浅议西气东输光缆故障定位

张智军 中国石油玉门油田信息中心，甘肃酒泉 735019

浅议西气东输光缆故障定位

张智军 中国石油玉门油田信息中心，甘肃酒泉 735019

本文作者根据实际工作经历，论述了西气东输光缆抢修故障定位的方法，简述了光时域反射仪OTDR的测试原理，对光缆线路中经常出现的光纤故障点进行分析，并介绍使用OTDR的经验与技巧。

光缆线路; 光时域反射仪(O TDR) ; 光纤故障点; 盲区; 接头损耗

西气东输信息传输的途径是以光传输为主，卫星传输为辅的。大部分信息，包括自动化数据、生产电话、工业监控、计算机网络、视频会议等信息都是通过光缆传输。由于从新疆到上海全线4000公里只采用一根光缆进行信息传输，如果光缆中断，就会造成断点上游所有站场阀室与下游各站及上海总部的通信中断，严重影响安全生产。所以发生光缆中断情况，能在最短时间内找到故障点进行抢修显得极其重要，而光缆故障定位是抢修工作的首要环节。

1 故障定位方法

根据本人经验，因为软交换电话和计算机网络的服务器都在下游的上海调控中心，以玉门站为例，如果本站上游光缆中断，本站的光传输设备就会告警，但不会影响本站信息传输和计算机网络上网。本站下游光缆中断的现象就是玉门压气站内的生产电话和计算机网络同时中断且SDH光传输设备紧急告警。所以当发生以上两种情况时，应先使用光传输电话联系上海机房询问情况，如果电话打不通，则应联系所辖范围的上游和下游站场，询问通信情况，按照SDH光传输公务电话表将所辖的阀室由远到近进行呼叫，根据回铃音判断就能确定断点是否在所辖范围内，如果在，在哪个范围。西气东输每30公里一个阀室作为光传输中继，都装有光传输公务电话。光缆断则电话断。所以先打SDH公务电话就可以将故障点定位在两个阀室之间30公里的范围，大大缩减光缆故障定位的时间。下一步就是去阀室利用光时域反射仪OTDR进行准确定位。

2 OTDR的基本原理

OTDR主要是根据光的瑞利散射和菲涅尔反射理论来测试光纤的特性。仪表的激光源发出一定强度和波长的光束至被测光纤，由于光纤本身的缺陷(制作工艺和石英玻璃材料成分的不均匀性)，使光在光纤中传输将产生瑞利散射；由于机械连接和断裂等原因将造成光在光纤中产生菲涅尔反射，由光纤沿线各点反射回的微弱的光信号经光定向耦合器到仪器的接收端，通过光电转换器、低噪 声放大器、数字图像信号处理等过程，实现图表、曲线扫迹在屏幕上显现。打个比方，OTDR的工作原理类似于一部雷达，它先对光纤发出一个信号，然后观察从某一点返回来的是什么信息。这个过程会重复地进行，然后将这些结果进行平均，并以轨迹的形式来显示，这个轨迹就描绘了光纤链路的状态。

3 OTDR的主要功能

OTDR是光缆工程施工和光缆线路维护工作中最重要的测试仪器，主要被用来测试：光纤接头的连接损耗；光缆（光纤）的长度；光纤接头盒光纤断点的位置。它能将长100多公里光纤的完好情况和故障状态，以一定斜率直线(曲线)的形式清晰地显示在几英寸的液晶屏上。根据事件表的数据，能迅速的查找确定故障点的位置和判断障碍的性质及类别，对分析光纤的主要特性参数能提供准确的数据。

4 OTDR的使用

用OTDR进行光纤链路测量可分为：参数设置和数据获取曲线分析。

人工设置测量参数包括：

（1）波长选择

因不同的波长对应不同的光纤特性，测试波长一般遵循与系统传输通信波长相对应的原则，如西气东输使用1550nm波长，则测试波长为1550nm。

（2）脉宽

脉宽越长，动态测量范围越大，测量距离更长，但在OTDR曲线波形中产生盲区更大；短脉冲注入电平低，但可减小盲区。脉宽周期通常以ns来表示。

（3）测量范围

OTDR测量范围是只OTDR获取数据取样的最大距离，此参数的选择决定了取样分辨率的大小。最佳测量范围为待测光纤长度的1.5～2倍的距离。

（4）平均时间

由于后向散射光信号机器微弱，一般采用统计平均的方法提高信噪比，平均时间越长，信噪比越高。例如，3分钟获得的信噪比将比1分钟获得的信噪比提高0.8db。但超过10分钟则对信噪比的改善并不大。一般平均时间不超过3分钟。

