光缆线路维护中护套对地绝缘的监测

孙建平
中国铁路通信信号上海工程公司

　　 光缆线路是光纤通信传输网的重要组成部份，由于光缆通信具有容量大、传送信息质量高、传输距离远、性能稳定、防电磁干扰、抗腐蚀能力强等优点，而得到了人们的青睐。特别在近十年里，随着人们对带宽业务的不断需求，光纤通信得到大力的发展。“九五”期间完成了“八纵八横”骨干光缆网的建设;光纤本地网也得到了迅速的发展，全国光缆的总长度达168万公里，光纤总长度达2240万公里，已形成了一个遍布全国的复杂的通信线路网络，光缆已经成为国民经经济信息化基础的基础。但与此同时光缆的维护与管理问题也日渐突出，随着光缆数量的增加以及早期铺设的光缆也已有了一定的年限，光缆线路的故障次数在增加。传统的光缆线路维护管理模式，故障查找困难，排障时间长，影响通信网的正常工作。因而，每年因通信光缆故障而造成的经济损失巨大。因此，实施对光缆线路的实时监测与管理，动态观察光缆线路传输性能的劣化情况，及时发现和预报光缆隐患，以降低光缆阻断的发生率，压缩光缆的故障历时，显得至关重要。这将避免或减少损失，带来巨大的经济效益和社会效益。
一、 光缆线路维护监测的组成
　　一般将光缆线路维护监测系统分为两大类:一是运用对光纤后向散射系数测试的光纤自动监测系统，另一类就是通过对光缆金属护套(包括光缆接头盒)对地绝缘电阻的测试要检测光缆护套对地绝缘的光缆护套对地绝缘监测系统。下面重点对光缆护套对地绝缘监测系统加以说明。
二、建立光缆线路对地绝缘监测系统的必要性
　　在长途和市内中继光缆传输系统中，传输设备都配置有比特误码率(BER)的监测设备或监测单元。然而，传统的线路维护部门未配备监测手段，通常只能是出现BER告警时，首先由机务人员判断引起告警的原因，在查明其原因是传输线路——光缆后，机务人员再通知相关的线路维护部门和上报有关主管部门，然后线路维护部门根据得知的光缆线路传输性能劣化情况采取相应的维护措施。如果发生光纤断裂障碍，则立即派人员携带仪表(OTDR)查找光纤断裂的位置，同时组织人员、机具、器材等进行抢修，也就是通常所说的障碍抢修。
　　显然，维护部门若只是采用传统的BER监测，在机务人员判明是传输线路引起的BER告警后，再通知线路维护部门进行抢修或维修、改造，也就是线路维护部门对线路情况的掌握过分依赖于机务部门，处于被动，这样难以保证高速、宽带、大容量光缆传输网络的畅通。因此，建立一种实时的光缆线路监测系统是十分必要的。光缆线路监测系统为光缆线路维护部门提供了一种先进的维护手段，使线务部门由被动地接受机务部门的信息变为主动掌握光缆传输特性，为创造优质、高效、安全、稳定地运行线路提供了可靠保障。通过定期测试，光缆线路监测系统能及时判断光缆接头盒密封情况及光缆线路金属护套对地绝缘状况，在光缆护套破损前及时发现，把阻断事故消灭在萌芽养状态，从而迅速准确地掌握光缆线路的状态，及时判断光缆线路情况。光缆线路维护监测系统为缩短障碍历时，及早发现光缆劣化情况，提高长途光缆的维护质量，实现干线光缆线路维护由被动维护方式转变为受控维护方式提供了必要的技术手段。
　　当前我国光缆线路对地绝缘及光缆接头盒、护套破损锈腐蚀的状况存在着情况不明等现象，对光缆正常运行存在很多隐患。所以保证光缆护套完好和护套对地绝缘电阻达标，进行对光缆护套对地绝缘电阻实施监测，对保障光缆线路安全、延长光缆寿命、保证光缆通信畅通具有重大意义。
三、光缆线路对地绝缘监测系统
　　一条光缆线路由很多单条光缆通过光缆接头盒连接组成，因此光缆接头是缆身的延续，所以光缆接头也因作为光缆线路维护部份。从光缆的结构上光缆护套是缆芯的外壳，只要外壳完整无缺未被损坏过，缆芯就应当保持原样。内部光纤就不会受到损伤。众所周知管道光缆由于受到管道的保护，其很少发生损伤;架空光缆则不与土壤、水直接接触，一般情况不存在进水问题。而直埋光缆线路的光缆接头盒会因操作工艺或在施工、运行中受到外力而受损及光缆线路因外界环境而遭到损坏，如不及时发现和予以修补，时间一长，光缆接头盒及光缆缆身进入水分或水汽，水分或水汽将影响光纤、光缆的使用寿命与通信质量及整个光缆线路的安全运行。
