光纜對地絕緣自動監測系統在高速公路線路 維護中的應用

作者簡介：

黃昭宇（1992—），工程師，研究方向：高速公路機電工程設備維護。

為保證光纜網絡系統的正常運行，避免光纜線路被人為或自然環境的損壞是一項重要的任務。文章介紹光纜對地絕緣自動監測系統在高速公路線路維護中的應用，為提高光纜線路維護效率提供參考。

光網絡；對地絕緣；線路維護

中圖分類號：U491.1+16 A 55 174 3

0 引言

高速公路光纜線路承載著監控、通信、數據等大量業務，敷設光纜的穩定性飽受自然環境和人為因素的影響。如某一主干光纜發生斷裂，大量業務會因此中斷，將會帶來不可估量的損失。為避免光纜故障帶來的負面影響，維護人員在公路網絡建設中也不斷思考應對措施。目前，主要應用網管系統進行公路光纜線路監測。當光纜線路發生斷點時，網管系統告警并通知斷點的大概位置，由維護人員通過OTDR、光功率計等儀表進一步探尋具體斷點，再通過熔纖或更換線纜的方式接通恢復。這種排障方式是事后排障，為被動式維護。該維護方式面臨故障不確定、排障時間緊、維護技術高等難點，維護人員常常因為準備不夠充分而不得不延長修復時間，面臨不可預見的風險。光纜對地絕緣自動監測系統可以實現事前預警，將維護方式化被動為主動。本文闡述光纜對地絕緣自動監測系統在高速公路線路維護中的實現過程，為高速公路的線路維護工作提供新思路［1］。

1 光纜對地絕緣自動監測系統的應用條件

光纜對地絕緣自動監測系統的實現需要光纜本身擁有的特性和目前已建成的大規模完善的高速公路光網絡系統。

光纜從內到外由光纖、金屬護層、塑料外護層組成，受自然條件或人為因素的影響，光纜的損壞往往從外防護層開始。當光纜塑料外護層遭受破壞時，光纜金屬護層對地絕緣電阻會隨著光纜塑料外護層的損壞程度而改變。利用這一特性，只要掌握光纜金屬護層對地絕緣電阻的變化值，就能了解光纜外護層的損壞程度。

高速公路光網絡是高速公路基礎設施的組成部分，與公路建設同步完善，前端收集的信號可以通過已建成的公路光網絡傳輸至監控中心。工作人員只需要在監控中心進行信息收集、整理、分析，便能了解公路現場的線路狀況。高速公路線路維護中應用光纜對地絕緣自動監測系統，可以在光纜即將發生損壞之前發出告警，維護人員可以根據告警情況采取相應的措施，將隱患排除。

2 光纜對地絕緣自動監測系統整體框架

光纜對地絕緣自動監測系統主要由監測盒子、監測站、監測中心組成［2］。系統整體框架設計如圖1所示。

2.1 監測盒子

監測盒子接收監測站的指令，完成以下任務：

（1）通電并接收數據。

（2）測量本段光纜金屬護層對地絕緣電阻。

（3）向監測站發送數據。

（4）檢查通電和接地完整性。

監測盒子線路連接方式如圖2所示。

監測盒子具有雷電保護功能，一般增設在光纜接頭盒處，可監測光纜接頭盒與接頭盒之間光纜金屬護層對地絕緣電阻情況。監測盒子設有一個輸入端和三個輸出端，一般使用一個輸入端一個輸出端，預留兩個輸出端以備線路分支擴展。監測盒子輸入端接上段光纜金屬護層，輸出端接下段光纜金屬護層，內部包含微型處理器，可以用編程軟件將程序燒入微型處理器中。監測盒子設兩個接地端子，一個用于供電接地，一個用于信號接地。

2.2 監測站

（1）監測站可設在高速公路收費站監控機房或光纜中繼機房內，主要由遠程供電單元、通信數據單元、指令發出單元、光纜故障定位查找信號單元、數據存儲單元、防雷單元、告警模塊組成。

（2）監測站通過光纜金屬護層發出控制指令給監測盒子遠程供電，并依次采集每一監測盒子或特定監測盒子測量的數據進行分析存儲。若超過告警門限即發出告警信號。告警信號通過已建成的高速公路光網絡傳回監測中心，監測中心可接收處理由監測站傳回的信號，繪制成圖表后為維護工作人員提供參考。

