浅析突破常规对海缆故障点精确定位的一个范例

曾昭磊， 曹立波， 张书栋

(1.南方电网超高压输电公司，广东广州510620;2.中国人民解放军75411部队，广东 珠海519080;3.中国人民解放军91668部队，上海200083)

0 引言

海底电缆出现故障的区域一般处于100 m水深以内且航运、捕渔业发达的水域。最近几十年，随着码头、海岸等工程建设，海缆在登陆部分受到破坏的案例也不断增多。陆地段海缆被破坏后，故障点定位相对海上要简单，但在特殊情况下，故障点定位方式也要根据路由环境特点来因地制宜地制定。在此，笔者就发生在我国南海某海底通信电缆滩涂段因码头工程施工造成通信中断后，根据现场地理特征和海缆系统结构运用创新方式进行故障点定位的案例展开讨论。

1 海底电缆通信系统故障介绍及现场调查

海底电缆通信中断后，机房人员通报故障特点:海缆终端站远供电源电压突然由正常的240 V升高至450 V，电流由150 mA降为0 mA，通信中断。几天后远供电压降为330 V，电流为100 mA，仍可通信。一天后远供电源电压又升为450 V，电流为零，通信彻底中断。

在海底电缆通信系统的一端(A端)使用XK 2001型海底电缆故障测试仪测试，结果显示数十公里处有类似增音机波形的开路信号。资料显示A端一号增音机距离与测量得到的距离非常接近。由于测试结果和资料数据相差极小，可判断该开路信号为A端一号增音机回波，但也不排除增音机“尾巴”电缆可能发生开路故障。

为防止误判，到该海底电缆通信系统的另一端(B端)进行测试非常必要。在B端机房仍然使用XK 2001型海底电缆故障测试仪测试，发现1.716 km处有明显开路波形，如图1所示。

经现场勘查，发现该处有工程队施工，挖断电缆两处，电缆被大型挖掘机械挖断，丢失电缆约40 m。随即找到了断点1和断点2，分别向B端机房和大海方向进行测试，以排除其他故障点。断点1向机房方向测试距离为1.716 km，由此确认B端机房到断点1无故障。在断点2向大海方向测试发现波形非常紊乱，经过调节放大后仔细辨识，初步判定220 m处有开路故障，放大后有二次回波，即为断点3。故障点分布情况见图2。

图1 从B端机房测量显示1.716 km处有明显的开路故障

由于涉及到高额赔偿金，破坏海缆的施工队表示当时并不了解此处有电缆，挖断后也以为是报废电缆，但确定断点2至海缆入海处没有施工。笔者实地勘察后也没有发现施工和其它作业迹象。查阅该海缆系统资料发现该海缆滩涂段有一个铠装电缆和屏蔽电缆的接头，该接头在海岸线附近。海缆登陆点距离断点2目测约300～400 m，由于引起海缆断点1和2的为大型机械，挖断电缆时，电缆所受张力巨大，在较短距离上，因断点2处施工造成该接头发生开路故障的可能性非常高，初步判断，该接头即为断点3。

图2 海缆系统及故障点示意图

该海缆通信系统运行时间接近30年，相关的滩涂路由资料受地形变化影响已经不准确，无法精确定位电缆路由。于是计划采用“顺藤摸瓜”的方法，在施工断点2处向海岸线方向开挖220 m后将断点3挖出。挖进约25m后，发现电缆路由经过一堵围墙进入一栋大楼地基附近。此外在另一建筑排水沟内发现1m左右的裸露电缆，经勘查，该段路由地面上有复杂的建筑，地下埋有各种管线，不但无法使用大型机械进行挖掘，人工开挖也有较大风险和难度，部分路由为沙地，在沙地上人工开挖费时费力，几乎无法采用这种沿线开挖的方法寻找故障点。因此必须将故障点准确定位找出后再用人工挖掘的方法将故障点挖出，才是唯一可行的方案。但是由于是开路故障，无法通过在电缆上加载音频信号，用电磁探测的方法进行路由定位。金属探测的技术不成熟，也很难在这种环境中应用。因此在这种情况下准确找到故障点非常困难。

2 制定故障点定位方案

经过仔细观察，发现有一条道路横越该电缆路由区，初步判定故障点在该区的可能性非常大。

此故障点为开路故障，必然受到一定程度的物理损伤，加之此区域离海边仅约40 m左右，电缆受潮汐起伏影响，电化学腐蚀程度最为严重，而且，技术人员发现该处土壤为珊瑚沙，现场实验后发现它具有这样一个特征:注水后，水向下渗透的速度比横向扩散的速度要快很多。可以设想，在涨大潮时，潮位到达故障点附近，海水经珊瑚沙渗透至故障点，即可能将开路的电缆恢复导通，而且此现象会在退潮时消失，这也符合当初机房人员通报的故障特点，先因施工通信中断，后因涨潮，海水将电缆导通，通信恢复，退潮之后，开路恢复，通信再次中断。

根据此推论，笔者设计了一种定位故障点的方案:首先在施工断点处将海底电缆和海洋地线进行短路连接，然后在涨大潮的时候用水泵抽海水，将海水注入在最有可能找到故障点的位置上，同时A端机房人员打开远供电源，观察远供电源的电压、电流表的读数变化，一旦发现变化立即打电话报告现场人员，由此基本可确定此处是故障点位置。

3 准确挖出故障点

经过协商分工后，按照预定方案在路由上进行注水测试，在某处注水15 min后，A端机房人员打电话报告远供电源电压表读数为230 V，电流表为150 mA，基本接近正常读数。于是立即停止注水，决定在该处用人工开挖，为更快找到海缆，采用十字形开挖，找到海缆后，再顺海缆路由开挖。

经过4 h开挖，在该处半径1 m的区域1.5 m深的地方准确找到了海底电缆的接头。将接头曝晒后，A端机房远供电源电压变为450 V，电流为零。将海水再次注射在接头表面时，A端机房远供电压、电流表读数变为230 V，150 mA。将接头锯掉后，在该处用脉冲测试仪向大海的方向测试电缆，发现了增音机信号，向B端机房方向测试为220 m开路故障。至此彻底摸清了此次海底电缆通信系统故障情况，确定本次故障为3个断点，并全部定位。

4 故障维修方案

找到故障点后，立即制定接续方案。考虑到该段220 m故障电缆受损严重且挖出难度及风险非常大，应重新设计滩涂电缆路由，避开管线和码头施工区域。根据新路由长度，采用一根备用电缆将施工区电缆断点和海边登陆海缆重新联接，放弃220 m旧电缆，相对接两段，还可减少两个海缆接头，同时将受腐蚀非常严重的部分海洋地线替换。该方案经批准后实施，顺利将该海缆通信系统恢复通信状态。

5 对此次海缆故障定位过程的一点思考

(1)海缆系统在建成之后，滩涂段的海缆安全受各种海洋开发、海岛建设等工程影响越来越大，加上这一位置的海缆受海洋环境的影响(包括电化学腐蚀、生物腐蚀、台风、地形变迁等)也非常严重，如果管理不善，滩涂段海缆发生故障的概率非常高。文中记述的情况就是一次破坏事件产生了3个故障点。

(2)本文涉及的海缆通信系统较为陈旧，各种建设、维护档案资料不健全，由于运行时间久远，各种建筑、管线工程对路由地貌的改变较大，因此海缆运行单位定期对海缆登陆区的路由进行探测定位并建立完善档案将对海缆的维护与维修，特别是故障点的迅速定位尤为重要。

(3)海缆运行单位对海缆故障发生前设备工作状态的记录对于故障判断能够起到巨大的作用，即使是一些小的细节。