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      通信漏泄電纜及天饋線問題分析和監(jiān)測方法的研究

      2017-03-09 11:56孟德智
      中國新通信 2017年2期
      關鍵詞:故障定位

      孟德智

      【摘要】 鐵路通信系統(tǒng)運行質(zhì)量與鐵路運輸組織及運行安全密切相關,采用漏泄同軸電纜(漏纜)則是解決鐵路隧道、路塹等無線電磁波傳播受限區(qū)段通信網(wǎng)絡覆蓋的主要方法,是保證車地數(shù)據(jù)交互的重要行車設備。漏泄電纜、天饋線系統(tǒng)的性能對鐵路GSM-R移動通信網(wǎng)絡的安全運行有著很重要的影響,因此非常有必要對漏泄電纜、天饋線系統(tǒng)進行全面的在線監(jiān)測。本文主要研究、介紹兩種漏纜的監(jiān)測方式,重點介紹漏纜故障定位監(jiān)測系統(tǒng)。檢測數(shù)據(jù)通過隧洞內(nèi)的短光纖傳至鄰近基站(機房)內(nèi)的控制單元FSU,再經(jīng)傳輸網(wǎng)絡傳至監(jiān)控中心。相信成功應用漏纜在線故障定位技術,對鐵路通信的未來發(fā)展具有很重要的實際意義。

      【關鍵詞】 鐵路無線通信 漏泄電纜 天饋線 故障定位

      一、背景介紹

      泄漏電纜、天饋線系統(tǒng)的性能對鐵路GSM-R移動通信網(wǎng)絡的安全運行有很重要的影響,但是對泄漏電纜及天饋線系統(tǒng)的檢測,一直沒有得到全面、完整地解決,因此非常有必要對泄漏電纜、天饋線系統(tǒng)進行全面在線監(jiān)測。

      從系統(tǒng)設計、運行維護、工程實現(xiàn)等層面做了深入的調(diào)研,漏纜、天饋線等無源部件的故障占整個射頻無線系統(tǒng)問題50%以上,接頭、跳線、天線等問題占無源部件問題80%以上,隨著GSM-R系統(tǒng)運行開通,由于設備質(zhì)量問題或工程安裝問題,部分漏纜所連接的接頭、跳線、天線將開始進入故障多發(fā)期。但由于維護的實際困難,例如長大隧道、維修天窗時間、被動式巡檢方式等因素的限制,故障很難被及時發(fā)現(xiàn)處理。

      二、故障原因

      因材料、外力、安裝等問題,使漏纜及天饋線的傳輸特性發(fā)生了改變,隨之產(chǎn)生故障。例如:

      (一)人為彎折過度,電纜的彎折小于最小彎曲半徑,射頻特性變壞。

      (二)接頭根部受力過度,此類故障一般在施工完畢后較長時間(幾個月甚至一年)后才會顯現(xiàn)出來,射頻傳輸性能才會逐漸變差。

      (三)踩踏、磕壓,射頻特性變壞。

      (四)防水未做好,接頭進水、霧腐蝕,此類故障一般在施工完畢后較長時間(幾個月甚至1年)后才會顯現(xiàn)出來,射頻傳輸性能才會逐漸變差。

      (五)工程安裝過程中,沒有按安裝規(guī)范操作,未做到如下要求:

      精心清理中心導體上的粘合劑、正確修整和擴展外導體、除去泡沫介質(zhì)中的金屬芯片、正確緊固接頭、確保合適的探針深度,此類故障一般在施工完畢后立刻或較長時間(幾個月甚至一年)后才會顯現(xiàn)出來,射頻傳輸性能會逐漸變差。

      綜上所述,漏纜及天饋線系統(tǒng)存在著各種隱患,迫切需要切實有效的在線監(jiān)測系統(tǒng)來對漏泄電纜、天饋線系統(tǒng)進行實時在線監(jiān)測,保障鐵路通信和行車的安全。

      三、漏纜及天饋線故障定位監(jiān)測系統(tǒng)原理

      3.1在漏纜雙端測試原理

      發(fā)射機發(fā)射檢測信號(功率P),進入被檢測漏纜端口A,接收機在被檢測漏纜另一端端口B接收該檢測信號(功率 P′),△P(漏纜損耗) = P - P′,檢測整段的△P(漏纜損耗),當△P發(fā)生異常時,判定有故障;其中P或P′的檢測數(shù)據(jù),需要通過漏纜傳輸至同一端,進行比較計算。

