通信光缆障碍的分析查找及处置

姚 伟

（中国铁路上海局集团有限公司上海通信段，上海 200434）

通信光缆在铁路通信承载网中扮演着至关重要的角色，为各种业务之间的传输提供通信信息通道，铁路通信光缆的稳定运行至关重要，现就通信光缆日常维护和管理，发生障碍后的分析处置进行探讨，以进一步提升应急处置能力，缩短障碍延时。

1 通信光缆线路常见故障（障碍）及原因

根据光缆纤芯阻断情况，可以将光缆障碍类型划分为4 种：完全阻断障碍、部分阻断障碍、光纤衰耗过大导致的障碍以及机房线路终端障碍。本文重点论述前3 种故障（障碍），机房线终端障碍不再赘述。

根据光缆承载通信业务运用情况可将光缆障碍分为：通信全部中断、个别系统通信中断、个别系统通信质量下降等3 种情况。

1.1 光缆线路障碍现象

1）光缆全阻障碍造成该光缆承载的通信业务全部中断，主要现象是网管终端上报承载在该光缆上的所有通信业务本端、对端无信息交换，收不到对方传送光。

2）光缆部分阻断障碍，网管监控终端上报个别系统通信中断。

3）光纤衰耗过大造成的障碍，网管监控终端上报个别系统通信质量下降，日常检修发现备用纤芯有较大插入损耗。

1.2 光缆线路故障（障碍）产生的原因分析

光缆线路障碍原因大致可分为自然灾害、外力因素、人为因素及光缆自身缺陷4 类。

1.2.1 外力因素导致的光缆线路故障

1）挖掘：挖掘是导致直埋光缆和管道光缆损坏的最主要因素之一。在建筑施工、地下设备维修、道路修建、沟渠开挖、农田机械化作业等活动中，都存在对光缆线路造成潜在威胁的风险。

2）砸伤：在槽道敷设区段光缆，踩踏盖板、盖板与槽道不匹配、槽道塌陷等情况易造成盖板脱落，砸伤槽道内光缆。

3）直埋径路物理变化：直埋区段光缆径路塌陷易造成光缆受损，也存在直埋光缆径路树木根系生长挤压光缆现象。

4）啮齿类啃咬：啮齿类动物喜啃咬坚硬物体，对槽道、管道以及通信机房光缆存在安全隐患。

5）白蚁：白蚁挖掘能力较强，危害建筑物、光缆以及接头盒。

1.2.2 自然灾害导致的光缆线路故障

自然灾害是光缆线路障碍的主要原因之一，其中包括火灾、洪水、雷击和电击等因素。当光缆径路上发生火灾时，高温会导致光缆线路损坏；洪水可能会冲断光缆，或者使光缆长时间在水中浸泡，从而导致衰减增大；当光缆线路上或附近遭受雷击时，高电压放电可能会损伤光缆；而当高压输电线与光缆相碰时，强大的高压放电电流也可能会导致光缆烧损。

1.2.3 光纤自身原因导致的光缆线路故障

1）自然断纤：是指由于光纤材料（如玻璃和塑料纤维）的老化和静态疲劳，随着时间的推移，光纤会逐渐变得脆弱并最终断裂。

2）自身工艺：光纤纤芯包层以及涂覆层工艺不达标，投入使用后包层畸变以及涂覆层脱落，造成光信号传输衰减增大。

1.2.4 人为原因造成的光缆线路障碍

1）偷窃：人为盗割光缆，导致光缆线路障碍。

2）破坏：人为蓄意破坏，导致光缆线路障碍。

3）作业人员操作错误：在光缆接续过程中，可能会遇到多种导致光纤断纤的问题，例如：光缆弯曲半径过小；在不中断业务的情况下错误地割断了正在使用的光缆；开拨时光缆被划伤；接头盒封装时加强芯固定不紧及接续质量不佳等因素。

