淺析突破常規(guī)對(duì)海纜故障點(diǎn)精確定位的一個(gè)范例

曾昭磊， 曹立波， 張書棟

(1.南方電網(wǎng)超高壓輸電公司，廣東廣州510620;2.中國(guó)人民解放軍75411部隊(duì)，廣東 珠海519080;3.中國(guó)人民解放軍91668部隊(duì)，上海200083)

0 引言

海底電纜出現(xiàn)故障的區(qū)域一般處于100 m水深以內(nèi)且航運(yùn)、捕漁業(yè)發(fā)達(dá)的水域。最近幾十年，隨著碼頭、海岸等工程建設(shè)，海纜在登陸部分受到破壞的案例也不斷增多。陸地段海纜被破壞后，故障點(diǎn)定位相對(duì)海上要簡(jiǎn)單，但在特殊情況下，故障點(diǎn)定位方式也要根據(jù)路由環(huán)境特點(diǎn)來(lái)因地制宜地制定。在此，筆者就發(fā)生在我國(guó)南海某海底通信電纜灘涂段因碼頭工程施工造成通信中斷后，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)地理特征和海纜系統(tǒng)結(jié)構(gòu)運(yùn)用創(chuàng)新方式進(jìn)行故障點(diǎn)定位的案例展開(kāi)討論。

1 海底電纜通信系統(tǒng)故障介紹及現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查

海底電纜通信中斷后，機(jī)房人員通報(bào)故障特點(diǎn):海纜終端站遠(yuǎn)供電源電壓突然由正常的240 V升高至450 V，電流由150 mA降為0 mA，通信中斷。幾天后遠(yuǎn)供電壓降為330 V，電流為100 mA，仍可通信。一天后遠(yuǎn)供電源電壓又升為450 V，電流為零，通信徹底中斷。

在海底電纜通信系統(tǒng)的一端(A端)使用XK 2001型海底電纜故障測(cè)試儀測(cè)試，結(jié)果顯示數(shù)十公里處有類似增音機(jī)波形的開(kāi)路信號(hào)。資料顯示A端一號(hào)增音機(jī)距離與測(cè)量得到的距離非常接近。由于測(cè)試結(jié)果和資料數(shù)據(jù)相差極小，可判斷該開(kāi)路信號(hào)為A端一號(hào)增音機(jī)回波，但也不排除增音機(jī)“尾巴”電纜可能發(fā)生開(kāi)路故障。

為防止誤判，到該海底電纜通信系統(tǒng)的另一端(B端)進(jìn)行測(cè)試非常必要。在B端機(jī)房仍然使用XK 2001型海底電纜故障測(cè)試儀測(cè)試，發(fā)現(xiàn)1.716 km處有明顯開(kāi)路波形，如圖1所示。

經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)勘查，發(fā)現(xiàn)該處有工程隊(duì)施工，挖斷電纜兩處，電纜被大型挖掘機(jī)械挖斷，丟失電纜約40 m。隨即找到了斷點(diǎn)1和斷點(diǎn)2，分別向B端機(jī)房和大海方向進(jìn)行測(cè)試，以排除其他故障點(diǎn)。斷點(diǎn)1向機(jī)房方向測(cè)試距離為1.716 km，由此確認(rèn)B端機(jī)房到斷點(diǎn)1無(wú)故障。在斷點(diǎn)2向大海方向測(cè)試發(fā)現(xiàn)波形非常紊亂，經(jīng)過(guò)調(diào)節(jié)放大后仔細(xì)辨識(shí)，初步判定220 m處有開(kāi)路故障，放大后有二次回波，即為斷點(diǎn)3。故障點(diǎn)分布情況見(jiàn)圖2。

