光缆结冰典型故障

1、光缆结冰典型故障分析光缆结冰典型故障分析摘要：本文介绍了光纤通信系统摘要：本文介绍了光纤通信系统的基本结构，通过一个的基本结构，通过一个“光缆结光缆结冰典型故障冰典型故障”案例的分析来说明案例的分析来说明光纤怕水、怕冰的问题和有关光光纤怕水、怕冰的问题和有关光纤故障处理的要求。纤故障处理的要求。一、光纤通信系统介绍一、光纤通信系统介绍 光纤通信是以激光光波作为信号载体，以光光纤通信是以激光光波作为信号载体，以光导纤维作为传输媒介的通信方式。根据信息导纤维作为传输媒介的通信方式。根据信息论理论，任何一种通信系统都是由信源、信论理论，任何一种通信系统都是由信源、信道和信宿三要素组成。相应地，一个基

2、本的道和信宿三要素组成。相应地，一个基本的光纤通信系统组成也可归纳为三大要素：光光纤通信系统组成也可归纳为三大要素：光发射机、光纤光缆和光接收机，其基本结构发射机、光纤光缆和光接收机，其基本结构图如下所示：图如下所示：图1光发光接信号电 E/ 光 O 转换光纤光 O/ 电 E 转换光 发射机光纤光缆光接收机连接器件信号光发射机光源中继器检测器电E/光O转换光纤光O/电E转换光 发射机光纤光缆光接收机连接器件光接收机 光纤通信技术则是当代通信技术的最新成光纤通信技术则是当代通信技术的最新成就，已成为现代通信网的基石。就，已成为现代通信网的基石。 与电缆通信和微波通信等电通信相比，光与电缆通信和微

3、波通信等电通信相比，光纤通信具有传输频带宽、传输衰减小、信纤通信具有传输频带宽、传输衰减小、信号串扰弱、抗电磁干扰、光缆尺寸小、重号串扰弱、抗电磁干扰、光缆尺寸小、重量轻，便于敷设和运输等优点；但是光纤量轻，便于敷设和运输等优点；但是光纤通信也存在一些不足，例如：抗拉强度低、通信也存在一些不足，例如：抗拉强度低、 光纤连接困难、光纤连接困难、 光纤怕水、怕冰。光纤怕水、怕冰。 下面，我将通过一个下面，我将通过一个“光缆结冰典型故障光缆结冰典型故障”案例的分析来说明光纤怕水、怕冰的问题案例的分析来说明光纤怕水、怕冰的问题和有关光纤故障处理的几点要求。和有关光纤故障处理的几点要求。 二、光缆结冰衰

4、耗增大故障分析二、光缆结冰衰耗增大故障分析 奎屯奎屯独山子独山子4芯光缆，其中芯光缆，其中12纤是奎屯纤是奎屯独山子独山子22团模块局；团模块局；3、4纤是奎屯纤是奎屯独山独山子石化公司，光缆传输组网如下图所示：子石化公司，光缆传输组网如下图所示：图图2烽火烽火 PDH团纤(Tx)纤纤(Re)纤纤(Tx)纤纤(Re)奎屯奎屯Metro500中兴波分石化公司1.故障现象：故障现象： （1 1）奎屯中心机房传输设备对独山子）奎屯中心机房传输设备对独山子2222团团烽火烽火PDHPDH光板出现光板出现R-LOSR-LOS告警，告警， 2222团程控中继团程控中继2M2M电路中断；电路中断； （2 2

5、）奎屯中心机房传输设备对独山子石化）奎屯中心机房传输设备对独山子石化公司公司Metro500 SDHMetro500 SDH光板出现光板出现R-LOSR-LOS告警；告警；2.2.故障初步判断及分析故障初步判断及分析 首先在奎屯中心机房首先在奎屯中心机房ODFODF架上测量架上测量2 2、4 4纤，发现收纤，发现收无光；又在奎屯中心机房传输设备光板测量发光无光；又在奎屯中心机房传输设备光板测量发光正常；再利用光衰耗器将光板环上（自发自收），正常；再利用光衰耗器将光板环上（自发自收），光板告警灯灭。通过以上各步骤的确认，初步判光板告警灯灭。通过以上各步骤的确认，初步判断是光缆线路故障。断是光缆线

