電子脈沖光纜

王渝 劉澤庶 歐陽興華

（1.國網(wǎng)重慶市電力公司北碚供電分公司，重慶 400711；2.重慶合晨電通科技有限公司，重慶 401121；3.重慶合晨電通科技有限公司，重慶 401121）

對于電力公司龐大的光纖物理網(wǎng)絡(luò)規(guī)模，結(jié)構(gòu)也較為復(fù)雜；加之電力光纖通信已經(jīng)歷經(jīng)20 多年的發(fā)展，當(dāng)初按照使用壽命不到30 年設(shè)計(jì)的光纖在不久的將來其老化的問題將日益突出。一旦光纖線路出現(xiàn)故障后不能得到及時(shí)修復(fù)，必將給企業(yè)造成巨大的損失。通常情況下，當(dāng)光纖網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)故障后必須及時(shí)、快速、準(zhǔn)確地得到檢測和解決；同時(shí)，有些光纖故障并不會立即引起通信線路的中斷，而是導(dǎo)致光纖局部緩慢劣變，光纖網(wǎng)絡(luò)中的這類故障也必須盡早發(fā)現(xiàn)并解決用以防患未然。

如何高效率的保障光纖通信網(wǎng)絡(luò)的正常工作，減少光纖網(wǎng)絡(luò)中的故障，并在發(fā)生故障后，如何快速檢測光纖網(wǎng)絡(luò)故障點(diǎn)。這些主要問題都是維護(hù)部門在發(fā)展過程中應(yīng)重點(diǎn)考慮和解決的。

通信光纜故障原因分析

通信光纜主要故障原因包括：

1.雷電的沖擊

光纜的鎧裝元件都是金屬導(dǎo)體，如果電力線產(chǎn)生短路的情況或者雷電擊中金屬件的時(shí)候，就會產(chǎn)生出強(qiáng)大的電流破壞光纜線路設(shè)備，嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)霈F(xiàn)人員的傷亡。

2.光纜線路的絕緣性欠佳

通信光纜線路如果沒有做好絕緣工作，那么接頭盒進(jìn)水之后或者處于受潮的情況下就會由于應(yīng)力腐蝕及靜態(tài)疲勞等原因大幅度減小光纜的運(yùn)作強(qiáng)度，嚴(yán)重的時(shí)候會出現(xiàn)光纜斷裂的情況。

3.外力的影響

線路故障很多情況下是受外力的影響而產(chǎn)生。由于很多通信光纜線路都在野外進(jìn)行鋪設(shè)，一般的埋設(shè)標(biāo)準(zhǔn)都是深入地層以下的，所以不能有效避免很多外界因素對光纜線路的破壞。

4.線路接頭處的故障

在線路接頭的地方最容易出現(xiàn)故障，這是因?yàn)榻宇^處的光纖對原有光纜結(jié)構(gòu)已經(jīng)不具備保護(hù)力或者保護(hù)力已經(jīng)明顯減弱，所以日常的運(yùn)行保護(hù)工作只能依賴于接頭盒進(jìn)行，這就導(dǎo)致故障的發(fā)生幾率大大增加。

其中通信光纜因外力的影響而造成故障的情況尤為頻繁，外力的影響包括：

1.城市的改擴(kuò)建

通過人的因素和機(jī)械的挖掘，造成對光纜的破壞。這種破壞往往是瞬間完成的，造成通信系統(tǒng)劣化告警時(shí)間短，往往造成通信系統(tǒng)呈突發(fā)性中斷，給后續(xù)的搶修和對涉及施工單位的協(xié)調(diào)工作難度比較大。

2.交通事故的破壞

交通事故對通信光纜的破壞，由于交通事故造成掛載通信光纜的桿塔損壞，通信系統(tǒng)傳輸劣化告警，在城市的桿塔上往往有好幾個(gè)運(yùn)營商的光纜掛在同一趟桿路上，造成搶修現(xiàn)場比較混亂，同時(shí)又要注意各方面的安全施工問題。

3.小動物對光纜的破壞

小動物對光纜的破壞也較為嚴(yán)重，這類光纜往往是在溝道或光纜隧道里的，光纜的外護(hù)套被小動物咬壞，造成光纜通道的部分或全部纖芯受損。

因此通信光纜需要利用有效的措施來減少光纖網(wǎng)絡(luò)故障及隱患，盡量降低光纖線路問題所造成的損失，保障光纖網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定、高效、安全的運(yùn)行。

