泄漏電纜在線故障監(jiān)測(cè)及精確定位技術(shù)研究

車顏澤

摘 要：泄漏同軸電纜（漏纜）是解決鐵路隧道、路塹等無(wú)線電磁波傳播受限區(qū)段通信網(wǎng)絡(luò)覆蓋問(wèn)題的主要方法，是保證車地?cái)?shù)據(jù)交互的重要行車設(shè)備。泄漏電纜、天饋線系統(tǒng)的性能對(duì)鐵路GSM-R移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)的安全運(yùn)行有著很重要的影響。但在漏纜的使用過(guò)程中，容易出現(xiàn)各種各樣的故障，而且故障難以查找、定位和處理，嚴(yán)重影響著復(fù)雜地段無(wú)線系統(tǒng)的覆蓋及行車安全，所以對(duì)泄漏電纜故障的檢測(cè)和精確定位顯得尤為重要。目前，針對(duì)中國(guó)鐵路通信系統(tǒng)安全開(kāi)發(fā)的GSM-R覆蓋的漏纜在線監(jiān)測(cè)故障精確定位系統(tǒng)剛剛開(kāi)始應(yīng)用。主要研究、介紹了漏纜的監(jiān)測(cè)方式以及漏纜故障精確定位系統(tǒng)。

關(guān)鍵詞：無(wú)線通信；故障檢測(cè)；故障定位；定位系統(tǒng)

中圖分類號(hào)：U285 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.18.139

泄漏電纜的性能對(duì)鐵路GSM-R移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)的安全運(yùn)行有很重要的影響。漏纜及天饋等無(wú)源部件出現(xiàn)問(wèn)題是漏纜故障的主要原因。隨著GSM-R系統(tǒng)的開(kāi)通與運(yùn)行，設(shè)備質(zhì)量、工程安裝工藝、外力損壞等方面出現(xiàn)的問(wèn)題容易使部分漏纜所連接的接頭、跳線、天線等發(fā)生故障。但由于維護(hù)工作中的實(shí)際困難，例如受長(zhǎng)大隧道、窗口時(shí)間、被動(dòng)式巡檢方式等因素的限制，有些故障很難被及時(shí)發(fā)現(xiàn)，所以漏纜故障檢測(cè)及故障定位技術(shù)應(yīng)用而生。

1 漏纜在線監(jiān)測(cè)方法的研究

1.1 發(fā)射接收式（主從機(jī)方式）

這種方式是在漏纜雙端測(cè)試，具體原理說(shuō)明如下。

發(fā)射機(jī)發(fā)射檢測(cè)信號(hào)（功率P）進(jìn)入被檢測(cè)漏纜端口A，接收機(jī)在被檢測(cè)漏纜另一端端口B接收該檢測(cè)信號(hào)（功率P′），△P（漏纜損耗）=P-P′。檢測(cè)整段的△P（漏纜損耗），當(dāng)△P發(fā)生異常時(shí)，判定有故障。其中，P或P′的檢測(cè)數(shù)據(jù)需要通過(guò)漏纜傳輸至同一端進(jìn)行比較計(jì)算。

雙端式漏纜的檢測(cè)原理如圖1所示，根據(jù)實(shí)際泄漏電纜傳輸損耗變化量ΔLs測(cè)量值，設(shè)置三種告警門限值：一般告警門限La1；重要告警門限La2；嚴(yán)重告警門限La3.當(dāng)變化量ΔLs超過(guò)告警門限值時(shí)，產(chǎn)生相對(duì)應(yīng)的告警。