6、路故障。 维护人员在确定是光缆线路故障后，首先查看奎维护人员在确定是光缆线路故障后，首先查看奎屯屯2222团原光纤测试的资料，原始资料记录如下：团原光纤测试的资料，原始资料记录如下： 光缆全长：光缆全长：16.037km,16.037km,波长波长:1310nm,:1310nm,折射折射率率:1.4675,:1.4675,线路衰耗线路衰耗:5.422dB,:5.422dB,测试脉宽测试脉宽:300ns,:300ns,测试仪表测试仪表: ACTERNA OTDR: ACTERNA OTDR。 根据以上原始资料，立即用根据以上原始资料，立即用OTDROTDR进行参数进行参数设置并对光纤进行测试，测

7、试结果如下表设置并对光纤进行测试，测试结果如下表所示：所示： 测试地点：奎屯中心机房测试地点：奎屯中心机房 仪表名称：仪表名称：ACTERNA ACTERNA 测试区段：奎屯测试区段：奎屯2222团团光纤号光纤号 波长（波长（nm）折射率折射率故障点衰耗值故障点衰耗值（dB）故障点距离故障点距离(km)#13101.46757.15.6#13101.467513.315.6 根据以上测试数据，可以判断故障点在奎屯至根据以上测试数据，可以判断故障点在奎屯至2222团团15.6km15.6km处处。 为了进一步判断光缆的准确故障点，在为了进一步判断光缆的准确故障点，在2222团机房用团机房用OTD

8、ROTDR对光纤进行测试，测试结果对光纤进行测试，测试结果如下表所示：如下表所示： 测试地点：测试地点：2222团机房团机房 仪表名称：仪表名称：ACTERNA ACTERNA 测试区段：测试区段：2222团团奎屯奎屯 光纤号光纤号波长（波长（nmnm）折射率折射率故障点衰耗故障点衰耗值（值（dBdB）故障点距离故障点距离(km)(km)# #131013101.46751.46756.66.60.480.483#3#131013101.46751.467513.613.60.480.48根据以上测试数据，可以判断故障点在根据以上测试数据，可以判断故障点在2222团至奎屯团至奎屯0.48 km

9、0.48 km处。处。故障点的查找及排除故障点的查找及排除 根据根据OTDROTDR测试的故障点距离，排障人员对现测试的故障点距离，排障人员对现场光缆敷设径路的反复查看未发现有断缆和场光缆敷设径路的反复查看未发现有断缆和破坏光缆的痕迹，附近也没有光缆接头；破坏光缆的痕迹，附近也没有光缆接头； 此时，通知机房重新测试，结果仍然显示此时，通知机房重新测试，结果仍然显示“故障点在故障点在2222团至奎屯团至奎屯0.48 km0.48 km处处”，由此可，由此可见见“OTDROTDR测试的数据应该是正确的测试的数据应该是正确的”。 在现场的人员通过仔细查看光缆缆身的标尺，在现场的人员通过仔细查看光缆缆

10、身的标尺，发现光缆敷设在距离发现光缆敷设在距离2222团米附近的围团米附近的围墙侧有一处引上钢管。墙侧有一处引上钢管。 该引上钢管没有防护，在钢管顶端处有冰雪该引上钢管没有防护，在钢管顶端处有冰雪落进的现象，而且缆身可能已经结冰。落进的现象，而且缆身可能已经结冰。 为进一步确认故障点在钢管具体的位置，现为进一步确认故障点在钢管具体的位置，现场排障人员在钢管根部点燃木材对地面积雪场排障人员在钢管根部点燃木材对地面积雪和结冰进行熔化，并将钢管底部进行开挖，和结冰进行熔化，并将钢管底部进行开挖，开挖后发现在钢管露出地面开挖后发现在钢管露出地面300mm300mm到根部全部到根部全部结冰。此时，排障人