本次主要針對外力影響通信光纜中的溝道光纜遭受小動物特別是鼠類破壞的情況進(jìn)行研討。

·光纜防護(hù)技術(shù)

出于生態(tài)保護(hù)和經(jīng)濟(jì)上等因素，光纜線路防鼠既不宜采取毒殺、捕殺等措施，也不宜如直埋光纜那樣采取埋深來進(jìn)行預(yù)防。因此當(dāng)前的光纜防鼠措施依然還需依靠光纜的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和材料變化來進(jìn)行預(yù)防。常規(guī)的防鼠方案有在護(hù)套中添加化學(xué)成分、采用多層護(hù)套鎧裝等方法

·物理防護(hù)

光纜使用金屬愷裝層都能起到一定防鼠的作用。如用金屬帶繞包或縱包以及壓鉛，壓鋁的方法，其中使用最廣泛的是用鍍鋅鋼絲或鋼帶將光纜愷裝起來。雙層金屬鎧裝的結(jié)構(gòu)用于防鼠，能有效地防止鼠類對光纜的破壞，但是同時(shí)也有研究表明，鼠咬痕跡使暴露在外界環(huán)境內(nèi)的鋼帶的加劇腐蝕，大多數(shù)光纜在不長的時(shí)間內(nèi)都會被侵蝕，這就是最好要采取不繡鋼帶的原因，但如果將不銹鋼帶分切并復(fù)膜后;其材料成本是常規(guī)鍍鉻鋼帶的5 倍，經(jīng)濟(jì)上不可取。

最為可靠的防鼠方法是將聚合物外套的光纜置于密閉的鋼管中，這種方法的缺陷是鋼管內(nèi)壁容易凝聚水分，甚至結(jié)冰，從而導(dǎo)致光纜損壞或傳輸性能惡化，此外，采用這種方法需要耗費(fèi)大量的鋼材。

有一種光纜結(jié)構(gòu)是在含有光纖的纜芯上繞包聚酯帶后再加裝一層金屬皺紋護(hù)套，該金屬護(hù)層材料是塑包鋼帶，它是由較薄的鋼帶和很薄的不透水的聚乙烯的鋁帶做護(hù)層材料，這種結(jié)構(gòu)可降低鼠害的破壞。

在國外有一種獨(dú)出心裁的防護(hù)方法，其光纜的金屬護(hù)套由一些截面呈三角形的獨(dú)立元件組成，當(dāng)光纜外表面上有機(jī)械力作用時(shí)，其中某一受力元件便立即相對于鄰近的元件白由地轉(zhuǎn)動一下。這種奇特的金屬護(hù)套可降低鼠害的破壞。

光電復(fù)合纜采用特制的屏蔽防護(hù)層，該屏蔽防護(hù)層是若干不同厚度的鋁套和鍍銅鋼套按照一定的順序交替疊合而成。由于結(jié)構(gòu)中的鋼制層十分薄，這種方法的可靠性差。

除了金屬防護(hù)以外，對于全橡塑光纜，增加護(hù)套的硬度可以達(dá)到防鼠的目的。所采用的護(hù)套材料有尼龍11、尼龍12、高密度聚乙烯或硬質(zhì)聚氯乙烯等。這些材料均無毒，并有好的防啃咬效果，但因柔軟性欠佳，在低溫施工時(shí)容易斷裂。

特別場合下運(yùn)行的非金屬光纜也可使用摩擦系數(shù)較小的芳香尼龍做護(hù)套，其護(hù)層單邊厚為0.5-2.5mm。該護(hù)套上可用塑料再附加一表面包層，這兩層必須緊密地粘結(jié)成一體，而防護(hù)層與含有光纖的纜芯應(yīng)用樹脂浸潰過的玻璃布帶隔開。

為使光纜免遭鼠咬，用介質(zhì)材料給光纜附加一個(gè)這樣的防護(hù)層層，該防護(hù)層是硬質(zhì)的薄壁外套上徑向向外伸出一些尖刺，它是采用加壓鑄塑成型的。由于存在這些堅(jiān)硬的針刺，鼠類便不能輕易接近光纜的表面。

玻璃纖維防鼠，由于玻璃纖維極細(xì)且脆，在鼠類噬咬過程中，呈粉碎狀的玻璃渣將傷及鼠類的口腔，使之對光纜產(chǎn)生畏懼感，達(dá)到防鼠的效果。

化學(xué)防護(hù)

