漏缆监测技术在轨道交通中的研究与应用

闫涛

（中铁十四局集团电气化工程有限公司）

1 引言

受设备寿命、安装质量、环境影响，漏泄同轴电缆在运行中会出现一些故障情况，且受限于天窗作业时间等因素限制，故障位置很难查找，故障排除困难，因而造成部分区段无线信号中断时间过长，影响地铁运营和行车安全。本文对上海轨道交通15 号线工程漏缆监测技术在全线施工中的应用进行总结，希望为国内轨道交通领域无线通信的施工设计提供一些思路和看法。

2 工程概况

上海市轨道交通15 号线工程为上海市西部的南北向经向线路，途经宝山区、普陀区、长宁区、徐汇区、闵行区等5 个行政区，全长约42.3km，均为地下线，共设车站30 座（其中有道岔站14 座），设1 段1场，分别为元江路车辆段和陈太路停车场，全线设控制中心1座，位于蒲汇塘，主要施工内容包括通信系统所有子系统的设备安装、调试，信号系统室内外设备安装调试，以及与各系统的联合调试等工作。

3 摘要漏缆监测技术的研究背景

本次上海轨道交通15 号线是上海地铁修建的第一条全自动无人驾驶路线，全线区间隧道42.3 余公里的线路无线信号覆盖全部采用漏泄同轴电缆为载体进行设计施工，其中LTE 综合承载分A/B 网两根漏缆，上下行区间实际需要建设169 余公里的漏泄电缆，在施工过程中需要制作420多处漏缆接头，110余处设备点位成端等工作，这都是后期列车运营期间容易发生故障的关键点，如果不能快速准确地定位故障点所在位置，在第一时间进行抢修就会造成无线通信中断，影响列车运营安全；因此，有必要利用漏缆监测技术对漏缆进行实时在线监测，及时发现并排查故障；漏缆在线监测技术可以实时在线监测漏缆状态，通过数据比对和分析，及时预警漏缆性能劣化以及精确定位故障点，第一时间排除故障，为无线网络优化、运行维护提供数据支撑，使无线通信系统能满足列车调度指挥通信、列车控制系统等特殊要求，保障地铁无线通信系统的安全通畅。

4 系统设备组成及原理

4.1 系统设备组成

上海轨道交通15 号线漏缆状态实时在线监测系统组成主要有：漏缆监测单元（FTU）、现场管理单元（FSU）、漏缆监测主机信号合路器、远程网管等构成，其结构阻抗失配点的未知和大小，如图1。

图1 网络结构示意图

漏缆监测单元（FTU）主要是发射监测信号，可同时监测上下行漏缆，接收并分析反射信号，单个漏缆监测单元有效监测距离约1.3km，可实现多段漏缆性能监测；FMU监测信号合路器负责将监测信号与LTE业务信号混合后通过1/2馈线一并送入漏缆，能够实现低插损、无干扰（插入损耗小于0.5dB，隔离度大于85dB)[3]。

现场管理单元（FAU）主要作用是监测漏缆链路回波损耗和驻波值，汇总现场监测数据，通过区间光缆传至邻近集中站机房内的现场管理单元，然后再经传输通道上传该系统网管平台，由监控中心进行分析和判断，每台现场管理单元（FAU）可管理8处漏缆监测单元（FTU），最多可扩展至16处；网管系统可视化、定制化的交互式网管，可随时查看漏缆实时状态[2]。

4.2 系统工作原理

漏缆状态实时监测系统采用了对驻波比（回波损耗）进行测量技术，当出现失配情况时，驻波比（回波损耗）会相对正常（小于等于1.5dB）[5]有较大的区别，根据失配情况（即通过驻波比大小）来判断告警并上报三个等级告警（一般告警、重要告警和严重告警）。

漏缆状态实时监测系统具有精确定位功能，测量被测信号通路不同位置上响应信号的大小，从而为判断传输路径上的阻抗变化提供依据，在通常的测量中，被测件随频率变化的响应，称为频域测量。测试仪进行扫频测量，利用时域测量的原理可以通过将频域数据进行反傅里叶变换到时域数据，测量结果以时间作为X 轴显示，响应值在分立的时间点出现，可以对被测件的阻抗变化点进行分析[1]，于是时域响应显示了每个阻抗失配点的位置和大小，DTF测量的横坐标轴为距离，二者之间的关系为：