圖1 從B端機(jī)房測(cè)量顯示1.716 km處有明顯的開(kāi)路故障

由于涉及到高額賠償金，破壞海纜的施工隊(duì)表示當(dāng)時(shí)并不了解此處有電纜，挖斷后也以為是報(bào)廢電纜，但確定斷點(diǎn)2至海纜入海處沒(méi)有施工。筆者實(shí)地勘察后也沒(méi)有發(fā)現(xiàn)施工和其它作業(yè)跡象。查閱該海纜系統(tǒng)資料發(fā)現(xiàn)該海纜灘涂段有一個(gè)鎧裝電纜和屏蔽電纜的接頭，該接頭在海岸線附近。海纜登陸點(diǎn)距離斷點(diǎn)2目測(cè)約300～400 m，由于引起海纜斷點(diǎn)1和2的為大型機(jī)械，挖斷電纜時(shí)，電纜所受張力巨大，在較短距離上，因斷點(diǎn)2處施工造成該接頭發(fā)生開(kāi)路故障的可能性非常高，初步判斷，該接頭即為斷點(diǎn)3。

圖2 海纜系統(tǒng)及故障點(diǎn)示意圖

該海纜通信系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)間接近30年，相關(guān)的灘涂路由資料受地形變化影響已經(jīng)不準(zhǔn)確，無(wú)法精確定位電纜路由。于是計(jì)劃采用“順藤摸瓜”的方法，在施工斷點(diǎn)2處向海岸線方向開(kāi)挖220 m后將斷點(diǎn)3挖出。挖進(jìn)約25m后，發(fā)現(xiàn)電纜路由經(jīng)過(guò)一堵圍墻進(jìn)入一棟大樓地基附近。此外在另一建筑排水溝內(nèi)發(fā)現(xiàn)1m左右的裸露電纜，經(jīng)勘查，該段路由地面上有復(fù)雜的建筑，地下埋有各種管線，不但無(wú)法使用大型機(jī)械進(jìn)行挖掘，人工開(kāi)挖也有較大風(fēng)險(xiǎn)和難度，部分路由為沙地，在沙地上人工開(kāi)挖費(fèi)時(shí)費(fèi)力，幾乎無(wú)法采用這種沿線開(kāi)挖的方法尋找故障點(diǎn)。因此必須將故障點(diǎn)準(zhǔn)確定位找出后再用人工挖掘的方法將故障點(diǎn)挖出，才是唯一可行的方案。但是由于是開(kāi)路故障，無(wú)法通過(guò)在電纜上加載音頻信號(hào)，用電磁探測(cè)的方法進(jìn)行路由定位。金屬探測(cè)的技術(shù)不成熟，也很難在這種環(huán)境中應(yīng)用。因此在這種情況下準(zhǔn)確找到故障點(diǎn)非常困難。

2 制定故障點(diǎn)定位方案

經(jīng)過(guò)仔細(xì)觀察，發(fā)現(xiàn)有一條道路橫越該電纜路由區(qū)，初步判定故障點(diǎn)在該區(qū)的可能性非常大。

此故障點(diǎn)為開(kāi)路故障，必然受到一定程度的物理?yè)p傷，加之此區(qū)域離海邊僅約40 m左右，電纜受潮汐起伏影響，電化學(xué)腐蝕程度最為嚴(yán)重，而且，技術(shù)人員發(fā)現(xiàn)該處土壤為珊瑚沙，現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)后發(fā)現(xiàn)它具有這樣一個(gè)特征:注水后，水向下滲透的速度比橫向擴(kuò)散的速度要快很多?？梢栽O(shè)想，在漲大潮時(shí)，潮位到達(dá)故障點(diǎn)附近，海水經(jīng)珊瑚沙滲透至故障點(diǎn)，即可能將開(kāi)路的電纜恢復(fù)導(dǎo)通，而且此現(xiàn)象會(huì)在退潮時(shí)消失，這也符合當(dāng)初機(jī)房人員通報(bào)的故障特點(diǎn)，先因施工通信中斷，后因漲潮，海水將電纜導(dǎo)通，通信恢復(fù)，退潮之后，開(kāi)路恢復(fù)，通信再次中斷。