11、员用喷灯对钢管外壁进结冰。此时，排障人员用喷灯对钢管外壁进行均匀烧烤。行均匀烧烤。 团机房测试人员用团机房测试人员用OTDROTDR对光纤进行实时对光纤进行实时监测。均匀烧烤大约分钟后，监测。均匀烧烤大约分钟后，OTDROTDR监测显监测显示光纤背向散射曲线有所变化，原故障点的示光纤背向散射曲线有所变化，原故障点的衰耗逐渐的变小；衰耗逐渐的变小； 由此可见故障点是在由此可见故障点是在“钢管结冰处钢管结冰处”，现场，现场排障人员继续对钢管外壁进行均匀烧烤，发排障人员继续对钢管外壁进行均匀烧烤，发现钢管里面开始向外缓缓流水，继续均匀烧现钢管里面开始向外缓缓流水，继续均匀烧烤大约分钟后，钢管内部的冰

12、雪基本全烤大约分钟后，钢管内部的冰雪基本全部熔化流出，并对钢管顶端和底部进行了热部熔化流出，并对钢管顶端和底部进行了热可缩防护处理，此时可缩防护处理，此时OTDROTDR监测显示光纤背向监测显示光纤背向散射曲线已成稳定状态，原故障点消失。散射曲线已成稳定状态，原故障点消失。4.故障产生的原因分析故障产生的原因分析 （1 1）光纤是怕水、怕冰的）光纤是怕水、怕冰的 光波在光纤中传输，随着传输距离的增加，光波在光纤中传输，随着传输距离的增加，其强度逐渐减弱，光纤对光波产生衰减作用，其强度逐渐减弱，光纤对光波产生衰减作用，称为光纤的损耗。损耗产生的原因主要分为：称为光纤的损耗。损耗产生的原因主要分为

13、：吸收损耗和散射损耗两大类。在吸收损耗中吸收损耗和散射损耗两大类。在吸收损耗中有氢氧根吸收，主要就是指外界水份对光纤有氢氧根吸收，主要就是指外界水份对光纤产生的损耗，因此从光纤的特点来看：光纤产生的损耗，因此从光纤的特点来看：光纤是怕水、怕冰的。是怕水、怕冰的。 （2 2）温度变化使光纤产生弯曲，导致光纤损）温度变化使光纤产生弯曲，导致光纤损耗增大耗增大 光缆的大部分材料是塑料，塑料的特性是容光缆的大部分材料是塑料，塑料的特性是容易受温度变化的影响温度变化对光纤影响易受温度变化的影响温度变化对光纤影响最大的就是损耗特性，它将使光纤的损耗增最大的就是损耗特性，它将使光纤的损耗增加，纤芯和包层都是

14、玻璃的全玻璃光纤，在加，纤芯和包层都是玻璃的全玻璃光纤，在高、低温下工作损耗均会增加，特别是在低高、低温下工作损耗均会增加，特别是在低温下工作衰耗增加更为显著。温下工作衰耗增加更为显著。 在以上光缆结冰的故障中可以看出：穿放引上光缆在以上光缆结冰的故障中可以看出：穿放引上光缆钢管的顶端和根部没有防护，特别是钢管底部直接钢管的顶端和根部没有防护，特别是钢管底部直接落在地面，光缆没有缓冲出钢管后产生约落在地面，光缆没有缓冲出钢管后产生约100100度的度的夹角夹角使光纤半径缩小产生微弯已经形成了一定的损使光纤半径缩小产生微弯已经形成了一定的损耗，再就是由于钢管顶端没有封口，造成了钢管的耗，再就是由

15、于钢管顶端没有封口，造成了钢管的根部有冰雪封冻的现象，另外由于光缆故障发生在根部有冰雪封冻的现象，另外由于光缆故障发生在北疆地区，时节刚好在冬春季节交替的北疆地区，时节刚好在冬春季节交替的2 2月，昼夜月，昼夜温差大，环境气温变化显著，白天温度高时，冰雪温差大，环境气温变化显著，白天温度高时，冰雪融化流入到钢管里面，夜晚温度低时，钢管中的雪融化流入到钢管里面，夜晚温度低时，钢管中的雪水结冰，由于结冰产生张力导致缆身收缩，束管变水结冰，由于结冰产生张力导致缆身收缩，束管变形（圆形变扁形）紧贴加强芯使光纤呈之字形状，形（圆形变扁形）紧贴加强芯使光纤呈之字形状，光纤几何尺寸发生变化，特别是钢管底部没