（5）光纤参数

光纤参数的设置包括折射率和散射系数。折射率参数与距离测量有关，散射系数则影响反射与回波损耗得测量结果。这两个参数通常由光纤生产厂家给出。参数设置好后，OTDR即可发送光脉冲，并接收由光纤链路散射和反射回来的光，对光电探测器的输出取样，得到OTDR曲线，对曲线进行分析即可了解光链路的质量。

测试结果分析：

（1）下图2就是一个测量曲线的示意图。

图2

此曲线图表示光纤正常，纵轴是背向散射光的强度，横轴为距离。最左边的脉冲A为盲区，是由OTDR与光纤连接器之间的连接而引起的，在测量时可以不予考虑。B为测试末端反射峰，即光纤末端。

测试曲线为倾斜，随着距离的增长，总损耗会越来越大。用总损耗（dB）除以总距离（Km）就是该段纤芯的平均损耗（dB/Km）。A至B处的曲线显示了恒定的斜率，即表明了此段光纤的均匀性，其斜率就是单位长度光纤的损耗。因此，在条件允许的情况下，测量应从两端进行，两侧测量的平均值才表示这个局部的损耗。

（2）下图3中间多了一个反射峰，很有可能中间是一个跳接点、活动连接器或者机械接头。因为能够出现反射峰，很多情况是因为末端的光纤端面是平整光滑的。端面越平整，反射峰越高。

图3

（3）出现下图4这种情况，有可能是仪表的尾纤没有插好，或者光脉冲根本打不出去，再有就是断点位置比较近，所使用的距离、脉冲设置又比较大，看起来就像光没有打出去一样。

图4

出现这种情况，一要检查尾纤连接情况，二就是把OTDR的设置改一下，把距离、脉冲调到最小，如果还是这种情况的话，可以判断尾纤有问题，OTDR上的适配器问题，断点十分近，OTDR不足以测试出距离来。如果是尾纤问题，只要换一根尾纤就知道，不行的话就要试着擦洗适配器，或就近查看纤芯了。

（4）出现下图5这种情况比较多见，曲线中间出现一个明显的台阶，多数是因为该纤芯打折，弯曲过小，受到外界损伤等因素，也有可能是熔接点损耗过大造成。

图5

（5）出现下图6这种情况一定要引起注意，光缆可能断了！

曲线在末端没有任何反射峰就掉下去了，如果知道纤芯原来的距离，此图像表示在没有到达纤芯原来的距离，曲线就掉下去了，这说明光纤在曲线掉下去的地方断了，或者也有可能是光纤在那里打了个折。

图6

5 经验与技巧

（1）波长的选择

1550nm波长测试距离更远，1310nm对光纤弯曲更敏感，1550nm比1310nm单位长度衰减更小，1310nm比1550nm测得熔接或连接器损耗更高。在实际的光缆维护工作中一般对两种波长都进行测试和比较。

（2）折射率的校正

就光纤长度测量而言，折射率系数每0.01的偏差会引起7 m/km之多的误差，对于较长的光前段，应采用光缆制造商提供的折射率值。

常用的折射率和后向散射系数见下表：

（3）光纤质量的简单判别

正常情况下，OTDR测试结果的曲线主题斜率基本一致，若某一段斜率较大，则表明此段衰减较大；若曲线主体为不规则形状，斜率起伏较大，弯曲或呈弧形，则表明光纤质量严重劣化，不符合通信要求。

（4）接头清洁

光纤活动接头接入OTDR前，必须认真清洗，包括OTDR的输出接头和被测活动接头，否则插入损耗太大，测量不可靠，曲线多噪音甚至使测量不能进行，它还有可能损坏OTDR。避免用酒精以外的其他清洗剂，因为它们可能使光纤连接器内黏合剂溶解。

（5）附加光纤的使用

附加光纤是一段用于连接OTDR与待测光纤，长度为500～2500m的光纤，其主要作用为：前端盲区处理和终端连接器插入测量。一般来说，OTDR与待测光纤的连接器引起的盲区最大。在光纤实际测量中，在OTDR与待测光纤间加一段过渡光纤，使前端盲区落在过渡光纤内，而待测光纤落在OTDR曲线的线性稳定区。根据本人经验，盲区一般在200米内。

6 结束语

（1） 光纤故障点在OTDR屏幕显示有三种情况, 通过分析可分清三种情况的光纤故障点的种类及其成因。

（2）对于OTDR测量中应注意几个问题: 第一要注意尽可能避免测试盲区, 以提高测量的分辨率;其次, 两相互连接的光纤的模场直径的偏差应控制在0.35Λm及以下, 这样测得的接头损耗误差较小。

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10.3969/j.issn.1001-8972.2011.08.115

张智军（1982.7-），男，助理工程师，从业于玉门油田信息中心。