通信光纜障礙的分析查找及處置

姚 偉

（中國鐵路上海局集團有限公司上海通信段，上海 200434）

通信光纜在鐵路通信承載網中扮演著至關重要的角色，為各種業務之間的傳輸提供通信信息通道，鐵路通信光纜的穩定運行至關重要，現就通信光纜日常維護和管理，發生障礙后的分析處置進行探討，以進一步提升應急處置能力，縮短障礙延時。

1 通信光纜線路常見故障（障礙）及原因

根據光纜纖芯阻斷情況，可以將光纜障礙類型劃分為4 種：完全阻斷障礙、部分阻斷障礙、光纖衰耗過大導致的障礙以及機房線路終端障礙。本文重點論述前3 種故障（障礙），機房線終端障礙不再贅述。

根據光纜承載通信業務運用情況可將光纜障礙分為：通信全部中斷、個別系統通信中斷、個別系統通信質量下降等3 種情況。

1.1 光纜線路障礙現象

1）光纜全阻障礙造成該光纜承載的通信業務全部中斷，主要現象是網管終端上報承載在該光纜上的所有通信業務本端、對端無信息交換，收不到對方傳送光。

2）光纜部分阻斷障礙，網管監控終端上報個別系統通信中斷。

3）光纖衰耗過大造成的障礙，網管監控終端上報個別系統通信質量下降，日常檢修發現備用纖芯有較大插入損耗。

1.2 光纜線路故障（障礙）產生的原因分析

光纜線路障礙原因大致可分為自然災害、外力因素、人為因素及光纜自身缺陷4 類。

1.2.1 外力因素導致的光纜線路故障

1）挖掘：挖掘是導致直埋光纜和管道光纜損壞的最主要因素之一。在建筑施工、地下設備維修、道路修建、溝渠開挖、農田機械化作業等活動中，都存在對光纜線路造成潛在威脅的風險。

2）砸傷：在槽道敷設區段光纜，踩踏蓋板、蓋板與槽道不匹配、槽道塌陷等情況易造成蓋板脫落，砸傷槽道內光纜。

3）直埋徑路物理變化：直埋區段光纜徑路塌陷易造成光纜受損，也存在直埋光纜徑路樹木根系生長擠壓光纜現象。

4）嚙齒類啃咬：嚙齒類動物喜啃咬堅硬物體，對槽道、管道以及通信機房光纜存在安全隱患。

5）白蟻：白蟻挖掘能力較強，危害建筑物、光纜以及接頭盒。

1.2.2 自然災害導致的光纜線路故障

自然災害是光纜線路障礙的主要原因之一，其中包括火災、洪水、雷擊和電擊等因素。當光纜徑路上發生火災時，高溫會導致光纜線路損壞；洪水可能會沖斷光纜，或者使光纜長時間在水中浸泡，從而導致衰減增大；當光纜線路上或附近遭受雷擊時，高電壓放電可能會損傷光纜；而當高壓輸電線與光纜相碰時，強大的高壓放電電流也可能會導致光纜燒損。

1.2.3 光纖自身原因導致的光纜線路故障

1）自然斷纖：是指由于光纖材料（如玻璃和塑料纖維）的老化和靜態疲勞，隨著時間的推移，光纖會逐漸變得脆弱并最終斷裂。

2）自身工藝：光纖纖芯包層以及涂覆層工藝不達標，投入使用后包層畸變以及涂覆層脫落，造成光信號傳輸衰減增大。

1.2.4 人為原因造成的光纜線路障礙

1）偷竊：人為盜割光纜，導致光纜線路障礙。

2）破壞：人為蓄意破壞，導致光纜線路障礙。

3）作業人員操作錯誤：在光纜接續過程中，可能會遇到多種導致光纖斷纖的問題，例如：光纜彎曲半徑過小；在不中斷業務的情況下錯誤地割斷了正在使用的光纜；開撥時光纜被劃傷；接頭盒封裝時加強芯固定不緊及接續質量不佳等因素。