一般告警：ΔLs>La1，由氣候溫濕度變化、漏纜腐蝕老化等因素引起。

重要告警：ΔLs≥La2，由漏纜外皮損壞、變形、接頭進(jìn)水等因素引起。

嚴(yán)重告警：ΔLs≥La3，由漏纜破損嚴(yán)重、斷裂、接頭松動(dòng)等因素引起。

一般取La1=5 dB；La2=10 dB；La3=15 dB。

LRMS漏纜檢測(cè)系統(tǒng)主、從機(jī)內(nèi)置射頻信號(hào)發(fā)射和接收模塊，信號(hào)源輸出給定頻率f2的檢測(cè)信號(hào)，通過(guò)信號(hào)接入器耦合至漏纜傳輸。從機(jī)LCS發(fā)射模塊輸出給定功率的檢測(cè)信號(hào)Pt，主機(jī)LCM信號(hào)接收模塊檢測(cè)接收信號(hào)電平Pr。監(jiān)控主機(jī)（LCM）對(duì)發(fā)射功率和接收功率等數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、處理，形成漏纜傳輸損耗測(cè)試值Ls′。與漏纜固有傳輸損耗值Ls進(jìn)行比較，可以計(jì)算出ΔLs，從而判斷漏纜狀態(tài)是否正常，并將結(jié)果通過(guò)有線、無(wú)線方式傳送至遠(yuǎn)程監(jiān)控網(wǎng)管。

LRMS系統(tǒng)框圖如圖2所示，該系統(tǒng)由監(jiān)測(cè)主機(jī)、從機(jī)和信號(hào)接入器三部分組成。主機(jī)管理多臺(tái)從機(jī)，負(fù)責(zé)收集、分析、處理泄漏電纜狀態(tài)數(shù)據(jù)，其內(nèi)置遠(yuǎn)程通信模塊，能將實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)、設(shè)備工作參數(shù)等信息上傳到遠(yuǎn)程LRMS監(jiān)測(cè)中心（系統(tǒng)網(wǎng)管）；從機(jī)根據(jù)主機(jī)發(fā)出的指令發(fā)送漏纜檢測(cè)信號(hào)，回傳檢測(cè)數(shù)據(jù)和模塊工作狀態(tài)，并配合主機(jī)完成對(duì)漏纜的監(jiān)測(cè)。

從機(jī)有兩種類型，分別是LCS-Ⅰ（單端口）從機(jī)和LCS-Ⅱ（雙端口）從機(jī)。單端口從機(jī)檢測(cè)單向漏纜，配合一臺(tái)主機(jī)使用；雙端口從機(jī)檢測(cè)雙向漏纜，可以與2臺(tái)主機(jī)配合使用，主要用于長(zhǎng)隧道漏纜級(jí)聯(lián)等場(chǎng)合。

信號(hào)接入器將漏纜監(jiān)測(cè)信號(hào)接入到漏纜中傳輸，通過(guò)帶通濾波器，避免通信信號(hào)與檢測(cè)信號(hào)相互干擾。監(jiān)控網(wǎng)管通過(guò)主機(jī)可以實(shí)時(shí)檢測(cè)到漏纜和設(shè)備的狀態(tài)，顯示告警，記錄設(shè)備狀態(tài)、告警類型、告警時(shí)間、操作日志等信息，并可以設(shè)置主、從機(jī)的相關(guān)參數(shù)。

雙端式漏纜監(jiān)測(cè)的優(yōu)點(diǎn)為測(cè)試簡(jiǎn)單、成本低，不足之處有：①不能定位漏纜故障。②為雙端測(cè)試模式，即被測(cè)漏纜兩端都需要電源配電箱，為雙端測(cè)試的設(shè)備供電。在實(shí)際工程中，很難解決此類漏纜檢測(cè)設(shè)備的供電問(wèn)題。③監(jiān)測(cè)系統(tǒng)不能獨(dú)立于被監(jiān)測(cè)的漏纜而工作，當(dāng)漏纜損壞嚴(yán)重時(shí)，卻無(wú)法檢測(cè)到數(shù)據(jù)。④在工程實(shí)踐中，發(fā)現(xiàn)此類監(jiān)測(cè)的誤告警頻發(fā)，原因是2～3 km漏纜的累積誤差會(huì)嚴(yán)重影響監(jiān)測(cè)的報(bào)警門限。

