光纜對(duì)地絕緣自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在高速公路線路 維護(hù)中的應(yīng)用

作者簡(jiǎn)介：

黃昭宇（1992—），工程師，研究方向：高速公路機(jī)電工程設(shè)備維護(hù)。

為保證光纜網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的正常運(yùn)行，避免光纜線路被人為或自然環(huán)境的損壞是一項(xiàng)重要的任務(wù)。文章介紹光纜對(duì)地絕緣自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在高速公路線路維護(hù)中的應(yīng)用，為提高光纜線路維護(hù)效率提供參考。

光網(wǎng)絡(luò)；對(duì)地絕緣；線路維護(hù)

中圖分類號(hào)：U491.1+16 A 55 174 3

0 引言

高速公路光纜線路承載著監(jiān)控、通信、數(shù)據(jù)等大量業(yè)務(wù)，敷設(shè)光纜的穩(wěn)定性飽受自然環(huán)境和人為因素的影響。如某一主干光纜發(fā)生斷裂，大量業(yè)務(wù)會(huì)因此中斷，將會(huì)帶來(lái)不可估量的損失。為避免光纜故障帶來(lái)的負(fù)面影響，維護(hù)人員在公路網(wǎng)絡(luò)建設(shè)中也不斷思考應(yīng)對(duì)措施。目前，主要應(yīng)用網(wǎng)管系統(tǒng)進(jìn)行公路光纜線路監(jiān)測(cè)。當(dāng)光纜線路發(fā)生斷點(diǎn)時(shí)，網(wǎng)管系統(tǒng)告警并通知斷點(diǎn)的大概位置，由維護(hù)人員通過(guò)OTDR、光功率計(jì)等儀表進(jìn)一步探尋具體斷點(diǎn)，再通過(guò)熔纖或更換線纜的方式接通恢復(fù)。這種排障方式是事后排障，為被動(dòng)式維護(hù)。該維護(hù)方式面臨故障不確定、排障時(shí)間緊、維護(hù)技術(shù)高等難點(diǎn)，維護(hù)人員常常因?yàn)闇?zhǔn)備不夠充分而不得不延長(zhǎng)修復(fù)時(shí)間，面臨不可預(yù)見(jiàn)的風(fēng)險(xiǎn)。光纜對(duì)地絕緣自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)事前預(yù)警，將維護(hù)方式化被動(dòng)為主動(dòng)。本文闡述光纜對(duì)地絕緣自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在高速公路線路維護(hù)中的實(shí)現(xiàn)過(guò)程，為高速公路的線路維護(hù)工作提供新思路［1］。

1 光纜對(duì)地絕緣自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的應(yīng)用條件

光纜對(duì)地絕緣自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)需要光纜本身?yè)碛械奶匦院湍壳耙呀ǔ傻拇笠?guī)模完善的高速公路光網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。

光纜從內(nèi)到外由光纖、金屬護(hù)層、塑料外護(hù)層組成，受自然條件或人為因素的影響，光纜的損壞往往從外防護(hù)層開(kāi)始。當(dāng)光纜塑料外護(hù)層遭受破壞時(shí)，光纜金屬護(hù)層對(duì)地絕緣電阻會(huì)隨著光纜塑料外護(hù)層的損壞程度而改變。利用這一特性，只要掌握光纜金屬護(hù)層對(duì)地絕緣電阻的變化值，就能了解光纜外護(hù)層的損壞程度。

高速公路光網(wǎng)絡(luò)是高速公路基礎(chǔ)設(shè)施的組成部分，與公路建設(shè)同步完善，前端收集的信號(hào)可以通過(guò)已建成的公路光網(wǎng)絡(luò)傳輸至監(jiān)控中心。工作人員只需要在監(jiān)控中心進(jìn)行信息收集、整理、分析，便能了解公路現(xiàn)場(chǎng)的線路狀況。高速公路線路維護(hù)中應(yīng)用光纜對(duì)地絕緣自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，可以在光纜即將發(fā)生損壞之前發(fā)出告警，維護(hù)人員可以根據(jù)告警情況采取相應(yīng)的措施，將隱患排除。

2 光纜對(duì)地絕緣自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)整體框架

光纜對(duì)地絕緣自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)主要由監(jiān)測(cè)盒子、監(jiān)測(cè)站、監(jiān)測(cè)中心組成［2］。系統(tǒng)整體框架設(shè)計(jì)如圖1所示。