化學(xué)毒劑（如：士的寧）可藥死鼠類，但它的使用畢竟受到一定限制，這是因?yàn)樵谏a(chǎn)光纜及使用中，藥劑的毒性對人以及動植物都有嚴(yán)重的危害。敷設(shè)未采取任何防鼠結(jié)構(gòu)的光纜時(shí)，也可以給周圍放置一些通用的對人畜安全的殺鼠藥餌或“電貓”，這種方法雖然簡單，但只能在短期局部采用。

也可以采用避鼠劑進(jìn)行防鼠，它既有良好的防鼠效果又不污染周圍介質(zhì)。避鼠劑的使用形式中，最簡單的方法是在光纜敷設(shè)周圍散撒藥劑，但可靠性差，且日久揮發(fā)藥物會失去效果，而將藥物涂刷在光纜表面，藥物分布均勻，但同樣存在上述不足之處，較為可靠的是將藥物混在某些高聚物材料中，給光纜附加一個(gè)避鼠防護(hù)層。

環(huán)己酞亞胺是一種常用的避鼠劑，在酸性和中性條件下，甚至在日光照射下，都很穩(wěn)定，但由于它呈弱酸性，與堿性物混合時(shí)迅速破壞。此外，二硫化二甲氨基甲酸叔丁基次磺酰胺也可用于避鼠。

在光纜護(hù)套中添加辣味素的方法。辣味素原本是從辣椒等天然物質(zhì)中提煉出的化學(xué)物質(zhì)，在小白鼠試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)鼠類對辣味物質(zhì)比較敏感，因此已被認(rèn)為是一種有效的驅(qū)鼠劑。商用的辣味素護(hù)套料是把一種類似的化學(xué)合成材料，按照一定比例添加到聚乙烯護(hù)套中。

由于添加劑可能出現(xiàn)水溶和遷移等問題，必須考察其在護(hù)套中的遷移和水溶效果，才能確定這類光纜的驅(qū)鼠時(shí)效。

國外已經(jīng)完成新型避鼠層的實(shí)驗(yàn)研究，是采用改性去氫松脂烯氯苯乙胺、三丁基一氯化錫，同時(shí)用乙烯基橡膠作為配制的基體，經(jīng)應(yīng)用試驗(yàn)證明可降低鼠害的破壞。

美國提出在光纜聚合物包皮的外表面上吹集一層含有一定數(shù)量銼離子的避鼠層，并且為了保護(hù)周圍介質(zhì)以及使這種活潑的物質(zhì)能長久完善地附著在光纜表面，在避鼠層外再松套薄薄的一層聚合物。

有些學(xué)者現(xiàn)在正進(jìn)行著采用錫和鉛的有機(jī)化合物做避鼠劑，并且將其混入二甲基二硫脲中制造防護(hù)層的研究工作。

·電子脈沖防護(hù)

防護(hù)、殺死、驅(qū)逐鼠類的方法是多種多樣的，如何經(jīng)濟(jì)、環(huán)保、有效地解決好鼠類對通信光纜的破壞有著十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。

相比較于其他防鼠光纜措施，新型復(fù)合光纜具備顯著的主動防止鼠咬破壞能力，在通信光纜防護(hù)層內(nèi)嵌入金屬合金線，可在光纜防護(hù)層形成高頻脈沖，對鼠類等破壞性較大的小動物具有震懾作用，有效解決了通信光纜被鼠類等小動物肆意破壞的問題，同時(shí)新型復(fù)合光纜防護(hù)層使用防火保溫的材質(zhì)，有效防止溝道火災(zāi)、凝冰等情況，特殊的包環(huán)狀結(jié)構(gòu)，可降低新型電子脈沖復(fù)合光纜的運(yùn)維檢修困難程度。有效地解決了通信光纜被鼠類等小動物肆意破壞的問題，提高了光纜使用壽命。

·新型復(fù)合光纜介紹

新型復(fù)合光纜是由是基于“周界阻擋、威懾反擊、智能報(bào)警”這一全新國際全新理念的新一代周界安全防范系統(tǒng)。

該系統(tǒng)彌補(bǔ)了辣味素護(hù)套、玻璃纖維光纜等傳統(tǒng)周界防范系統(tǒng)的弱點(diǎn)，具有物理屏障、主動反擊、延遲入侵、準(zhǔn)確報(bào)警、安全防護(hù)等級高等特性。