16、有做防光纤几何尺寸发生变化，特别是钢管底部没有做防护处理形成夹角的折弯处尤为严重，造成了光纤弯护处理形成夹角的折弯处尤为严重，造成了光纤弯曲使光纤损耗增大。曲使光纤损耗增大。 （3）测试数据不一致的分析）测试数据不一致的分析 从上述故障的测试数据中可以发现从上述故障的测试数据中可以发现1 1、3 3纤在纤在同一测试地点的测试数据偏差了近同一测试地点的测试数据偏差了近7 dB7 dB（1 1纤纤6.6dB6.6dB、3 3纤纤1 1.6 dB.6 dB），为什么会产生数据），为什么会产生数据偏差呢？分析此问题，首先要明确影响偏差呢？分析此问题，首先要明确影响OTDROTDR仪表测试准确度的几个因

17、素，从日常的光缆仪表测试准确度的几个因素，从日常的光缆维护测试工作中可以发现影响维护测试工作中可以发现影响OTDROTDR仪表测试仪表测试准确度的因素主要有以下几点：准确度的因素主要有以下几点： A. OTDRA. OTDR参数设置的准确程度，如：折射率、参数设置的准确程度，如：折射率、脉宽、量程、平均化次数等；脉宽、量程、平均化次数等； B. OTDRB. OTDR测试尾纤测试尾纤FC/PCFC/PC插头的清洁及可靠连插头的清洁及可靠连接；接； C. OTDRC. OTDR的正确测试操作等。在上述光缆故障的正确测试操作等。在上述光缆故障的测试判断中，奎屯和的测试判断中，奎屯和2222团机房的

18、测试人员团机房的测试人员均使用同型号的均使用同型号的OTDROTDR并设置了完全相同的仪并设置了完全相同的仪表参数，在测试前均用酒精棉球对测试尾纤表参数，在测试前均用酒精棉球对测试尾纤FC/PCFC/PC插头进行了清洁，按照正确的仪表操作插头进行了清洁，按照正确的仪表操作方法反复进行了多次测试。由此可以看出造方法反复进行了多次测试。由此可以看出造成数据偏差的原因并不是以上三方面的问题。成数据偏差的原因并不是以上三方面的问题。 继续分析该问题，我们发现因为温度突变，继续分析该问题，我们发现因为温度突变，钢管内进水结冰，由于结冰产生张力导致缆钢管内进水结冰，由于结冰产生张力导致缆身收缩，束管变形（

19、圆形变扁形）紧贴加强身收缩，束管变形（圆形变扁形）紧贴加强芯使光纤呈之字形状造成光纤弯曲使光纤损芯使光纤呈之字形状造成光纤弯曲使光纤损耗增大。耗增大。 由于光缆的各纤芯在束管的排列位置不由于光缆的各纤芯在束管的排列位置不同，因此缆身内部各束管纤芯所承受力大小同，因此缆身内部各束管纤芯所承受力大小也是不同的，有的纤芯受力大、有的纤芯受也是不同的，有的纤芯受力大、有的纤芯受力较小，因此各纤芯在该处所产生的损耗也力较小，因此各纤芯在该处所产生的损耗也不相同，所以，不相同，所以，OTDROTDR在同一测试地点的测试在同一测试地点的测试数据就产生了近数据就产生了近7 dB7 dB的偏差。的偏差。三、制定

20、排除光缆故障的流程三、制定排除光缆故障的流程 根据上述光缆故障的发现、测试分析、查找根据上述光缆故障的发现、测试分析、查找处理等环节可以看出：当光缆传输系统出现处理等环节可以看出：当光缆传输系统出现故障时，往往是设备的很多单板都会跟着出故障时，往往是设备的很多单板都会跟着出现告警，为避免混乱，更好地分析解决故障，现告警，为避免混乱，更好地分析解决故障，从接到故障到排除故障应制定一个具体排障从接到故障到排除故障应制定一个具体排障的流程，具体流程如下图所示：的流程，具体流程如下图所示： 图3否测试判断一级或一级以上故障 申告故障看到或听到告警 作业中出现故障 申告故障报告上级光缆线路故障准确测试出