2.1 監(jiān)測(cè)盒子

監(jiān)測(cè)盒子接收監(jiān)測(cè)站的指令，完成以下任務(wù)：

（1）通電并接收數(shù)據(jù)。

（2）測(cè)量本段光纜金屬護(hù)層對(duì)地絕緣電阻。

（3）向監(jiān)測(cè)站發(fā)送數(shù)據(jù)。

（4）檢查通電和接地完整性。

監(jiān)測(cè)盒子線路連接方式如圖2所示。

監(jiān)測(cè)盒子具有雷電保護(hù)功能，一般增設(shè)在光纜接頭盒處，可監(jiān)測(cè)光纜接頭盒與接頭盒之間光纜金屬護(hù)層對(duì)地絕緣電阻情況。監(jiān)測(cè)盒子設(shè)有一個(gè)輸入端和三個(gè)輸出端，一般使用一個(gè)輸入端一個(gè)輸出端，預(yù)留兩個(gè)輸出端以備線路分支擴(kuò)展。監(jiān)測(cè)盒子輸入端接上段光纜金屬護(hù)層，輸出端接下段光纜金屬護(hù)層，內(nèi)部包含微型處理器，可以用編程軟件將程序燒入微型處理器中。監(jiān)測(cè)盒子設(shè)兩個(gè)接地端子，一個(gè)用于供電接地，一個(gè)用于信號(hào)接地。

2.2 監(jiān)測(cè)站

（1）監(jiān)測(cè)站可設(shè)在高速公路收費(fèi)站監(jiān)控機(jī)房或光纜中繼機(jī)房?jī)?nèi)，主要由遠(yuǎn)程供電單元、通信數(shù)據(jù)單元、指令發(fā)出單元、光纜故障定位查找信號(hào)單元、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元、防雷單元、告警模塊組成。

（2）監(jiān)測(cè)站通過(guò)光纜金屬護(hù)層發(fā)出控制指令給監(jiān)測(cè)盒子遠(yuǎn)程供電，并依次采集每一監(jiān)測(cè)盒子或特定監(jiān)測(cè)盒子測(cè)量的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析存儲(chǔ)。若超過(guò)告警門(mén)限即發(fā)出告警信號(hào)。告警信號(hào)通過(guò)已建成的高速公路光網(wǎng)絡(luò)傳回監(jiān)測(cè)中心，監(jiān)測(cè)中心可接收處理由監(jiān)測(cè)站傳回的信號(hào)，繪制成圖表后為維護(hù)工作人員提供參考。

（3）監(jiān)測(cè)站還可通過(guò)發(fā)出特定的信號(hào)，向指定的監(jiān)測(cè)盒子發(fā)送定位或故障點(diǎn)查找信號(hào)。

2.3 監(jiān)測(cè)中心

監(jiān)測(cè)中心設(shè)在高速公路視頻監(jiān)控中心，負(fù)責(zé)管理各個(gè)監(jiān)測(cè)站。監(jiān)測(cè)中心可遠(yuǎn)程設(shè)置監(jiān)測(cè)站告警門(mén)限，下載并存儲(chǔ)各個(gè)監(jiān)測(cè)站傳回的周期性測(cè)試或光纜故障數(shù)據(jù)。監(jiān)測(cè)中心也可對(duì)特定的監(jiān)測(cè)站進(jìn)行點(diǎn)名測(cè)試。所有回傳數(shù)據(jù)經(jīng)監(jiān)測(cè)中心分析處理后，以圖表的形式顯示。

3 光纜對(duì)地絕緣自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)軟件模塊構(gòu)成

監(jiān)測(cè)系統(tǒng)采用圖形用戶界面，按模塊方式設(shè)計(jì)，每個(gè)模塊相對(duì)獨(dú)立。功能上主要分三層：（1）第一層是數(shù)據(jù)采集層，完成被測(cè)光纜段的電阻值和故障定位數(shù)據(jù)采集，將預(yù)處理數(shù)據(jù)回傳至監(jiān)測(cè)中心服務(wù)器；（2）第二層是數(shù)據(jù)處理層，完成數(shù)據(jù)分析處理、統(tǒng)計(jì)、存儲(chǔ)、告警等功能；（3）第三層是應(yīng)用層，向用戶提供圖形化界面和日常維護(hù)工具。采用模塊化結(jié)構(gòu)，包括實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)模塊、故障定位模塊、曲線分析模塊、告警模塊、對(duì)外接口模塊。

數(shù)據(jù)處理層是系統(tǒng)軟件核心部分，其設(shè)計(jì)框架如圖3所示。

框架中各單元的功能分別為：

功能模塊：實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的功能，可以包含拓?fù)鋱D模塊、地理信息模塊、告警模塊、曲線分析模塊和事件查詢模塊等。