      在某頻率下,同軸電纜的傳輸衰減系數(shù)α是一個穩(wěn)定參數(shù),傳輸損耗Ls表示射頻信號通過泄漏電纜時的衰減值,Ls=α×d式中:α-電纜傳輸衰減系數(shù)(dB/km);d-電纜長度(km),對漏纜兩端信號電平進行測量,可以得到漏泄電纜的信號傳輸實際損耗值Ls, 傳輸損耗變化量:ΔLs= Ls- Ls,如果實際測試值Ls比理論值Ls大過一定范圍,則可以判斷出泄漏電纜出現(xiàn)故障。因此通過對傳輸損耗變化量的分析,可以準確顯示漏纜的工作狀態(tài)是否正常。

      雙端式漏纜監(jiān)測測試簡易、成本低,但不能做到漏纜故障定位,監(jiān)測系統(tǒng)不能獨立于被監(jiān)測的漏纜而工作,當漏纜有大損壞時無法檢測到數(shù)據(jù)。

      3.2在漏纜單端測試原理

      漏纜故障的原理和功能是:發(fā)出近似通信頻率的檢測信號,由被測漏纜的近端開始掃描測試,一直掃描測試至漏纜最遠端,測試漏纜及所接的接頭、跳線、調(diào)相頭、避雷器、直流阻隔器、天線等整個漏纜鏈路每個位置的回波損耗和駐波值(每個位置的物理射頻特性值),并顯示出該不良點所在的具體位置。本文選擇此原理進行研究。

      四、漏纜及天饋線故障定位監(jiān)測系統(tǒng)實現(xiàn)方案簡述

      為了不影響GSM-R設備正常工作,故障定位設備檢測頻率應在GSM-R頻段外,但需靠近GSM-R頻段,才能體現(xiàn)GSM-R頻段的特性;根據(jù)現(xiàn)場對漏纜的實際測試,800MHz左右的特性與GSM-R頻段(900MHz左右)的特性基本一致,700MHz以下的特性與GSM-R頻段特性對于故障的特性已開始不一致了,頻率相差越大,特性也相差越大;因此,選用700MHz ~ 1100MHz,并且在GSM-R頻段之外的頻段來進行漏纜及天饋線測試。

      漏纜及天饋線故障定位監(jiān)測系統(tǒng)主要由漏纜檢測單元、信號接入器、FSU(現(xiàn)場控制單元)、監(jiān)控中心、數(shù)據(jù)傳輸鏈路等部分組成。

      漏纜故障定位檢測單元主要功能是產(chǎn)生故障定位信號、信號處理和通信部分,故障定位信號插入器將故障定位監(jiān)測單元產(chǎn)生的故障定位信號,送進漏纜鏈路中,并將檢測到的故障信號送回定位監(jiān)測單元,進行信號處理,計算出故障發(fā)生點的回波損耗和故障發(fā)生的位置,并進行存儲或轉(zhuǎn)發(fā)。

      漏纜檢測單元檢測兩段漏纜鏈路每個位置的回波損耗和駐波值,檢測數(shù)據(jù)通過隧洞內(nèi)的短光纖傳至鄰近基站(機房)內(nèi)的控制單元FSU,再經(jīng)傳輸網(wǎng)絡傳至監(jiān)控中心。

      根據(jù)網(wǎng)管中心提供的漏纜及天饋線的在線故障定位監(jiān)測數(shù)據(jù),就可以及時發(fā)現(xiàn)前文中描述的各類漏纜及天饋線故障,并且明確故障發(fā)生的確切位置,給及時排障提供保障。

      五、結(jié)束語

      經(jīng)過調(diào)查分析和實際維護工作的要求,故障定位的方式可以提高維護效率,并及時排除故障隱患,保障鐵路通信和行車的安全。漏纜故障定位監(jiān)測系統(tǒng)更加能夠適應今后的鐵路通信施工及運行維護工作。

      參 考 文 獻

      [1] 鐘章隊. 鐵路數(shù)字移動通信系統(tǒng)(GSM-R)應用基礎理論 [M]. 北京交通大學出版社,2009,(7).

      [2] 鐘章隊. 鐵路數(shù)字移動通信系統(tǒng)(GSM—R)無線網(wǎng)絡規(guī)劃與優(yōu)化 [M]. 北京交通大學出版社,2012,(2).

      [3] 楊戍. 鐵路漏泄電纜故障監(jiān)測系統(tǒng)介紹 [J]. 鐵路通信信號工程技術,2016,(2).

      [4] 宋揚. 鐵路通信漏纜實時監(jiān)測系統(tǒng)的應用及實現(xiàn)研究 [J]. 鐵道標準設計,2016,(7).

      [5] 鐵路總公司. 鐵路通信漏泄同軸電纜[S]. 中華人民共和國鐵道部TB/T 3201——2008,2008,(12).

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