經珊瑚沙滲透至故障點，即可能將開路的電纜恢復導通，而且此現象會在退潮時消失，這也符合當初機房人員通報的故障特點，先因施工通信中斷，后因漲潮，海水將電纜導通，通信恢復，退潮之后，開路恢復，通信再次中斷。

根據此推論，筆者設計了一種定位故障點的方案:首先在施工斷點處將海底電纜和海洋地線進行短路連接，然后在漲大潮的時候用水泵抽海水，將海水注入在最有可能找到故障點的位置上，同時A端機房人員打開遠供電源，觀察遠供電源的電壓、電流表的讀數變化，一旦發現變化立即打電話報告現場人員，由此基本可確定此處是故障點位置。

3 準確挖出故障點

經過協商分工后，按照預定方案在路由上進行注水測試，在某處注水15 min后，A端機房人員打電話報告遠供電源電壓表讀數為230 V，電流表為150 mA，基本接近正常讀數。于是立即停止注水，決定在該處用人工開挖，為更快找到海纜，采用十字形開挖，找到海纜后，再順海纜路由開挖。

經過4 h開挖，在該處半徑1 m的區域1.5 m深的地方準確找到了海底電纜的接頭。將接頭曝曬后，A端機房遠供電源電壓變為450 V，電流為零。將海水再次注射在接頭表面時，A端機房遠供電壓、電流表讀數變為230 V，150 mA。將接頭鋸掉后，在該處用脈沖測試儀向大海的方向測試電纜，發現了增音機信號，向B端機房方向測試為220 m開路故障。至此徹底摸清了此次海底電纜通信系統故障情況，確定本次故障為3個斷點，并全部定位。

4 故障維修方案

找到故障點后，立即制定接續方案。考慮到該段220 m故障電纜受損嚴重且挖出難度及風險非常大，應重新設計灘涂電纜路由，避開管線和碼頭施工區域。根據新路由長度，采用一根備用電纜將施工區電纜斷點和海邊登陸海纜重新聯接，放棄220 m舊電纜，相對接兩段，還可減少兩個海纜接頭，同時將受腐蝕非常嚴重的部分海洋地線替換。該方案經批準后實施，順利將該海纜通信系統恢復通信狀態。

5 對此次海纜故障定位過程的一點思考

(1)海纜系統在建成之后，灘涂段的海纜安全受各種海洋開發、海島建設等工程影響越來越大，加上這一位置的海纜受海洋環境的影響(包括電化學腐蝕、生物腐蝕、臺風、地形變遷等)也非常嚴重，如果管理不善，灘涂段海纜發生故障的概率非常高。文中記述的情況就是一次破壞事件產生了3個故障點。

(2)本文涉及的海纜通信系統較為陳舊，各種建設、維護檔案資料不健全，由于運行時間久遠，各種建筑、管線工程對路由地貌的改變較大，因此海纜運行單位定期對海纜登陸區的路由進行探測定位并建立完善檔案將對海纜的維護與維修，特別是故障點的迅速定位尤為重要。

(3)海纜運行單位對海纜故障發生前設備工作狀態的記錄對于故障判斷能夠起到巨大的作用，即使是一些小的細節。