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.中國人民解放軍75411部隊，廣東 珠海519080;3.中國人民解放軍91668部隊，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)定位相對海上要簡單，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)來因地制宜地制定。在此，筆者就發(fā)生在我國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)定位的案例展開討論。

1 海底電纜通信系統(tǒng)故障介紹及現(xiàn)場調(diào)查

海底電纜通信中斷后，機(jī)房人員通報故障特點(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型海底電纜故障測試儀測試，結(jié)果顯示數(shù)十公里處有類似增音機(jī)波形的開路信號。資料顯示A端一號增音機(jī)距離與測量得到的距離非常接近。由于測試結(jié)果和資料數(shù)據(jù)相差極小，可判斷該開路信號為A端一號增音機(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型海底電纜故障測試儀測試，發(fā)現(xiàn)1.716 km處有明顯開路波形，如圖1所示。

經(jīng)現(xiàn)場勘查，發(fā)現(xiàn)該處有工程隊施工，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)行測試，以排除其他故障點(diǎn)。斷點(diǎn)1向機(jī)房方向測試距離為1.716 km，由此確認(rèn)B端機(jī)房到斷點(diǎn)1無故障。在斷點(diǎn)2向大海方向測試發(fā)現(xiàn)波形非常紊亂，經(jīng)過調(diào)節(jié)放大后仔細(xì)辨識，初步判定220 m處有開路故障，放大后有二次回波，即為斷點(diǎn)3。故障點(diǎn)分布情況見圖2。

圖1 從B端機(jī)房測量顯示1.716 km處有明顯的開路故障

由于涉及到高額賠償金，破壞海纜的施工隊表示當(dāng)時并不了解此處有電纜，挖斷后也以為是報廢電纜，但確定斷點(diǎn)2至海纜入海處沒有施工。筆者實(shí)地勘察后也沒有發(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，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，無法精確定位電纜路由。于是計劃采用“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，不但無法使用大型機(jī)械進(jìn)行挖掘，人工開挖也有較大風(fēng)險和難度，部分路由為沙地，在沙地上人工開挖費(fèi)時費(fèi)力，幾乎無法采用這種沿線開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。但是由于是開路故障，無法通過在電纜上加載音頻信號，用電磁探測的方法進(jìn)行路由定位。金屬探測的技術(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)為開路故障，必然受到一定程度的物理損傷，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)場實(shí)驗(yàn)后發(fā)現(xiàn)它具有這樣一個特征:注水后，水向下滲透的速度比橫向擴(kuò)散的速度要快很多。可以設(shè)想，在漲大潮時，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)，即可能將開路的電纜恢復(fù)導(dǎo)通，而且此現(xiàn)象會在退潮時消失，這也符合當(dāng)初機(jī)房人員通報的故障特點(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，開路恢復(fù)，通信再次中斷。

根據(jù)此推論，筆者設(shè)計了一種定位故障點(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A端機(jī)房人員打開遠(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)變化立即打電話報告現(xiàn)場人員，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)過協(xié)商分工后，按照預(yù)定方案在路由上進(jìn)行注水測試，在某處注水15 min后，A端機(jī)房人員打電話報告遠(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挖，為更快找到海纜，采用十字形開挖，找到海纜后，再順海纜路由開挖。

經(jīng)過4 h開挖，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，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，在該處用脈沖測試儀向大海的方向測試電纜，發(fā)現(xiàn)了增音機(jī)信號，向B端機(jī)房方向測試為220 m開路故障。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。考慮到該段220 m故障電纜受損嚴(yán)重且挖出難度及風(fēng)險非常大，應(yīng)重新設(shè)計灘涂電纜路由，避開管線和碼頭施工區(qū)域。根據(jù)新路由長度，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，相對接兩段，還可減少兩個海纜接頭，同時將受腐蝕非常嚴(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 對此次海纜故障定位過程的一點(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發(fā)、海島建設(shè)等工程影響越來越大，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)行時間久遠(yuǎn)，各種建筑、管線工程對路由地貌的改變較大，因此海纜運(yùn)行單位定期對海纜登陸區(qū)的路由進(jìn)行探測定位并建立完善檔案將對海纜的維護(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)行單位對海纜故障發(fā)生前設(shè)備工作狀態(tài)的記錄對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)。