2 通信光缆故障（障碍）处置原则

在处理通信光缆线路故障（障碍）时，应遵循“先抢通后修复”“先行车后一般”和“先干局线后地区”的原则。根据电路和业务级别进行抢修，以将故障（障碍）的影响降到最低。

通信光缆线路发生故障（障碍）时，应及时准确判断部位、区段，并启动相应应急处置预案，迅速组织修复，努力缩短故障（障碍）延时。在涉及行车调度指挥、铁路行车安全保障及信息系统等重要通信设备和电路的通信故障发生时，应立即采取应急措施，如倒代、迂回等，以将故障影响控制在最小范围内。处理障碍时，要求做到“五清”，即明确时间、地点、原因、影响范围和处理过程。

2.1 光缆故障（障碍）处置流程

为能够清晰表述障碍处置各个环节，便于分析改进障碍处置步骤，编制光缆故障障碍处置流程，如图1 所示。

图1 光缆故障（障碍）处置流程Fig.1 Flow chart of dealing with faults and obstacles

2.2 铁路通信线路故障（障碍）抢通和恢复顺序

普速铁路和高速铁路通信线路故障（障碍）时的抢通和恢复顺序有所不同。普速铁路的抢通和恢复顺序包括：承载列车调度电话、站间行车电话、扳道电话、信号闭塞线路、列车调度指挥系统和调度集中系统的通道、牵引供电远动通道的传输系统；信号安全数据网通道；车辆运行安全监测通道；旅客服务系统通道；客票系统通道；车号自动识别系统通道以及其他。而高速铁路的抢通和恢复顺序则不包括车号自动识别系统通道，其余与普速铁路相同。

3 通信光缆故障（障碍）分析

光缆故障（障碍）信息主要来源网管上报异常监测信息以及日常检修光缆测试异常数据，光缆承载业务网管终端监测信息主要是光通信是否正常以及光功率变化情况，通过分析判断光缆故障（障碍）对应区间，根据对应区间到达通信机房仪器测试后再进一步精确定位。

3.1 光缆故障（障碍）判断常用仪器

常用仪器有：光万用表和光时域反射仪（OTDR）。其中OTDR 测量数据，通过分析能精准定位障碍点。

3.1.1 OTDR参数设置要求

故障（障碍）光缆纤芯测试时，OTDR 需根据纤芯测试设置脉宽、测试时间、有效折射率和测试量程。

其参数设置要求如下。

1）脉宽与测试时间设置，如表1 所示。

表1 脉宽与测试时间设置参照Tab.1 Reference table of pulse width and testing time conf igurations

2）有效折射率：依据厂家出厂光纤折射率设定1 310 nm/1 550 nm 折射率设置为1.460 ～1.480之间。

3）量程设置：设置为实际距离1.5 ～2 倍。

3.1.2 OTDR纤芯测试曲线分析

1）正常光纤测试曲线

判断曲线是否正常，可以通过观察曲线视图主体的斜率来判断，要求曲线斜率较小且是一条光滑直线，从而说明线路衰减系数较小、衰减的不均匀性较好。

2）异常光纤曲线分析

a.曲线图中有大台阶

如果测试曲线中出现明显的“台阶”，若该处是接头，则表示该光纤在盘纤盒中的受挤压、打小弯或此接头接续不合格；若该处不是接头，则此处光缆可能受到了外力挤压。

b.曲线远端无反射峰

测试曲线远端尾部无反射峰，此段光纤光信号无回波，说明光纤远端受损在此处中断。

c.光纤跳接点衰耗大

两段光纤连通采用跳纤进行连接，跳接点尾纤端面平整光滑产生反射峰，反射峰两段曲线斜率基本一致斜率较小，出现明显台阶说明该跳接点跳接质量不良衰耗大。

d.测试无曲线

需重新设置OTDR 相关参数，把测试距离、脉冲调到最小，如仍无测试曲线说明光纤配线架（ODF）内法兰障碍或纤芯障碍点距离较近，法兰更换后仍然无测试曲线，需在测试光纤前介入2 km 裸纤光纤消除测试盲区，再进行测试定位。