　　光缆线路对地绝缘的维护是近几年提出的新课题，是在经过电缆维护的经验教训上总结后提出的，现在正处在开发、完善的初级阶段。光缆埋入地下后，光缆护套中的金属(皱纹钢带)与大地间的电阻称为光缆护套对地绝缘电阻。护套对地绝缘电阻的大小直接反映光缆护套的完整情况，如光缆护套对地绝缘电阻过小，说明光缆护套已经破损，皱纹钢带将被腐蚀(杂散电流很容易从大地流入光缆护套或从光缆护套流入大地。根据电化学原理可知，电流从光缆护套流入大地处的皱纹钢带必遭腐蚀)导致水分或水汽侵入光缆。当水汽渗透到光纤表面后，会使光纤已有裂痕加速扩展，以至出现随时间变化的断裂。另一方面，当水分子中的氢氧离子与光纤接触，使光纤衰减特性曲线的某些波长的吸收峰(水峰)增大，结果使光缆线路的原有传输特性遭到破坏，甚至造成光纤中断。
　　光缆护套对地绝缘电阻监测系统是通过远程测量直埋光缆金属外护层对大地构成回路的完整性来实现对光缆护套监测的目的，光缆线路对地绝缘监测系统由光缆护层对地绝缘和光缆接头盒密封监测装置等组成，利用安装于直埋光缆接头盒内的装置进行数据的收集和分析，并产生告警信号。直埋光缆通常采用钢塑复合带、铝塑复合带等金属对缆芯进行纵向铠装，再与聚烯外护层构成综合性外套。光缆经金属复合带铠装后，除了能达到防水隔潮作用外，还保护了缆芯免遭机械损伤，并提高了光缆抗冲击。耐侧压机械性能，光缆线路监控系统通过对光缆金属护套的对地绝缘的测量判断光缆外护层是否完好，以达到保证光缆不会因外护层破损到水和潮气作用影响光缆命。实质上　　光缆线路维护监控就是对构成光缆线路的各组件的对地绝缘电阻。也就是光缆护套的完整性由光缆护套对地绝缘电阻的大小来表征。直埋光缆线路由光缆缆身、光缆接头盒与光缆对地绝缘监测装置等组成。直埋光缆线路对地绝缘电阻实际上是构成绝缘电阻的并联结果，光缆护层的绝缘测量的目的是通过对光缆金属护层的对地绝缘测量判断光缆外护层是否完好，以达到保证光缆不会因外护层破损遭到水和潮气作用而影响光缆寿命，光缆接头盒密封性测量是通过监测线测得接头内进水监测电极的绝缘状态，判断接头的密封是否良好。系统通过在日常维护中的记录与光缆线路对地绝缘指标进行比较，便可判断光缆线状况下常与否。如属异常，再结合OTDR对光纤线路的轨迹比较，及时将故障排除在最初阶段，降低维护成本，减少损失，从而真正达到光缆线路运行安全，可靠的目的。此方法对解决目前光缆接头盒普遍存在的接头盒内进水现象不明有很大帮助，近期可采用对地绝缘测量方法，远期采取在光缆接头盒内安装湿度传感器，一旦水分或水汽进入接头盒内，传感器就会探知并发出信号。
　　例如铁通将柳州至贵阳光传输系统工程中柳州至洛满段作为光缆线路对地绝缘维护的试验段。在对光缆线路进行对地绝缘测量时根据对地绝缘电阻范围，选用高阻计(对地绝缘电阻高于5MΩ)或北欧表(对地绝缘低度于5MΩ)，在监测标桩上，通过监测线测量出金属层与大地间的绝缘。光缆缆身对地绝测量包括光缆金属塑料复合包带。钢丝铠装层的对地绝缘电阻，只要测量单盘光缆外护层的对地绝缘电阻就能检测出光缆外护层完好与否。单盘直埋光缆敷设36小时后，光缆金属外护层对地绝缘电阻不低于10MΩ，允许10％的单盘光缆不低于2MΩ，对日常维护指标不低于2MΩ。根据电缆绝缘的经验，单盘光缆金属外护层对地绝缘不低于2MΩ是在保护光缆金属护套免自然腐蚀的起码要求，即在安全范围内。
　　光缆接头盒密封性测量通过监测线测得接头盒内进水监测电极的绝缘状况，判断接头盒密封是否良好。
　　附:直埋光缆线路维护监测装置示意图
　　一个完整的光缆线路维护监测系统应包含光纤自监测和光缆护套对地绝缘监测两个方面，光纤的监测和护套对地绝缘监测各有其不同含意和作用，二者是互为补充相辅相成的。随着信息技术的发展和人们对宽带业务、通信质量和服务质量要求的不断提高，我国的光纤传输网将会持续快速发展。同时，如何进一步提高光纤通信的可靠性，如何更及时有效地对光缆线路网实施监控与管理，准确地捕捉故障征兆，防止线路阻断已经成为一个人们关心的课题，光缆线路监测的重要性将更加突出，也使光缆线路监测与管理系统成为一个新亮点而得到空前的发展。相信随着通信技术的飞速发展，光缆线路维护监测系统本身的局限将最终被解决。