1.2 主動(dòng)式（故障定位）在線監(jiān)測(cè)方式

這種方式是在漏纜單端測(cè)試，具體原理是發(fā)出近似通信頻率的檢測(cè)信號(hào)，從被測(cè)漏纜的近端開(kāi)始掃描測(cè)試，一直掃描測(cè)試至漏纜最遠(yuǎn)端，測(cè)試漏纜及所接的接頭、跳線、調(diào)相頭、避雷器、直流阻隔器、天線等整個(gè)漏纜鏈路每個(gè)位置的回波損耗和駐波值（每個(gè)位置的物理射頻特性值），并顯示出該不良點(diǎn)所在的具體位置。

故障定位監(jiān)測(cè)單元的原理如圖3所示。

MCU（Micro Control Unit）為微控制單元，其主要完成電源接入和系統(tǒng)控制。通過(guò)控制邏輯電路控制兩路信號(hào)，一路通過(guò)環(huán)形器發(fā)射出去來(lái)探測(cè)故障，另外一路通過(guò)混頻器與故障反射信號(hào)進(jìn)行混頻，解調(diào)出重要的中頻信號(hào)進(jìn)行故障分析。高精度信號(hào)源產(chǎn)生高精度的故障定位測(cè)試信號(hào)，以便實(shí)現(xiàn)高精度故障定位。DSP（Digital Signal Processing）為數(shù)字信號(hào)處理，DSP主要進(jìn)行發(fā)射與接收信號(hào)的計(jì)算，得出準(zhǔn)確的距離信息。

這種方式的主要不足之處在于技術(shù)復(fù)雜、成本較高。

2 漏纜故障定位系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)方案

漏纜及天饋線故障定位監(jiān)測(cè)系統(tǒng)主要由漏纜檢測(cè)單元、信號(hào)接入器、FSU（現(xiàn)場(chǎng)控制單元）、監(jiān)控中心、數(shù)據(jù)傳輸鏈路等部分組成，如圖4所示。

漏纜故障定位檢測(cè)單元的主要功能是產(chǎn)生故障定位信號(hào)、處理信號(hào)和通信。故障定位信號(hào)插入器將故障定位監(jiān)測(cè)單元產(chǎn)生的故障定位信號(hào)送進(jìn)漏纜鏈路中，并將檢測(cè)到的故障信號(hào)送回定位監(jiān)測(cè)單元進(jìn)行處理，計(jì)算出故障發(fā)生點(diǎn)的回波損耗和故障發(fā)生的位置，然后存儲(chǔ)或轉(zhuǎn)發(fā)。漏纜檢測(cè)單元檢測(cè)兩段漏纜鏈路每個(gè)位置的回波損耗和駐波值，檢測(cè)數(shù)據(jù)通過(guò)隧洞內(nèi)的短光纖傳至鄰近基站（機(jī)房）內(nèi)的控制單元FSU，再經(jīng)傳輸網(wǎng)絡(luò)傳至監(jiān)控中心。根據(jù)網(wǎng)管中心提供的漏纜及天饋線的在線故障定位監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，就可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)第二小節(jié)中描述的各類漏纜及天饋線故障，并明確故障發(fā)生的確切位置，為及時(shí)排除故障提供了精確定位保障。

3 結(jié)束語(yǔ)

經(jīng)過(guò)調(diào)查分析，并結(jié)合實(shí)際維護(hù)工作的要求，漏纜故障檢測(cè)及精確定位的方式可以提高維護(hù)效率，并及時(shí)排除故障隱患，保障鐵路通信和行車的安全。根據(jù)實(shí)驗(yàn)和實(shí)際使用情況，漏纜故障定位系統(tǒng)定位精確度較高（小于等于5 m），極大地提高了故障處理能力，相信漏纜故障監(jiān)測(cè)及故障定位系統(tǒng)在今后能夠更加能夠適應(yīng)鐵路通信運(yùn)行維護(hù)工作。

參考文獻(xiàn)

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〔編輯：王霞〕