综上所述各事件曲线，如图2 所示。

图2 各事件曲线Fig.2 Curves for various events

4 通信光缆障碍查找

4.1 光缆完全阻断障碍

光缆完全阻断障碍通常是由外部因素引起的，因此障碍点相对容易找到，主要原因为外界施工或自然灾害等外力影响造成光缆阻断，此时光缆路由上一般都有比较明显的变化或破坏痕迹。通过OTDR 测试数据和台账资料确定障碍点的初步位置后，组织现场人员沿光缆路由巡查，找到障碍点。但要注意的是当线路路由上有明显痕迹，但光缆无明显损伤时，不能轻易下结论障碍点就在此处，而应当扩大搜索范围，防止一些假象引发错误作业。

4.2 部分阻断障碍

排除设备故障的前提下，通过OTDR 测试曲线与线路图纸核对确定相近接头点位置，根据维护资料判断是否为接头盒内光纤障碍，距离相近可初步判断为光缆接头盒内障碍。如果障碍点与接头的距离相差很大，很可能是光缆障碍。这类障碍通常比较难以找到，若定位不准确就盲目查找的话，可能会导致不必要的人力和物力浪费。例如，直埋式光缆需要大量的土方开挖来处理障碍，这会延长处置时间。因此，可以采用精确的方法来确定障碍点的位置。

4.2.1 接头盒纤芯“○”型弯曲定位法

当障碍点附近线路上没有明显变化时，巡查人员很难通过路由上的异常现象找到障碍点。这时根据图纸资料与OTDR 测试的障碍点距离进行核对，确定障碍点位于哪两个接头盒之间。打开距离障碍点最近的光缆接头盒，对接头盒内未承载业务的备用纤芯打“○”型弯曲处理，弯曲半径控制在2.5 ～5 mm之间，OTDR 测试该弯曲点光信号产生较强回波形成较大“台阶”或远端无反射峰。拆除纤芯“○”弯曲，光纤测试曲线斜率均匀远端有反射峰，测试“○”弯曲纤芯距离与障碍纤芯障碍点距离对比，确定障碍点距离该接头盒位置。

4.2.2 光缆“开天窗”定位法

光缆路由无明显异常变化且光缆障碍点距离两端接头盒位置都较远，可采用光缆“开天窗”定位法，天窗开在障碍区域附近200 m 范围内，便于障碍点查到后割接。

开天窗障碍点定位是针对直埋区段或者槽道区段光缆采取的障碍定位法，根据缆线冗余情况光缆开天窗分为：环切窗、富裕窗两种方式。

环切窗：用横环切刀、纵向开剥刀沿光缆确定方向进行开剥，将这一段内外护套全部剥掉后裸露束管的部分，称为“环切窗”。该方法主要用于障碍定位判断。

富裕窗：光缆长度有冗余，先将余缆拉回，然后确定开剥位置和长度，用横向环切刀在确定位置两端进行环切，并用纵向开剥刀进行开剥，直到将内外护套剥除掉，找到障碍光纤或束管，进行熔接处理，而对未发生障碍的光纤或束管直接收容，由于该方法有余缆，故称为“富裕窗”。该方法主要用于槽道区段部分光缆个别束管内纤芯障碍或单纤芯障碍处置。

障碍判断“环切窗”开天窗操作步骤:

1）清洁光缆1 m 左右，把清洁后的光缆整理平直。

2）采用纵剥刀开剥光缆外护套，开剥长度根据接头盒腔体长度（光缆接头盒腔体长一般为350 ～450 mm）开天窗长度应控制在小于接头盒腔体长度50 mm 以内，再用环切刀绕光缆环切一圈去掉纵剥开的外护套。

