故障定位方法优化方案

海底光缆通信系统传输线路发生各类故障，在登陆站会表现出不同的数据特征。登陆站和负责修复工作的海缆船将使用不同的测试手段快速准确地确定故障位置。针对不同的故障类型，主要涉及以下故障定位技术和方法。

（1）绝缘体故障定位方法

1）电压降测试法。

当绝缘层损坏后，可以在登陆站使用PFE设备对海底光缆的供电内导体进行供电测试，其工作原理是供电电压在经过一定距离的光缆和几个中继器的传输后，通过计算供电电压的电压降值就可以得出传输段的电阻值，进而根据海底光缆技术规范中的每千米电阻值和中继器的电阻值，计算出海底光缆故障点的位置。由于电压值容易受测试时的海底温度、洋流变化、绝缘层损伤程度等影响，该测试方法精度有误差，其测试结果通常只是提供给海缆船作为参考。

2）脉冲回波测试法。

绝缘层损坏的海底光缆打捞回收上来并将损坏处清除后，需要验证海底光缆是否还存在其他的绝缘损坏点，可以使用脉冲回波测试仪进行测试。利用脉冲波在海底光缆供电内导体传输经过接头盒、中继器和断点时，其反射波形都会发生变化，在海底光缆绝缘体发生故障时，脉冲波形表现为“向下跳变峰”，如图6-9所示。

图6-9 脉冲回波测试故障波形图

测试前，根据事先已获得所测试海底光缆的脉冲传播速度对应的海底光缆长度系数，可获得准确的故障点位置。由于海底光缆中传输的脉冲波会有损耗，故脉冲回波测试距离最大为200km。

3）音频测试法。

当海底光缆发生绝缘体损坏而光纤并未断裂的故障时，海缆船在得到登陆站提供的故障点大致位置后，可采用音频测试法对故障点进行比较精确的定位。采用音频测试法（见图6-10）需登陆站与海缆船相互配合进行，其工作原理是登陆站将音频电脉冲信号（一般为25Hz）持续从海底光缆一端的供电导体输入，海缆船施放专用探测仪器探测和追踪该音频信号。在故障点处，由于供电导体与海水接地，音频电脉冲信号消失，海缆船据此得到较为准确的故障点位置。该方法准确度高，一般能够在精度几十米的范围内发现故障点位置。

图6-10 音频测试法作业图

4）交流磁场探测法。

交流磁场探测法的原理是在海缆中通以特定频率的交流电流，然后在海缆路由周围探测此特定频率下的交流磁场信号。根据电磁场原理，导体中通过交流电流时，会在导体周围产生电磁场，并向空间传播，只要在适当的距离内就可以用接收机把信号接收下来。

有中继海缆发生绝缘体故障后，故障点处出现断线接地，海缆与大地构成一个回路。在终端站通过海缆供电导体送出特定频率和功率的交流信号电流，使得在海缆周围产生电磁场，该电磁场经过海水衰减后穿出海面并向空中传播。利用特制的探头（在磁导率很高的棒形铁心上用铜线绕制成线圈，并配以合适的电容，使其在特定频率上谐振），可以探测到此电磁波，根据接收信号的强弱以及信号的变化情况，可以判断出海缆的路由位置。沿着海缆路由进行探测，在故障点位置，由于供电导体直接接地，探头中的线圈就没有电磁波通过，接收机收不到信号，由此精确定位故障点的位置。对于无中继海底光缆来说，可以利用其铠装或中心加强钢丝作为交流信号的导体进行海底光缆路由和故障点位置的探测。

5）绝对磁场探测法。

海缆常用钢丝作为抗拉元件，当海缆中通过一定的直流电流时，海缆周围的地磁场将会发生变化。采用磁场仪（又称为磁力仪或地磁仪）来测定各点的地磁及其变化，据此可以发现海缆的路由位置及故障点位置。本探测法采用一种所谓质子旋进磁力仪作为磁场传感器，传感器由一个装有氢化合物流体的圆柱容器组成，容器内装有一个导线线圈，用于通过电流产生磁场。磁场传感器是由一个简单的浸在烃（如煤油）中的线圈构成，具有很高的机械强度，很适合在深海中使用。同时，由于质子磁力仪的灵敏度很高，对于海缆的钢丝磁化有足够的探测灵敏度。其缺点是如果传感器通过路由的海床中有诸如铁砂等磁性物质，探测将会受到较大的干扰。由于每次测量均是先通以直流电流，然后去掉电流，再测量感应信号频率，故不具备连续工作能力（每次1s左右），使其使用受到限制，即要把拖航速度设置得很慢。

6）金属探测法。(www.xing528.com)