2 通信光纜故障（障礙）處置原則

在處理通信光纜線路故障（障礙）時，應遵循“先搶通后修復”“先行車后一般”和“先干局線后地區”的原則。根據電路和業務級別進行搶修，以將故障（障礙）的影響降到最低。

通信光纜線路發生故障（障礙）時，應及時準確判斷部位、區段，并啟動相應應急處置預案，迅速組織修復，努力縮短故障（障礙）延時。在涉及行車調度指揮、鐵路行車安全保障及信息系統等重要通信設備和電路的通信故障發生時，應立即采取應急措施，如倒代、迂回等，以將故障影響控制在最小范圍內。處理障礙時，要求做到“五清”，即明確時間、地點、原因、影響范圍和處理過程。

2.1 光纜故障（障礙）處置流程

為能夠清晰表述障礙處置各個環節，便于分析改進障礙處置步驟，編制光纜故障障礙處置流程，如圖1 所示。

圖1 光纜故障（障礙）處置流程Fig.1 Flow chart of dealing with faults and obstacles

2.2 鐵路通信線路故障（障礙）搶通和恢復順序

普速鐵路和高速鐵路通信線路故障（障礙）時的搶通和恢復順序有所不同。普速鐵路的搶通和恢復順序包括：承載列車調度電話、站間行車電話、扳道電話、信號閉塞線路、列車調度指揮系統和調度集中系統的通道、牽引供電遠動通道的傳輸系統；信號安全數據網通道；車輛運行安全監測通道；旅客服務系統通道；客票系統通道；車號自動識別系統通道以及其他。而高速鐵路的搶通和恢復順序則不包括車號自動識別系統通道，其余與普速鐵路相同。

3 通信光纜故障（障礙）分析

光纜故障（障礙）信息主要來源網管上報異常監測信息以及日常檢修光纜測試異常數據，光纜承載業務網管終端監測信息主要是光通信是否正常以及光功率變化情況，通過分析判斷光纜故障（障礙）對應區間，根據對應區間到達通信機房儀器測試后再進一步精確定位。

3.1 光纜故障（障礙）判斷常用儀器

常用儀器有：光萬用表和光時域反射儀（OTDR）。其中OTDR 測量數據，通過分析能精準定位障礙點。

3.1.1 OTDR參數設置要求

故障（障礙）光纜纖芯測試時，OTDR 需根據纖芯測試設置脈寬、測試時間、有效折射率和測試量程。

其參數設置要求如下。

1）脈寬與測試時間設置，如表1 所示。

表1 脈寬與測試時間設置參照Tab.1 Reference table of pulse width and testing time conf igurations

2）有效折射率：依據廠家出廠光纖折射率設定1 310 nm/1 550 nm 折射率設置為1.460 ～1.480之間。

3）量程設置：設置為實際距離1.5 ～2 倍。

3.1.2 OTDR纖芯測試曲線分析

1）正常光纖測試曲線

判斷曲線是否正常，可以通過觀察曲線視圖主體的斜率來判斷，要求曲線斜率較小且是一條光滑直線，從而說明線路衰減系數較小、衰減的不均勻性較好。

2）異常光纖曲線分析

a.曲線圖中有大臺階

如果測試曲線中出現明顯的“臺階”，若該處是接頭，則表示該光纖在盤纖盒中的受擠壓、打小彎或此接頭接續不合格；若該處不是接頭，則此處光纜可能受到了外力擠壓。

b.曲線遠端無反射峰

測試曲線遠端尾部無反射峰，此段光纖光信號無回波，說明光纖遠端受損在此處中斷。

c.光纖跳接點衰耗大

兩段光纖連通采用跳纖進行連接，跳接點尾纖端面平整光滑產生反射峰，反射峰兩段曲線斜率基本一致斜率較小，出現明顯臺階說明該跳接點跳接質量不良衰耗大。

d.測試無曲線

需重新設置OTDR 相關參數，把測試距離、脈沖調到最小，如仍無測試曲線說明光纖配線架（ODF）內法蘭障礙或纖芯障礙點距離較近，法蘭更換后仍然無測試曲線，需在測試光纖前介入2 km 裸纖光纖消除測試盲區，再進行測試定位。