3）光缆内护套开剥采用外护套同样开剥方式，也可用美工刀沿光缆内护套垂直对称划开内护套，美工刀的刀口深度控制在0.5 mm 以内。

4）去除束管油膏填充物以及缠绕的丝线，将束管扭绞分开，不中断加强芯。

5）取出无承载业务的备用纤芯束管，用束管到纵向开剥束管，开剥长度比光缆外护套纵向开剥小100 mm。

6）清除开剥后束管内光纤填充阻水膏，备用纤芯打“○”型弯曲进行测试，测试数据与障碍数据进行对比，进一步确定障碍点。

7）该光缆开过天窗后如需恢复，纵剥束管采用保护软管破开保护纤芯，光缆纵向开剥处安装接头盒进行防护处理。

4.2.3 数值换算定位法

由于OTDR 测量的是光缆内光纤纤芯长度而不是光缆长度，所以在实际寻找故障点时就存在明显的偏差。由于纤长大于缆长，所以在寻找故障点时就应该向反方向巡查，如测量到10 km 处断，应该在9 ～10 km 段巡查。当然如果采用光纤纤芯长度与光缆皮长换算，那么对精确定位会有很大的帮助。光纤纤芯长度与光缆皮长换算如公式（1）所示。

其中：La表示光缆长度；S1表示测试距离长度；S2表示光缆接头盒内的盘留长度；n表示接头数量；P表示光缆的绞缩率，因光缆结构不同而异，绞缩率通常在5%～10%之间，也有的厂家提供该项指标。通过换算光纤纤芯长度与光缆皮长对应关系约为1.005:1（单位m）。

5 通信光缆故障（障碍）点处理

5.1 光缆接头盒障碍处理

打开障碍接头盒，检查接头盒是否存在以下问题。

1）光纤接续托盘内光纤盘留不规范会导致光纤在托盘内产生扭力，接头盒震动也会引起光纤弹起至托纤盘边缘或盘上螺丝处。长时间的震动和挤压可能会导致插损增大，严重情况下甚至会压伤、压断光纤。

2）若光纤收容时弯曲半径过小，会产生较大的静态疲劳和弯曲损耗。在1.31 μm 波长的测试中，该损耗变化可能不太明显；但在1.550 μm 波长的测试中，接头损耗会显著增大。

3）光纤熔接时，如果裸光纤开剥过长，热缩保护管保护位置不准确，导致一部分裸光纤在保护管之外，可能会导致裸光纤断裂。

4）在光纤接续过程中，如果纤芯除涂覆层时受到损伤，长时间后这种损伤会劣化，从而导致接头损耗逐渐增加。

5）接头盒密封不严进水，导致接头盒内金属部件锈蚀，腐蚀光纤纤芯造成光缆纤芯中断或衰减增大，冬季结冰导致光纤损耗大，甚至发生断纤。

6）接头盒加强芯松动造成纤芯束管扭绞，造成光纤该处插入损耗增大。

处理方法：对存在弯曲半径过小的光纤进行整理，对故障光纤进行重新熔接接续，进水接头更换接头盒盒体重新进行密封处理，松动加强芯释放扭力重新进行紧固处理。

5.2 单芯或多芯光纤非接头盒处障碍处理

单芯或多芯光纤非接头盒处障碍多为砸伤或缆线受外力扭绞，如有明显的扭绞，进行顺直处理后再次测试纤芯性能，若扭伤不严重，性能则可恢复；如果扭伤严重或砸伤部分束管，对障碍光缆纤芯可采用“富裕窗”开天窗法进行重新接续处理。

5.3 光缆全阻障碍处理

外力因素、自然灾害造成光缆全阻障碍，对中断光缆进行接续处理，介入光缆应该采用与障碍光缆由同一家工厂生产的相同规格型号的光缆。同时应尽量避免光缆接头和减少光纤接续损耗，介入其长度一般应不小于200 m，光纤接头双向平均损耗应不大于0.08 dB。

6 结束语

通过上述对铁路通信光缆故障（障碍）的分析查找及处置论述，可认识到通信光缆障碍处置是一项复杂的问题，分析处理障碍还有许多方面需要进一步探讨。综上所述，铁路通信光缆线路日常维护应从源头治理防范，从细节入手抓好通信线路日常维护管理，提升通信光缆线路运用质量，保证铁路通信设备安全运行，保障铁路运输安全。