一种应用于直埋光缆的新型光纤故障定位设备

蒋振忠 覃晓伟

国家管网集团西南管道有限公司南宁输油气分公司 广西 南宁 530000

引言

随着光纤通信的普及，光缆进行了大量的铺设。光缆铺设下去后所面临的老化、外力破坏、雨水侵蚀、老鼠啃咬、地基破坏、不规范施工和维护等方面的影响，都可能造成光缆故障。光缆故障发生后，如何高效排查、减少抢修时间、准确快速追踪故障点的地理位置是用户需求的关键点，石油管道通信大部分都是直埋的方式，这给光缆故障定位抢修带来很大困难。

光缆发生故障时，目前的OTDR仪表只能测量出故障点的光纤距离，但实际的故障现场往往难以被发现，抢修人员经常在寻找故障现场时需要反复开挖确认，耗费大量时间和精力，甚至不规范操作引发二次事故。如果光缆数据资料缺乏或不准确，那么故障抢修将会成为光缆维护人员的一场噩梦。曾经由于抢修效率低下造成了无法估量的直接及间接损失，OTDR仪表对此无能为力[1]。

分布式光缆故障定位仪能够大幅度提高抢修效率，抢修人员在分布式光缆故障定位仪的帮助下只需敲击直埋光缆地面上方两三次的追踪定位操作就可迅速找到故障现场，故障追踪过程中敲击光缆地面上方或者间接振动到光缆完全在允许的安全范围内，避免了开挖找到光缆再切割光缆定位；该设备不需要开挖、下井，也不需要查找光缆接续盒和交接箱，直接敲击地面或者光缆、就能找到光缆故障点并定位，大大降低了抢修人员的工作强度。分布式光缆故障定位仪大大弥补了OTDR仪表在国家管网石油管道光通信网光缆抢修中的不足，填补了业界的空白，是石油管道通信光缆抢修、维护的一把必备光缆故障定位设备。

该设备应具有灵敏度高、抗干扰能力强、界面友好、操作方便、无毒无害、不损伤光缆等特点，要求其应用功能大大减少光缆故障网络管理、抢修维护时间，降低光缆故障抢修成本，提高工程施工或维护人员工作效率、减少经济损失、保障业务通信。

1 分布式光缆故障定位仪的原理

当光在光缆中传输时，由于光子与纤芯晶格间发生作用，不断向后传输瑞利散射光，如图1所示。当外界有振动发生时，引起光缆中纤芯发生形变，导致纤芯长度和折射率发生变化，背向瑞利散射光的相位随之发生变化，这些携带外界振动信息的信号光，反射回系统主机时，经光学系统处理，将微弱的相位变化转换为光强变化，经光电转换和信号处理后，进入计算机进行数据分析。

图1 背向瑞利散射原理

1.1 相干光时域反射技术Φ-OTDR

如下图2中，传感缆和反射镜、全光纤干涉模块共同构成一干涉结构。光从全光纤干涉模块的输入端口进入，经光纤干涉模块处理后的光输入到传感缆上，在传感缆的末端经反射镜反射后，重新进入传感缆，最后回到全光纤干涉模块。该干涉模块是由光无源器件构成。经不同光路到达干涉模块输出端口的光在此汇合，发生干涉，输出端口的光强随着相互干涉的光之间相位差的变化而变化。当有外界扰动作用在传感缆上时，就会引起干涉光波之间相位差的变化。本系统正是利用这一原理，检测传输光的相位变化得到的振动信号。

图2 光纤干涉原理

2 分布式光缆故障定位仪在石油管道光网络通信的抢修应用

2.1 分布式光缆故障定位仪的测试方法

掌握分布式光缆故障定位仪的测试方法，是提高光缆故障点查找、故障点开挖及抢修维护工作有效性的主要途径[2]。测试时，测试人员应首先做好连接工作。简言之，应将测试跳纤与分布式光缆故障定位仪的测试端相互连接。连接完成后，需对分布式光缆故障定位仪的参数进行调整，参数界面（图3）选择相应的量程范围及脉宽，测试距离小于20km、脉宽参数设置为（100ns），测试距离大于20km，脉宽参数设置为（200ns），折射率设置为（1.4685）。在测量时OTDR折射率、脉宽等参数与分布式光缆故障定位仪振动测试参数尽量保持一致、减少定位误差。

图3 参数设置界面

在仪器端弹测跳线的反应以确连接头是否正常，先选择OTDR菜单测试，了解光缆故障点距离，再选择振动定位测试菜单测试。当现场人员敲击光缆地面上方时，设备端显示界面图（图4）、设备端人员观察设备的测试敲击地面位置及时通知现场敲击人员敲击点的光缆距离与故障追踪点位置，及时调整敲击点往前或者往后多少米敲击，引导现场敲击人员快速到达故障现场并定位，标定开挖点位置，安排开挖单位开挖。

图4 敲击光缆显示界面

2.2 分布式光缆故障定位仪的应用实例

在2020年11月7日，某作业区通信站的光缆，在方向9.2km处突发光缆故障，光缆直埋深度为4m，现场相关管理负责人立即组织人员对光缆故障定位测试，在光缆故障现场地面上敲击，分布式光缆故障定位仪能很好快速确定断点的地面位置、通过敲击两到三次，就精准测试出故障点位置，为抢修节约了大量的时间，减少了经济损失[3]。在2021年8月11日，某作业区通信站光缆出站方向，有一芯纤芯有断点在38.53km、因为是直埋光缆，用OTDR测试，无法找到故障点地面位置，只知道光纤的光学距离，需要快速定位，找到故障现场，更换光缆。最后通过分布式光缆故障定位仪，敲击光缆上方地面，并定位，快速引导现场工程师找到故障点位置，开挖事故现场、抢修光缆，故障排除。

3 结束语

综上所述，将分布式光缆故障定位仪应用到国家管网光网络光缆故障点抢修维护中，能够快速定位目标光缆位置，缩短抢修故障的时间，保障业务正常传输。为进一步提高分布式光缆故障定位仪应用的有效性、广泛性，未来，在光网络光缆通信网维护中应加强对分布式光缆故障定位仪测试长距离研发，在省级干线，或者国际干线长距离测试应用中。