根據(jù)此推論，筆者設(shè)計(jì)了一種定位故障點(diǎn)的方案:首先在施工斷點(diǎn)處將海底電纜和海洋地線進(jìn)行短路連接，然后在漲大潮的時(shí)候用水泵抽海水，將海水注入在最有可能找到故障點(diǎn)的位置上，同時(shí)A端機(jī)房人員打開(kāi)遠(yuǎn)供電源，觀察遠(yuǎn)供電源的電壓、電流表的讀數(shù)變化，一旦發(fā)現(xiàn)變化立即打電話報(bào)告現(xiàn)場(chǎng)人員，由此基本可確定此處是故障點(diǎn)位置。

3 準(zhǔn)確挖出故障點(diǎn)

經(jīng)過(guò)協(xié)商分工后，按照預(yù)定方案在路由上進(jìn)行注水測(cè)試，在某處注水15 min后，A端機(jī)房人員打電話報(bào)告遠(yuǎn)供電源電壓表讀數(shù)為230 V，電流表為150 mA，基本接近正常讀數(shù)。于是立即停止注水，決定在該處用人工開(kāi)挖，為更快找到海纜，采用十字形開(kāi)挖，找到海纜后，再順海纜路由開(kāi)挖。

經(jīng)過(guò)4 h開(kāi)挖，在該處半徑1 m的區(qū)域1.5 m深的地方準(zhǔn)確找到了海底電纜的接頭。將接頭曝曬后，A端機(jī)房遠(yuǎn)供電源電壓變?yōu)?50 V，電流為零。將海水再次注射在接頭表面時(shí)，A端機(jī)房遠(yuǎn)供電壓、電流表讀數(shù)變?yōu)?30 V，150 mA。將接頭鋸掉后，在該處用脈沖測(cè)試儀向大海的方向測(cè)試電纜，發(fā)現(xiàn)了增音機(jī)信號(hào)，向B端機(jī)房方向測(cè)試為220 m開(kāi)路故障。至此徹底摸清了此次海底電纜通信系統(tǒng)故障情況，確定本次故障為3個(gè)斷點(diǎn)，并全部定位。

4 故障維修方案

找到故障點(diǎn)后，立即制定接續(xù)方案?？紤]到該段220 m故障電纜受損嚴(yán)重且挖出難度及風(fēng)險(xiǎn)非常大，應(yīng)重新設(shè)計(jì)灘涂電纜路由，避開(kāi)管線和碼頭施工區(qū)域。根據(jù)新路由長(zhǎng)度，采用一根備用電纜將施工區(qū)電纜斷點(diǎn)和海邊登陸海纜重新聯(lián)接，放棄220 m舊電纜，相對(duì)接兩段，還可減少兩個(gè)海纜接頭，同時(shí)將受腐蝕非常嚴(yán)重的部分海洋地線替換。該方案經(jīng)批準(zhǔn)后實(shí)施，順利將該海纜通信系統(tǒng)恢復(fù)通信狀態(tài)。

5 對(duì)此次海纜故障定位過(guò)程的一點(diǎn)思考

(1)海纜系統(tǒng)在建成之后，灘涂段的海纜安全受各種海洋開(kāi)發(fā)、海島建設(shè)等工程影響越來(lái)越大，加上這一位置的海纜受海洋環(huán)境的影響(包括電化學(xué)腐蝕、生物腐蝕、臺(tái)風(fēng)、地形變遷等)也非常嚴(yán)重，如果管理不善，灘涂段海纜發(fā)生故障的概率非常高。文中記述的情況就是一次破壞事件產(chǎn)生了3個(gè)故障點(diǎn)。

(2)本文涉及的海纜通信系統(tǒng)較為陳舊，各種建設(shè)、維護(hù)檔案資料不健全，由于運(yùn)行時(shí)間久遠(yuǎn)，各種建筑、管線工程對(duì)路由地貌的改變較大，因此海纜運(yùn)行單位定期對(duì)海纜登陸區(qū)的路由進(jìn)行探測(cè)定位并建立完善檔案將對(duì)海纜的維護(hù)與維修，特別是故障點(diǎn)的迅速定位尤為重要。

(3)海纜運(yùn)行單位對(duì)海纜故障發(fā)生前設(shè)備工作狀態(tài)的記錄對(duì)于故障判斷能夠起到巨大的作用，即使是一些小的細(xì)節(jié)。