綜上所述各事件曲線，如圖2 所示。

圖2 各事件曲線Fig.2 Curves for various events

4 通信光纜障礙查找

4.1 光纜完全阻斷障礙

光纜完全阻斷障礙通常是由外部因素引起的，因此障礙點相對容易找到，主要原因為外界施工或自然災害等外力影響造成光纜阻斷，此時光纜路由上一般都有比較明顯的變化或破壞痕跡。通過OTDR 測試數據和臺賬資料確定障礙點的初步位置后，組織現場人員沿光纜路由巡查，找到障礙點。但要注意的是當線路路由上有明顯痕跡，但光纜無明顯損傷時，不能輕易下結論障礙點就在此處，而應當擴大搜索范圍，防止一些假象引發錯誤作業。

4.2 部分阻斷障礙

排除設備故障的前提下，通過OTDR 測試曲線與線路圖紙核對確定相近接頭點位置，根據維護資料判斷是否為接頭盒內光纖障礙，距離相近可初步判斷為光纜接頭盒內障礙。如果障礙點與接頭的距離相差很大，很可能是光纜障礙。這類障礙通常比較難以找到，若定位不準確就盲目查找的話，可能會導致不必要的人力和物力浪費。例如，直埋式光纜需要大量的土方開挖來處理障礙，這會延長處置時間。因此，可以采用精確的方法來確定障礙點的位置。

4.2.1 接頭盒纖芯“○”型彎曲定位法

當障礙點附近線路上沒有明顯變化時，巡查人員很難通過路由上的異常現象找到障礙點。這時根據圖紙資料與OTDR 測試的障礙點距離進行核對，確定障礙點位于哪兩個接頭盒之間。打開距離障礙點最近的光纜接頭盒，對接頭盒內未承載業務的備用纖芯打“○”型彎曲處理，彎曲半徑控制在2.5 ～5 mm之間，OTDR 測試該彎曲點光信號產生較強回波形成較大“臺階”或遠端無反射峰。拆除纖芯“○”彎曲，光纖測試曲線斜率均勻遠端有反射峰，測試“○”彎曲纖芯距離與障礙纖芯障礙點距離對比，確定障礙點距離該接頭盒位置。

4.2.2 光纜“開天窗”定位法

光纜路由無明顯異常變化且光纜障礙點距離兩端接頭盒位置都較遠，可采用光纜“開天窗”定位法，天窗開在障礙區域附近200 m 范圍內，便于障礙點查到后割接。

開天窗障礙點定位是針對直埋區段或者槽道區段光纜采取的障礙定位法，根據纜線冗余情況光纜開天窗分為：環切窗、富裕窗兩種方式。

環切窗：用橫環切刀、縱向開剝刀沿光纜確定方向進行開剝，將這一段內外護套全部剝掉后裸露束管的部分，稱為“環切窗”。該方法主要用于障礙定位判斷。

富裕窗：光纜長度有冗余，先將余纜拉回，然后確定開剝位置和長度，用橫向環切刀在確定位置兩端進行環切，并用縱向開剝刀進行開剝，直到將內外護套剝除掉，找到障礙光纖或束管，進行熔接處理，而對未發生障礙的光纖或束管直接收容，由于該方法有余纜，故稱為“富裕窗”。該方法主要用于槽道區段部分光纜個別束管內纖芯障礙或單纖芯障礙處置。

障礙判斷“環切窗”開天窗操作步驟:

1）清潔光纜1 m 左右，把清潔后的光纜整理平直。

2）采用縱剝刀開剝光纜外護套，開剝長度根據接頭盒腔體長度（光纜接頭盒腔體長一般為350 ～450 mm）開天窗長度應控制在小于接頭盒腔體長度50 mm 以內，再用環切刀繞光纜環切一圈去掉縱剝開的外護套。

