浅谈由于直流阻断器故障导致弱覆盖问题处理

李新强

（朔黄铁路发展有限责任公司原平分公司 山西 原平 034100）

1 引言

2014年9 月，朔黄铁路LTE-R宽带无线移动通信系统正式投入使用，为机车无线重联、可控列尾、无线列调通信、调度命令、车次号校核等核心业务提供通信平台。LTE-R网络的优质运行是两万吨机车开行的安全保障，而良好无线场强覆盖是保障LTE-R系统优质运行的前提。

2 漏缆覆盖在原平分公司管段内的应用

朔黄铁路原平分公司所辖线路穿行于恒山、云中山山脉和太行山系，线路高挖深填、桥隧相连，为更好地解决LTE网络覆盖问题，漏缆覆盖作为解决隧道内及隧道间短距离覆盖的主要手段，在原平分公司管段内得到了广泛的应用。漏缆覆盖主要集中在神池南至北大牛，南湾至古月区间。直流阻断器作为漏缆覆盖场景中保证主设备及人员安全的安全器材，在原平分公司也得到大量使用。直流阻断器故障后，将严重影响LTE-R系统无线信号传播，出现弱覆盖问题。本文基于长期的LTE-R无线网络维护优化工作，对直流阻断器故障导致弱覆盖问题处理进行简单分析。

3 直流阻断器的概念及作用

直流阻断器（DC-biock），顾名思义是一种隔直流器件，在采用漏泄电缆的隧道分布系统中，直流阻断器主要用于漏泄电缆上，从结构上来讲可以看作是一种耐高压的电容器。其工作原理就是阻断直流通路，同时不影响高频无线信号的传输。从结构上说，直流阻断器主要有3种：第1种是内导体阻断，而外导体连通；第2种是外导体阻断，内导体连通；第3种是内外导体同时阻断。朔黄铁路原平分公司使用的是第3种内外导体同时阻断的直流阻断器。

4 直流阻断器在漏缆覆盖场景中的作用

在采用漏泄电缆的隧道无线分布的LTE-R系统中，由于泄漏电缆距离高压动力接触网的距离较近，泄漏电缆的内外导体上都会存在一定强度的感应电压，而且感应电压的大小与泄漏电缆的长度与高压动力网电流成正比。一般来讲，内导体的感应电压主要对主设备的安全造成威胁，同时，外导体上的感应电压会对维护人员的人身安全造成威胁。在工程上，一般采取外导体接地来降低这种人身风险，同时，对于泄漏电缆加装内外导体的直流阻断器，以进一步保证主设备及人员的安全。原平分公司管段内漏缆覆盖场景广泛使用了直流阻断器，以保证主设备及人员的安全。

5 直流阻断器故障损坏的原因及对漏缆无线信号传输的影响

如果漏泄电缆距离高压动力接触网距离较近，漏泄电缆内外导体上都会存在一定强度的纵向感应电动势，当感应电压过大时，直流阻断器作为一种保护器材，将被击穿烧毁。直流阻断器损坏状态、正常状态见图1、图2，直流阻断器烧毁故障后，依据其工作原理，高频无线信号将无法进行传播，造成无线信号传播中断，出现弱覆盖问题[1]。

图1 直流阻断器损坏图

图2 直流阻断器正常图

6 直流阻断器故障的排查方法

直流阻断器故障可以通过日常LTE网络优化测试进行排查。

LTE网络优化测试中信号强度（RSRP）是重要的测试指标。作为隧道内漏缆覆盖场景，正常覆盖模型为两小区的信号强度呈线性衰减，即当测试终端在两小区覆盖内移动时，RSRP值自RRU-0站点位置起向远离RRU-0站点方向平滑衰减，直至切换至另一小区RRU-1后，RSRP值呈平滑递增并在到达RRU-1站点位置时RSRP达到最大峰值。RSRP变化与RRU站点位置关系见图3。

图3 RSRP变化与RRU站点位置关系图

而当漏缆的某一位置的直流阻断器故障后，无线信号无法进行传播，将造成RSRP值阧降，出现明显的弱覆盖[2]。

问题区域K018+720至K019+699区间，轨道车下行方向行驶时B网RSRP变化明显出现异常，见图4。在终端占用K019+669小区信号时RSRP虽呈线性衰减，但在切换前电平已降至-90 dbm以下，切换时电平阧降至-141 dbm，切换至K018+720小区后电平阧升至-70 dbm。

图4 RSRP变化异常图

我们将此过程的轨迹图进行放大分析，如图5。终端自K019+699向K018+720移动时，在黄色虚线区域占用K019+699 RSRP已经明显降低（-90 dbm以下），在红色区域降低至-141 dbm，切换至K018+720后在粉色虚线区域RSRP明显大幅提升（-85 dbm以上）。这种现象与正常情况下的漏缆覆盖模型存在明显的偏差。

图5 问题点轨迹放大图

造成此现象的主要原因为在红色区域由于漏缆原因导致K018+720站点RRU发射信号未能有效地（或是直接阻断不能进行信号泄露）向K019+699方向传播，即在黄色虚线区域K018+720站点信号仅为空间杂散信号而不是通过漏缆泄露的正常信号。反观K019+699站点向K018+720方向的信号，由于黄色虚线区域已经距离K019+699较远，RRU发射的信号在强度上不足以对其进行有效覆盖，故RSRP降低至-90 dbm以下。

7 直流阻断器故障点的位置判断方法

由于隧道内GPS无法锁定卫星，不能提供正常的位置信息。我们只能通过轨道车车速与经过RRU站点及电平阧降点（直流阻断器故障点）的时间差进行估算。此种算法虽存在一定的误差，但基本位置定位是可以参考的[3-4]。

RRU站点的判断：由于漏缆信号呈线性平滑衰减，即当电平值最强时（峰值）认为是RRU站点位置。估算示意见图6。

图6 直流阻断器故障点的位置估算示意图

故障点与RRU站点距离=车速×RRU站点至电平故障点的时间差

举例说明：假设相关数值如下：车速=60km/h；机车到达RRU站点时间为8:10:25；机车到达故障点时间为8:10:58。

计算如下：时间差=8:10:58-8:10:25=33 s；车速（换算为m/s）=60 km/h×1000/3600=16.67 m/s；故障点与RRU站点距离=车速×时间差=33 s×16.67 m/s=550 m。

7 结论

及时对直流阻断器故障的排查定位处理，将有效地保障朔黄LTE-R系统的优质运行，以期更好地完成无线场强覆盖的日常维护工作。通过日常轨道车网络优化测试，重点对漏缆覆盖区域的信号强度（RSRP）进行分析，可以快捷有效地排查直流阻断器故障导致的弱覆盖问题，并通过计算车速、时间段及RRU等的相对位置来定位直流阻断器故障点[5]。