SDH光纤通信设备常见故障原因分析

王 兴,李明珠

(1.锦州供电公司,辽宁 锦州 121000;2.东北电力科学研究院有限公司,辽宁 沈阳 110006)

1 SDH光纤通信设备现状

随着智能电网的不断发展,输电量、安全自动装置和继电保护等数据的实时传输对电力通信系统提出了更高要求。辽宁电力通信系统目前形成了以SDH光纤通信设备为主、其他通信设备为辅的传输模式,建成了覆盖全省各地市的 10G bit/t核心骨干网,地市分公司所属区域建成了各自独立的ASON智能光环网。其中,各变电站、地市供电分公司和辽宁省电力公司间传输设备通过光纤互连,重要节点传输设备板卡 1+1热备份,系统稳定性提高。

由于新建变电站和老变电站设备改造使接入节点不断增加,设备总数也在不断增加,设备故障次数随之增加,对运行维护和管理工作提出了新的要求。如故障处理不当,不但影响正常通信,还会带来设备的二次损坏,增加光传输设备非正常工作时间。

2 光纤通信设备常见故障原因

2.1 光功率过大

如图 1所示,A站与 B站设备发出 LOS警告。此时 A、B站设备均无掉电情况,且光板收发光正常,初步判断为光缆发生故障。经 OTDR测试,发现距 A站 80 km、B站 10 km处光缆被切断。为迅速恢复电路,工作人员找到光缆切断点后立即进行光缆熔接。熔接完成后 LOS告警仍未消失,网管发现 B站光接收模块发生故障,将 B站光接收模块更换后告警解除。

图1 光缆故障示意图

光缆被切断的判断是正确的,此时 B站的光接收模块并未发生故障,是光纤接续后导致 B站光接收模块损坏。

光在光纤中传输存在衰耗,当波长 λ=1 550 nm时,衰耗≤0.22 dB/km;当 λ=1 310 nm时,衰耗≤0.36 dB/km。如果光缆切断点向 A、B两站发光,经计算到达 A、B两站时光的最大衰耗分别为 28.8 dB和 3.6 dB。一般光接收模块的最小过载点为 3 dB(不同厂家设备参数不同),当接收功率接近最小过载点时,误码率会上升,缩短设备使用寿命,如果超过最小过载点将导致光接收模块损坏。

当光缆熔接时,电弧放电瞬间会产生极强的光脉冲,经测量其瞬时功率达到 13 dB。光脉冲经光缆传输到 A站时光强减弱为 -15.8 dB,在设备最小过载点以下。传输到 B站时光强为 9.4 dB,远大于设备最小过载点。强烈的光脉冲极易将光接收模块烧毁。

由此可知,由于熔接过程中未将 B站连接光接收模块的尾纤拔出,导致瞬时光强过大是 B站光接收模块损坏的原因。因此,在处理光缆中断事故前应将光缆两侧站点光传输设备的光纤拔出,防止因熔接过程中瞬时光强过大损坏光板 (光模块)。

2.2 温度过高

设备正常工作温度要求见表 1。当设备温度超过主控板正常工作温度 (0 45℃)时,将造成主控板反复复位,导致主控板损坏。

表1 设备温度要求

因此,当通信设备发生告警时要根据实际情况及时进行处理,否则可能因维护不及时或操作不当对设备造成二次损坏,尤其应注意机房温度和电源异常。

2.3 人体静电

网管告警显示 A站交叉板损坏,维护人员徒手更换新的交叉板。更换后发现新交叉板仍不能正常工作,更换为备用交叉板后故障消除。

人在移动及衣物、鞋的摩擦或拿取塑料制品等情况下,人体会产生静电,并长时间在人体上保存。如此时触碰板卡,易因人体静电损坏电路板上的静电敏感元件。因此,在拿取板卡前要戴好静电防护手腕,并保证静电防护手腕良好接地。此次更换新交叉板后不能正常工作的原因可能是人体静电造成板卡上静电敏感元件损坏。