3）光纜內護套開剝采用外護套同樣開剝方式，也可用美工刀沿光纜內護套垂直對稱劃開內護套，美工刀的刀口深度控制在0.5 mm 以內。

4）去除束管油膏填充物以及纏繞的絲線，將束管扭絞分開，不中斷加強芯。

5）取出無承載業務的備用纖芯束管，用束管到縱向開剝束管，開剝長度比光纜外護套縱向開剝小100 mm。

6）清除開剝后束管內光纖填充阻水膏，備用纖芯打“○”型彎曲進行測試，測試數據與障礙數據進行對比，進一步確定障礙點。

7）該光纜開過天窗后如需恢復，縱剝束管采用保護軟管破開保護纖芯，光纜縱向開剝處安裝接頭盒進行防護處理。

4.2.3 數值換算定位法

由于OTDR 測量的是光纜內光纖纖芯長度而不是光纜長度，所以在實際尋找故障點時就存在明顯的偏差。由于纖長大于纜長，所以在尋找故障點時就應該向反方向巡查，如測量到10 km 處斷，應該在9 ～10 km 段巡查。當然如果采用光纖纖芯長度與光纜皮長換算，那么對精確定位會有很大的幫助。光纖纖芯長度與光纜皮長換算如公式（1）所示。

其中：La表示光纜長度；S1表示測試距離長度；S2表示光纜接頭盒內的盤留長度；n表示接頭數量；P表示光纜的絞縮率，因光纜結構不同而異，絞縮率通常在5%～10%之間，也有的廠家提供該項指標。通過換算光纖纖芯長度與光纜皮長對應關系約為1.005:1（單位m）。

5 通信光纜故障（障礙）點處理

5.1 光纜接頭盒障礙處理

打開障礙接頭盒，檢查接頭盒是否存在以下問題。

1）光纖接續托盤內光纖盤留不規范會導致光纖在托盤內產生扭力，接頭盒震動也會引起光纖彈起至托纖盤邊緣或盤上螺絲處。長時間的震動和擠壓可能會導致插損增大，嚴重情況下甚至會壓傷、壓斷光纖。

2）若光纖收容時彎曲半徑過小，會產生較大的靜態疲勞和彎曲損耗。在1.31 μm 波長的測試中，該損耗變化可能不太明顯；但在1.550 μm 波長的測試中，接頭損耗會顯著增大。

3）光纖熔接時，如果裸光纖開剝過長，熱縮保護管保護位置不準確，導致一部分裸光纖在保護管之外，可能會導致裸光纖斷裂。

4）在光纖接續過程中，如果纖芯除涂覆層時受到損傷，長時間后這種損傷會劣化，從而導致接頭損耗逐漸增加。

5）接頭盒密封不嚴進水，導致接頭盒內金屬部件銹蝕，腐蝕光纖纖芯造成光纜纖芯中斷或衰減增大，冬季結冰導致光纖損耗大，甚至發生斷纖。

6）接頭盒加強芯松動造成纖芯束管扭絞，造成光纖該處插入損耗增大。

處理方法：對存在彎曲半徑過小的光纖進行整理，對故障光纖進行重新熔接接續，進水接頭更換接頭盒盒體重新進行密封處理，松動加強芯釋放扭力重新進行緊固處理。

5.2 單芯或多芯光纖非接頭盒處障礙處理

單芯或多芯光纖非接頭盒處障礙多為砸傷或纜線受外力扭絞，如有明顯的扭絞，進行順直處理后再次測試纖芯性能，若扭傷不嚴重，性能則可恢復；如果扭傷嚴重或砸傷部分束管，對障礙光纜纖芯可采用“富裕窗”開天窗法進行重新接續處理。

5.3 光纜全阻障礙處理

外力因素、自然災害造成光纜全阻障礙，對中斷光纜進行接續處理，介入光纜應該采用與障礙光纜由同一家工廠生產的相同規格型號的光纜。同時應盡量避免光纜接頭和減少光纖接續損耗，介入其長度一般應不小于200 m，光纖接頭雙向平均損耗應不大于0.08 dB。

6 結束語

通過上述對鐵路通信光纜故障（障礙）的分析查找及處置論述，可認識到通信光纜障礙處置是一項復雜的問題，分析處理障礙還有許多方面需要進一步探討。綜上所述，鐵路通信光纜線路日常維護應從源頭治理防范，從細節入手抓好通信線路日常維護管理，提升通信光纜線路運用質量，保證鐵路通信設備安全運行，保障鐵路運輸安全。