距离=时间X光速X速率因子

用此原理可以比较准确地定位发生故障点的位置。如图2所示。

图2 系统结构原理

4.3 系统组网方案

上海轨道交通15号线正线共设30座地下车站，每侧区间需监测LTE综合承载A/B网的2根漏缆，为了达到最高效的监测目的，本次施工采用4 通道漏缆监测单元，并各站进行布设，漏缆监测单元通过专门的信号合路器与LTE 系统RRU 设备发射的业务信号进行合路后再传递的漏泄电缆中，对所有漏缆进行实时在线监测（见图3、图4）[4]。

图3 监测通道监测原理图

图4 信号合路原理图

5 主要科研创新与关键技术

5.1 收发共用单机四通道数据传输技术

仅在漏缆一端安装信号源，发射电磁波遇漏缆及接头故障时，产生反射波回到主机，由主机测量并作出故障判定，主机通过四通道和轮询方式可同时监控四条漏缆，相比主从式发射接收系统，构造简单、实施方便。

5.2 测试工效和精度高，故障点精确定位技术

FTU 单端发射并接收监测信号，同时监测上下行漏缆，有效监测距离1.3km（1.8G 频段，漏缆损耗不大于4.5dB/100m），对LTE-M信号无干扰（1.8G工作频段杂散小于-100dBm）

对漏缆、天馈线及所有连接元器件的运行参数进行在线监测并精确定位故障，故障定位精度高达±3米，通过接头、漏缆、跳线等反射回来信号的电平和时延，根据时域和频域专利技术计算出传输线路各故障点驻波比和传输损耗等指标，相比传统的TDR 时域反射测量技术，测量精度高，有更好、更大的动态范围。

5.3 发射功率小，对业务信号“零”干扰

监测信号与业务信号频段分离，不影响正常业务信号，发射功率小，监测信号发射功率仅为-10dbm，远优于铁路暂行标准的要求，监测信号合路单元，插入损耗小于0.5dB，确保业务信号稳定，漏缆监测设备泄漏到漏缆工作频段的功率小于-100dBm。

6 常见问题原因分析及解决方法

6.1 漏缆监测主机电源输入端口和射频输出端口防水的问题

隧道区间内环境条件差，空气湿度大，相对地面来说比较潮湿，漏缆监测主机电源输入端口和射频输出端口内层用标准防水胶泥对每个端口进行保护，同时外层用电气绝缘胶带缠绕保护，设备防水问题进而有效的得到了解决。

6.2 调试过程中光路不通

从设备输出光功率、尾纤跳线、传输光缆、熔纤盘上的法兰头几方面综合考虑，逐个排查原因，光路不通问题能够得到解决。

6.3 漏缆主机监测端口与漏缆对应一致性的问题

在漏缆主机安装之前，详细和现场施工人员讲解漏缆主机端口和A/B 网大里程，小里程漏缆的对应规则并进行系统的技术交底工作，同时在施工完成之后，对漏缆监测主机端口和漏缆对应关系进行逐一排查，确保连接的准确性。

7 结语

通信系统、信号系统工程是地铁建设站后的主要工程，为地铁的安全运行和运营人员提供着必要的通讯服务和保障，漏缆实时监测技术更是其中的重要组成部分，该系统在上海轨道交通15号线中得到了充分的应用，并且经过列车4 个多月的正常试运行，漏缆实时监测技术得到了很好的验证，效果良好。系统的精确定位功能为地铁维护保障人员快速确定维修方案、节约故障处理时间提供了有力支持，大大减少了维护人员在隧道内的工作时间，提高了故障抢修的时间，得到了申通地铁维护人员的广泛好评。另外，本次研究填补了漏缆实时监测技术在地铁建设领域的空白篇章，为地铁建设领域的漏缆监测系统设计和施工提供一些参考。