海缆中包含大量的金属材料，如供电导体、中心加强钢丝、铠装等，因此可以利用较为成熟的金属探测技术来探测海缆。探测金属方法很多，在海缆探测中常用一个激励线圈及与其垂直固定的两个接收线圈组成探测器。由激励线圈所产生的磁力线不会穿过接收线圈，当附近既无磁性物质也无导电物质时，接收线圈上无磁场通过，没有电流产生。当附近有磁性物质时，就会有磁力线穿过接收线圈，接收线圈产生电流。当附近有导电物质时，就会感应导电物质而在其中产生涡流，该涡流会产生另一个磁场并被接收线圈探测到。因此可根据接收线圈收到的信号与否来确定附近有无金属，金属探测法的优点是不必给海缆提供任何电流。由于海水的衰减距离与感应电压成反比，使得金属探测法作用距离较小（40～70cm），因此，虽然原理上也可用于探测埋设的海缆，但实施起来比较困难。在海缆的故障探测中，由于容易受到附近其他海缆的干扰作用，使得对故障点的探测有较大的难度。所以一般的情况下不使用此法来进行海缆故障的探测定位。

（2）开路故障定位方法

1）电容测试。

发生开路故障时，供电导体断裂使得海缆系统无法进行供电，故无法采用对系统供电的方法进行测试。电容测试法采用单端测试，其工作原理是对海底光缆进行直流电容测试，获取绝缘体中的供电内导体和大地之间的电容数据，将测试得到的电容值与海底光缆出厂时的参数进行比较，从而推算出故障点的大致位置。

2）脉冲回波测试。

发生开路故障后，可使用脉冲回波测试仪进行故障点定位。其工作原理是利用脉冲波在海底光缆中的供电内导体传输，脉冲波在经过海底光缆中的接头盒、中继器和故障点时，其所显示的反射波形有变化。在海底光缆开路故障中，其波形表现为“向上跳变峰”，如图6-11中“箭头”指示的波形。由此可判断海底光缆的故障类型并获得较为准确的故障点位置。

图6-11 开路故障脉冲回波测试波形图

（3）光纤故障定位方法

海底光缆通信系统传输线路发生光纤故障时，根据测试点与故障点之间是否存在中继器采用不同的测试方法进行故障点定位。

1）无中继器线路故障定位方法。

图6-12 光时域反射仪

使用光时域反射仪（OTDR）判断故障点的位置，测试结果准确性高，能提供测试点与故障点间的精确光纤长度。光时域反射仪是利用光在光纤中传输时“瑞利散射”和“菲涅尔反射”所产生的背向散射而制成的光电一体化仪表，该仪表能够进行光纤长度、光纤传输衰减、接头衰减和故障定位等测试。其测试精度较高，根据光纤和光缆的长度系数，可准确地计算出海底光缆故障点的具体位置。海缆船在修理过程中，将故障区段的海底光缆回收后，也可采用该方法来确定光纤故障点的位置。常用的光时域反射仪如图6-12所示。这是一种高性能、高性价比的光网络分析寻障测试仪，具有轻便、易用、高度智能化、单键自动快速测试等显著特点。手持式OTDR体积小，重量轻，功能强大，可电池供电。TFT-LCD防反射液晶显示，满足高照度环境与夜间工作需要。操作界面简单友好，触摸屏与按键面板均可实现对OTDR的操作，满足不同操作人员的操作习惯。

2）有中继器线路故障定位方法。

由于测试光束从测试点发射后，需要通过中继器才能送达故障点，而OTDR的测试光无法穿越中继器，故使用相干光时域反射计（COTDR）定位线路故障点的位置。COTDR的工作原理是利用相干探测技术，将背向“瑞利散射”和“菲涅尔反射”信号的功率集中在一个外差中频上，通过解调中频信号的功率即可获得信号功率的大小。因此，通过在中频信号处设置一个带通滤波器，就可以滤除功率在绝大部分的噪声功率，从而维持高的动态范围。外差探测使用的光源为单频窄线宽的激光光源，而对波长无特殊限制。COTDR的测试光束穿越中继器时，要求该中继器是处于正常工作状态，即需要登陆站供电至该中继器，激活其中的光放大器。在系统供电正常的情况下，COTDR判断中继器间的光纤故障很准确。COTDR的功能较为复杂，价格昂贵，一般都配置在登陆站内。

（4）中继器或分支器故障定位方法

中继器或分支单元发生故障时，需要两个登陆站协同进行测试，通过逐段排除法进行故障点定位。通过登陆站供电至中继器或分支器，判断工作状态，确认已供电的中继器或分支器工作是否正常，逐个进行排查。在海缆线路距离长、中继器或分支器数量多的情况下，可以从两端登陆站同时开始进行测试定位，缩短故障定位的时间。