阻擋效果：脈沖電子光纜系統(tǒng)的前端光纜是一道有形的物理屏障，具有隔離阻擋作用；通過系統(tǒng)前端光纜導(dǎo)線上的脈沖信號對入侵者實(shí)施電擊，使其放棄入侵企圖，達(dá)到阻擋效果。

威懾效果：脈沖高壓信號聲對動物有直接的心理威懾效果；入侵者被電擊后也會形成心理威懾，從而達(dá)到威懾效果，有效減少入侵行為的發(fā)生。

報(bào)警功能：當(dāng)入侵行為造成系統(tǒng)前端光纜導(dǎo)線短路、斷線或主機(jī)出現(xiàn)故障時(shí)，立即發(fā)出報(bào)警信號及時(shí)進(jìn)行警情通報(bào)，便通信運(yùn)檢人員及時(shí)采取應(yīng)對措施。

·新型復(fù)合光纜的技術(shù)原理

·技術(shù)原理

新型復(fù)合光纜主要由高壓電子脈沖主機(jī)、電子脈沖光纜和后臺管理系統(tǒng)三部分組成，電子脈沖主機(jī)輸出脈沖電頻信號，分別有發(fā)射和接收兩部分，從而在光纜上形成正、負(fù)回路，當(dāng)入侵者觸碰到光纜時(shí)脈沖電壓值發(fā)生變化，從而電子脈沖主機(jī)產(chǎn)生光纜被觸碰報(bào)警信號。當(dāng)入侵者破壞光纜時(shí)電子脈沖主機(jī)發(fā)射的脈沖電頻信號無法接受，從而電子脈沖主機(jī)產(chǎn)生光纜斷裂報(bào)警信號。電源或電池能量不足時(shí)，電子脈沖主機(jī)也會發(fā)出報(bào)警信號。電子脈沖主機(jī)自檢，當(dāng)發(fā)生故障時(shí)，電子脈沖主機(jī)也會發(fā)出報(bào)警信號，最后傳至后臺管理系統(tǒng)進(jìn)行人機(jī)交互實(shí)現(xiàn)運(yùn)維人員能夠從網(wǎng)管上看到光纜報(bào)警點(diǎn)。

新型復(fù)合光纜在防護(hù)層內(nèi)嵌入金屬合金線，可在光纜防護(hù)層形成高頻脈沖，其有兩種規(guī)格：①高電壓（高壓：5KV—10KV，低壓：700V—1000V）②低能量（單個(gè)脈沖輸出的最大能量不超過5.0J）。

脈沖發(fā)生器（主機(jī)）通電后發(fā)射端口向前端金屬合金線發(fā)出脈沖電壓，時(shí)間間隔大約1.5秒發(fā)射1次，脈沖在金屬合金線上停留的時(shí)間大約0.1秒，前端金屬合金線上形成回路后把脈沖回到主機(jī)的接收端口，此端口接收反饋回來的脈沖信號；同時(shí)主機(jī)還會探測兩個(gè)發(fā)射端之間的電阻值。如果前端金屬合金線遭到破壞造成斷路或短路，脈沖主機(jī)的接收端口接收不到脈沖信號或兩個(gè)發(fā)射端之間的電阻太小，主機(jī)都會發(fā)出報(bào)警。

新型復(fù)合光纜的報(bào)警：通過新型復(fù)合光纜的工作原理可知，無論脈沖主機(jī)處于什么樣的電壓工作狀態(tài)，當(dāng)金屬合金線遭到破壞，接受端口無法收到脈沖信號，脈沖主機(jī)則會報(bào)警；同樣，當(dāng)兩根金屬合金線之間短路時(shí)，電阻非常小，脈沖主機(jī)也會報(bào)警。當(dāng)有鼠類等小動物啃咬光纜觸及金屬合金線時(shí)，脈沖主機(jī)會用安全能量的脈沖高壓將其擊退，同時(shí)發(fā)出報(bào)警信號。新型復(fù)合光纜的誤報(bào)率相當(dāng)?shù)牡停挥性诙搪?、斷線，拆主機(jī)時(shí)才會發(fā)生報(bào)警。