因此,接触板卡前一定要戴好静电防护手腕,并保证静电防护手腕良好接地,防止因人体静电造成电路板上的静电敏感元件损坏。

2.4 色散

A、B站间的通信光缆需要切割作业,为保证正常通信,决定将原有电路倒换到备用路由光缆上。当电路倒换完成后,发现设备出现 LOD(有收发光但无数据)告警。

图2 色散故障光缆路由图

如图2所示,A站与 B站的光传输设备通过 50 km光缆互连,工作波长为1 550 nm。当 C站 π接入 A、B站之间时,原有光缆需切割作业。为保证正常通信,决定将电路原路由光缆倒换到备用路由光缆 (备用路由通过的 D站无光传输设备,D站仅起到光纤跳转连接作用)。倒换到备用路由后,设备光发送功率为 -2 dB,收光功率为 -23 dB,设备接收灵敏度为 -27 dB。参数在正常工作范围内,但此时 A、B站发生 LOD告警。经测试,A站与 B站光传输设备均正常。经 OTDR测试,备用路由光缆线路无异常。

目前,电力系统光纤通信绝大多数采用 G.652光纤,满足波长1 310 nm和1 550 nm 2个传输窗口的性能指标。G.652光纤在波长1 310 nm波段发生零色散,在1 550 nm波段衰耗最小为 0.22 dB/km。

实际工作中,在开通 1条电路前主要考虑衰耗与色散。衰耗是指光在光纤中传输时光纤对光功率信号的衰减;色散是指当 1个光脉冲从光纤输入经过一段长度的光纤传输后,其输出端的光脉冲会变宽,甚至明显失真。说明光纤对光脉冲有展宽作用,即光纤存在色散。

使用备用路由光缆后设备光发送功率为 -2 dB,收光功率为 -23 dB,设备接收灵敏度为 -27 dB,设备收发光正常。以下通过理论推导验证系统衰耗受限中继距离。

实际衰耗受限系统中继段长度:

式中 PA——A站光发送功率,dB;

PB——B站光接收功率,dB;

Af——光纤平均衰减系数,dB/km;

As——光纤熔接接头平均衰耗,dB/km。波长为1 550 nm时,光纤平均衰减系数≤0.22 dB/km;波长为1 310 nm时,光纤平均衰减系数≤0.36 dB/km,光纤熔接接头平均衰耗为0.03 dB/km。

系统工作波长为1 550 nm,可计算出实际衰耗受限中继系统长度 L为 84 km,因此备用路由 80 km光缆电路可以正常开通。

色散受限系统中继段长度:

式中 Dmax——A、B站之间允许最大色散值,ps/nm;

D——系统寿命终了时的光纤色散系数,ps/(nm◦km)。

当波长为1 550 nm时,光纤色散系数≤18 ps/(nm◦km);波长为1 310 nm时,光纤色散系数≤3.5 ps/(nm◦km)

由于设备工作在1 550 nm波段,则 Dmax=L×D=80×18=1 440 ps/nm。

根据色散原理,在光纤中传输的光信号具有一定的频谱宽度,即光信号是由具有许多不同频率的单色光组成的复色光 (见图 3)。

图3 复色光色散原理图

图4 色散波形展宽图

由于不同频率的光波传输速度不同,到达一定距离后必然产生信号失真。这种现象称为光纤色散。具体表现为波形展宽 (见图 4)。

由此可见,如果接收端接收的是原始波形序列,则很容易将数据解读出来。如果接收端接收的是色散后的波形,则因波形重叠不能正常提取信号数据。

因此,当色散补偿不足时,接收端可以收到光信号,但由于信号的重叠导致接收端不能正常解读光信号中的信息就会产生 LOD告警。

3 结束语

a.设备运行维护人员要熟练掌握设备维护手册,了解设备的安装维护流程,熟悉光传输设备的相关参数及其应用。

b.对发生的故障要及时处理,不可拖沓,防止因处理不及时造成故障扩大。

c.开通电路前应计算设备衰耗受限中继距离和色散受限中继距离是否在设备参数允许范围内,如不符合要求要增加放大器和色散补偿模块。