（3）監測站還可通過發出特定的信號，向指定的監測盒子發送定位或故障點查找信號。

2.3 監測中心

監測中心設在高速公路視頻監控中心，負責管理各個監測站。監測中心可遠程設置監測站告警門限，下載并存儲各個監測站傳回的周期性測試或光纜故障數據。監測中心也可對特定的監測站進行點名測試。所有回傳數據經監測中心分析處理后，以圖表的形式顯示。

3 光纜對地絕緣自動監測系統軟件模塊構成

監測系統采用圖形用戶界面，按模塊方式設計，每個模塊相對獨立。功能上主要分三層：（1）第一層是數據采集層，完成被測光纜段的電阻值和故障定位數據采集，將預處理數據回傳至監測中心服務器；（2）第二層是數據處理層，完成數據分析處理、統計、存儲、告警等功能；（3）第三層是應用層，向用戶提供圖形化界面和日常維護工具。采用模塊化結構，包括實時監測模塊、故障定位模塊、曲線分析模塊、告警模塊、對外接口模塊。

數據處理層是系統軟件核心部分，其設計框架如圖3所示。

框架中各單元的功能分別為：

功能模塊：實現相應的功能，可以包含拓撲圖模塊、地理信息模塊、告警模塊、曲線分析模塊和事件查詢模塊等。

集成平臺：負責各個功能模塊的管理、加載和配置，使各個功能模塊之間能進行信息交換。

數據庫接口：負責系統數據的處理和存儲。

網絡通信：提供系統對外通信的條件。

4 光纜對地絕緣自動監測系統告警工作流程

監測盒子對被測光纜進行光纜對地絕緣電阻測試，將測試值傳至監測站。監測站可根據維護人員設置的告警門限，將測量電阻值與數據庫中電阻值進行比較分析，如超過告警門限，系統會發出警告并啟動故障定位單元，發出探位或故障查找信號，確定故障位置。測試后將所得數據上傳至監測中心，監測中心在應用軟件上顯示故障位置及告警電阻值，并發出告警通知。

系統告警工作流程如圖4所示

5 光纜對地絕緣自動監測系統的功能

在高速公路線路維護中，光纜對地絕緣自動監測系統主要實現以下功能：

（1）指定光纜測試。

根據需要，操作人員可以對指定光纜段進行光纜護層對地絕緣電阻測試。

（2）周期測試。

按照預定周期，自動測量各光纜段對地絕緣電阻。

（3）故障報警。

在周期性測試過程中，一旦發現測試電阻值超出告警門限，立即發出告警信號，并啟動故障定位單元。

（4）故障定位。

故障定位單元向光纜發送探位信號，根據故障點信號反饋，確定故障具體位置。

（5）數據存儲分析。

系統可以將采集到的電阻數據進行存儲分析，并以圖表的形式展現出來。

6 光纜對地絕緣自動監測系統的作用

光纜對地絕緣自動監測系統在高速公路線路維護的應用會產生積極的影響，主要體現在以下幾個方面：

（1）改進光纜維護方法。

采用光纜對地絕緣自動監測系統對光纜線路進行實時監測，可以優化線路維護方式。維護人員根據系統提示信息，可以準確地判斷光纜故障位置，從而制定更高效的維護方案。

（2）提供更準確的測試記錄。

光纜對地絕緣自動監測系統可以存儲歷史測試數據，反映光纜隨時間變化外防護層對地絕緣電阻的變化趨勢、故障次數和損壞程度，光纜維護策略可以根據歷史數據的變化及時調整。

（3）增強現有光網絡系統的可靠性。

光纜對地絕緣自動監測系統有助于及時發現光纜外防護層損傷，在光纜信號未衰減之前發出告警，維護人員即可采取相應措施及時介入修復，降低了光纜故障風險，保證了光網絡系統傳輸的可靠性。

7 結語

光纜是高速公路傳輸信息的重要載體，光纜故障容易導致服務中斷引發事故。為確保信息暢通，改進線路維護方式，本文闡述了光纜對地絕緣自動監測系統的實現過程，將光纜對地絕緣自動監測系統應用到高速公路線路維護工作中，提前預知光纜存在的隱患。維護人員可根據系統提供的信息，優化信息收集方式，在光纜線路遭破壞前采取相應處理措施，提高工作效率。

參考文獻

［1］張曉春，孫 超，邵 源，等.新時期中國智能交通發展戰略思考［J/OL］.城市交通，2023-02-19.

［2］蔡永春.改變傳統光纜線路維護手段的主要方法——光纜對地絕緣自動監測系統［J］.電信網技術，2005（8）：68-71.

收稿日期：2022-10-20