新型復(fù)合光纜可智能識別出報(bào)警位置并給予有效阻攔，同時(shí)脈沖能量在安全范圍內(nèi)，不會造成人身傷害。脈沖電子主機(jī)電壓輸出符合國際標(biāo)準(zhǔn)/國家標(biāo)準(zhǔn)的各種指標(biāo)，低頻低能量高電壓的脈沖電壓（5000V～10000V），脈沖電壓作用時(shí)間極短，不會給人造成傷害。

·組成結(jié)構(gòu)

電子脈沖光纜系統(tǒng)既可自成系統(tǒng)單獨(dú)使用，也可與第三方安全防范系統(tǒng)集成。圖1.1 為剖視圖。

圖1.2 為拼接結(jié)構(gòu)示意圖。

圖1.3 為側(cè)視圖。

圖中：1、主體；2、安裝管；3、安裝槽；4、合金線；5、防護(hù)殼；6、第一連接口；7、活動孔；8、螺栓；9、固定塊；10、第一密封墊；11、安裝板；12、第二連接口；13、螺紋孔；14、固定槽；15、第二密封墊。

·主要技術(shù)參數(shù)

脈沖電子主機(jī)的基本技術(shù)參數(shù)

a）輸出電壓峰值：5kV～10kV

b）輸出電流峰值：〈10A；

c）脈沖寬度（脈沖持續(xù)時(shí)間）；≤0.1s；

d）脈沖間隔時(shí)間：1s～1.5s；

e）脈沖輸出電量：≤2.5mC；（實(shí)際數(shù)據(jù)）

f）脈沖輸出能量：≤5.0J。（實(shí)際數(shù)據(jù)）

相對濕度：≤95%

適應(yīng)外部-45--+60 度溫度，

主機(jī)超低的耗能保證了主機(jī)長時(shí)間的低發(fā)熱，溫度不超過40 度

電磁兼容性：主機(jī)采用電容瞬間放電、高壓包升壓，所有外界的干擾源、高壓線對其無任何影響，同時(shí)主機(jī)產(chǎn)生的低頻高壓脈沖不會對外界產(chǎn)生電磁干擾。

·新型復(fù)合光纜發(fā)展前景

隨著電力通信技術(shù)在電網(wǎng)中的應(yīng)用日益壯大，網(wǎng)絡(luò)規(guī)模不斷地?cái)U(kuò)大，傳輸網(wǎng)絡(luò)中電力光纜物理故障所帶來的損失越來越大。因此，對電力通信傳輸網(wǎng)絡(luò)安全性的要求也在不斷地提高，而隨著SDH、OTN 以及數(shù)據(jù)網(wǎng)的等傳輸技術(shù)的發(fā)展，傳輸設(shè)備穩(wěn)定性的提高，制約傳輸網(wǎng)絡(luò)安全性的主要因素逐步向電力光纜線路的抗風(fēng)險(xiǎn)能力。目前，電力通信網(wǎng)主要是光纖覆蓋為主，而光纖通道在整個(gè)電力通信網(wǎng)中有扮演者承載各種通信業(yè)務(wù)的重要角色。

新型復(fù)合光纜具備以下優(yōu)勢：

1.安全效益

新型復(fù)合光纜相對于傳統(tǒng)周界安防產(chǎn)品，它具有更多的優(yōu)越性：如傳統(tǒng)的辣味素或玻璃纖維對外來入侵者能起到一定阻擋作用，但始終會造成光纜本體的損壞。而新型復(fù)合光纜在起到阻擋作用的同時(shí)，即使受到入侵也對光纜本體無傷害，能夠同時(shí)實(shí)現(xiàn)阻擋、威懾和報(bào)警。

2.經(jīng)濟(jì)效益

新型復(fù)合光纜基于脈沖機(jī)制，抗干擾能力強(qiáng)，適用范圍廣，并可以快速有效判斷故障點(diǎn)的位置，可降低故障發(fā)生率及維修時(shí)間，有效降低維護(hù)和人力資源成本，提高電力光纜系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

3.社會效益

新型復(fù)合光纜集強(qiáng)力阻擋、威懾反擊、智能報(bào)警功能于一體，適應(yīng)復(fù)雜地形環(huán)境，實(shí)施方便，可靠性高，克服了傳統(tǒng)的紅外、感應(yīng)、振動光纜等技術(shù)缺陷，報(bào)警基本不受氣候、地形、樹木、小動物等影響，最大程度降低對周圍環(huán)境的影響，為公司和社會創(chuàng)造了可觀的無形價(jià)值。