集成平臺(tái)：負(fù)責(zé)各個(gè)功能模塊的管理、加載和配置，使各個(gè)功能模塊之間能進(jìn)行信息交換。

數(shù)據(jù)庫(kù)接口：負(fù)責(zé)系統(tǒng)數(shù)據(jù)的處理和存儲(chǔ)。

網(wǎng)絡(luò)通信：提供系統(tǒng)對(duì)外通信的條件。

4 光纜對(duì)地絕緣自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)告警工作流程

監(jiān)測(cè)盒子對(duì)被測(cè)光纜進(jìn)行光纜對(duì)地絕緣電阻測(cè)試，將測(cè)試值傳至監(jiān)測(cè)站。監(jiān)測(cè)站可根據(jù)維護(hù)人員設(shè)置的告警門(mén)限，將測(cè)量電阻值與數(shù)據(jù)庫(kù)中電阻值進(jìn)行比較分析，如超過(guò)告警門(mén)限，系統(tǒng)會(huì)發(fā)出警告并啟動(dòng)故障定位單元，發(fā)出探位或故障查找信號(hào)，確定故障位置。測(cè)試后將所得數(shù)據(jù)上傳至監(jiān)測(cè)中心，監(jiān)測(cè)中心在應(yīng)用軟件上顯示故障位置及告警電阻值，并發(fā)出告警通知。

系統(tǒng)告警工作流程如圖4所示

5 光纜對(duì)地絕緣自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的功能

在高速公路線路維護(hù)中，光纜對(duì)地絕緣自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)以下功能：

（1）指定光纜測(cè)試。

根據(jù)需要，操作人員可以對(duì)指定光纜段進(jìn)行光纜護(hù)層對(duì)地絕緣電阻測(cè)試。

（2）周期測(cè)試。

按照預(yù)定周期，自動(dòng)測(cè)量各光纜段對(duì)地絕緣電阻。

（3）故障報(bào)警。

在周期性測(cè)試過(guò)程中，一旦發(fā)現(xiàn)測(cè)試電阻值超出告警門(mén)限，立即發(fā)出告警信號(hào)，并啟動(dòng)故障定位單元。

（4）故障定位。

故障定位單元向光纜發(fā)送探位信號(hào)，根據(jù)故障點(diǎn)信號(hào)反饋，確定故障具體位置。

（5）數(shù)據(jù)存儲(chǔ)分析。

系統(tǒng)可以將采集到的電阻數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)分析，并以圖表的形式展現(xiàn)出來(lái)。

6 光纜對(duì)地絕緣自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的作用

光纜對(duì)地絕緣自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在高速公路線路維護(hù)的應(yīng)用會(huì)產(chǎn)生積極的影響，主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

（1）改進(jìn)光纜維護(hù)方法。

采用光纜對(duì)地絕緣自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)對(duì)光纜線路進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，可以優(yōu)化線路維護(hù)方式。維護(hù)人員根據(jù)系統(tǒng)提示信息，可以準(zhǔn)確地判斷光纜故障位置，從而制定更高效的維護(hù)方案。

（2）提供更準(zhǔn)確的測(cè)試記錄。

光纜對(duì)地絕緣自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)可以存儲(chǔ)歷史測(cè)試數(shù)據(jù)，反映光纜隨時(shí)間變化外防護(hù)層對(duì)地絕緣電阻的變化趨勢(shì)、故障次數(shù)和損壞程度，光纜維護(hù)策略可以根據(jù)歷史數(shù)據(jù)的變化及時(shí)調(diào)整。

（3）增強(qiáng)現(xiàn)有光網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的可靠性。

光纜對(duì)地絕緣自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)有助于及時(shí)發(fā)現(xiàn)光纜外防護(hù)層損傷，在光纜信號(hào)未衰減之前發(fā)出告警，維護(hù)人員即可采取相應(yīng)措施及時(shí)介入修復(fù)，降低了光纜故障風(fēng)險(xiǎn)，保證了光網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)傳輸?shù)目煽啃浴?/p>

7 結(jié)語(yǔ)

光纜是高速公路傳輸信息的重要載體，光纜故障容易導(dǎo)致服務(wù)中斷引發(fā)事故。為確保信息暢通，改進(jìn)線路維護(hù)方式，本文闡述了光纜對(duì)地絕緣自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)過(guò)程，將光纜對(duì)地絕緣自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)應(yīng)用到高速公路線路維護(hù)工作中，提前預(yù)知光纜存在的隱患。維護(hù)人員可根據(jù)系統(tǒng)提供的信息，優(yōu)化信息收集方式，在光纜線路遭破壞前采取相應(yīng)處理措施，提高工作效率。

參考文獻(xiàn)

［1］張曉春，孫 超，邵 源，等.新時(shí)期中國(guó)智能交通發(fā)展戰(zhàn)略思考［J/OL］.城市交通，2023-02-19.

［2］蔡永春.改變傳統(tǒng)光纜線路維護(hù)手段的主要方法——光纜對(duì)地絕緣自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)［J］.電信網(wǎng)技術(shù)，2005（8）：68-71.

收稿日期：2022-10-20