21、故障点 现场查找出故障点通知排障人员 实时监测是否找出故障点根据故障情况制订有效的排障方案根据排障方案精心组织处理故障故障是否解决是 设备故障显示并定位告警解决设备问题 实时监测 故障排除填写故障报表收集故障信息并请求进一步技术支持处理情况上报领导 结束否是否是是否四、光缆故障定位的要求四、光缆故障定位的要求 1 1通过日常光纤测试维护台帐正确设置仪表通过日常光纤测试维护台帐正确设置仪表参数并进行准确的判断测试参数并进行准确的判断测试 在日常施工和维护中，必须对光缆线路台帐收在日常施工和维护中，必须对光缆线路台帐收集、整理、核对，建立起真实、可信、完整的集、整理、核对，建立起真实、可信、完整的

22、光缆线路资料。遇到光缆故障时，应根据光缆光缆线路资料。遇到光缆故障时，应根据光缆资料正确设置仪表的参数，例如：折射率、脉资料正确设置仪表的参数，例如：折射率、脉宽、量程、平均化次数等，只有设置了正确的宽、量程、平均化次数等，只有设置了正确的仪表参数并采用双向（近、远两端）测试，才仪表参数并采用双向（近、远两端）测试，才能更准确的进行判断测试，否则，测试和故障能更准确的进行判断测试，否则，测试和故障定位都将不准确。定位都将不准确。 2 2、要通过测试数据和实时监测进行比较，准、要通过测试数据和实时监测进行比较，准确定位故障点确定位故障点 在故障的定位过程中，应采取实时监测的方在故障的定位过程中，

23、应采取实时监测的方法进行故障点定位，在上述法进行故障点定位，在上述“光缆结冰的故光缆结冰的故障障”中，一方面对钢管内部冰雪进行热熔处中，一方面对钢管内部冰雪进行热熔处理，另一方面在机房用理，另一方面在机房用OTDROTDR进行实时监测，进行实时监测，很直观地发现了光纤损耗过大的故障点就在很直观地发现了光纤损耗过大的故障点就在结冰钢管处。因此，要通过测试数据和实时结冰钢管处。因此，要通过测试数据和实时监测进行比较，才能有效地判明故障点。监测进行比较，才能有效地判明故障点。 3 3、要根据准确的光缆径路图和光缆本身的、要根据准确的光缆径路图和光缆本身的标尺查到故障点并采取合理有效的方法排除标尺查到

24、故障点并采取合理有效的方法排除故障故障 光缆径路图是准确记录光缆敷设路由、进局光缆径路图是准确记录光缆敷设路由、进局路由、各种光缆余留，详细记录每个接头坑、路由、各种光缆余留，详细记录每个接头坑、特殊地形、特殊地形、S S形敷设等情况的图纸资料，它形敷设等情况的图纸资料，它是指导我们施工和维护光缆线路的重要资料，是指导我们施工和维护光缆线路的重要资料，因此要充分利用光缆径路图来查找故障点；因此要充分利用光缆径路图来查找故障点；另外，光缆线路故障点的具体位置并非每次另外，光缆线路故障点的具体位置并非每次都暴露得很清楚，有时故障点在不起眼的隐都暴露得很清楚，有时故障点在不起眼的隐蔽地点。蔽地点。 因此因此 在查找过程中很麻烦，这时，要通过仔在查找过程中很麻烦，这时，要通过仔细查看光缆本身的标尺来锁定故障点的位置，细查看光缆本身的标尺来锁定故障点的位置，因为光缆线路开通运行后，外界的地形、地因为光缆线路开通运行后，外界的地形、地貌和相关的物理参照物会随时发生变化，但貌和相关的物理参照物会随时发生变化，但是光缆本身的标尺是不变的，它是客观反映是光缆本身的标尺是不变的，它是客观反映光缆长度的重要数据，所以要根据准确