劉 毅,殷加勝,劉 震

(1.武漢長飛智慧網(wǎng)絡技術有限公司,湖北 武漢 430000;2.廣東粵海珠三角供水有限公司,廣東 廣州 510000)

0 引言

珠江三角洲水資源配置工程從西江鯉魚洲取水,經(jīng)鯉魚洲、高新沙、羅田3 級泵站加壓,輸水至南沙區(qū)的高新沙水庫、東莞市松木山水庫和深圳市公明水庫,輸水線路全長113.2 km,其中盾構隧洞長84.9 km。 該工程以打造新時代生態(tài)智慧水利工程為建設目標,項目建設過程中在建光纜存在多種被損壞的風險因素,需要在光纜建設過程中設置OMS 系統(tǒng)提高光纜建設安全性及運營穩(wěn)定性。

1 珠江三角洲水資源配置工程光纖自動監(jiān)測需求分析

1.1 光纜建設方案

珠江三角洲水資源配置工程中盾構隧洞段落采用在輸水管道內及輸水管道外各敷設一條光纜的方案。輸水鋼管安裝前,在隧洞壁的自密實混凝土內預埋一根硅芯管;利用水流敷設法,在硅芯管內敷設一條36芯GYFY 光纜,相鄰工作井中間無法設置手井,光纜需要一次性敷設;光纜敷設完成后再進行輸水鋼管安裝。輸水鋼管安裝好后,在管內行車道下預埋一根硅芯管,并每隔150 m 設置一處手井;利用牽引法,在硅芯管內敷設48 芯GYTA53+33 光纜。

1.2 光纖自動監(jiān)測需求分析

1.2.1 施工期光纖自動監(jiān)測需求分析

本工程盾構隧洞的輸水管道采用直徑4.8 m、單根長度12 m、重量45 t 左右的不銹鋼鋼管,且外部有加強筋。 鋼管安裝過程中存在3 類風險因素:運輸安裝過程中鋼管與光纜或保護管碰撞造成的損壞、鋼管焊接對光纜或保護管的損壞、自密實混凝土澆灌對光纜或保護管的損壞。 3 類風險因素對硅芯管的損壞無法實時監(jiān)測,因此整體施工工序為光纜敷設完成后再進行輸水鋼管安裝,在各段落光纜敷設完成后立即配置0MS 系統(tǒng)進行實時自動監(jiān)測,可以實時監(jiān)測到損壞并告警通知,以便立即進行搶修或替換,從而確保整體工程完工后光纜能全程聯(lián)通。

1.2.2 運行期光纖自動監(jiān)測需求分析

運行期輸水管道內行車道下敷設的光纜(48 芯GYTA53+33 光纜)和輸水管道外自密實混凝土內敷設的光纜(36 芯GYFY 光纜)均需要進行實時自動在線監(jiān)測,需要配置OMS 系統(tǒng)實時監(jiān)控光纖狀態(tài),及時告警,提升通信系統(tǒng)的可靠性。

2 光纖自動監(jiān)測系統(tǒng)技術簡介

2.1 光纖自動監(jiān)測系統(tǒng)組成

光纖線路自動監(jiān)測系統(tǒng)(OMS)是集光纖在線監(jiān)測、告警、故障分析、定位于一體,結合地理信息系統(tǒng),為光纜網(wǎng)絡的安全高效運行提供保障,從而實現(xiàn)光纖物理網(wǎng)絡資源的實時智能監(jiān)控和維護管理。 系統(tǒng)由光纖線路監(jiān)測設備(RTU)、網(wǎng)管服務器、網(wǎng)管軟件、監(jiān)測終端等構成。 其中,光纖線路監(jiān)測設備(RTU)由光功率監(jiān)測單元(OPM)、光時域反射儀(OTDR)檢測單元、光開關(OSW)[1]等構成。

2.2 OMS 系統(tǒng)在線監(jiān)測原理

OMS 系統(tǒng)基于光時域反射儀(OTDR)技術,即光脈沖信號沿著光纖傳輸時,各處瑞利散射的背向散射部分將不斷返回至信號入射端,當光信號遇到衰減時,就會產(chǎn)生菲涅爾反射,其背向反射光也會返回光信號入射端,通過光耦合器和光電探測器檢測到輸入端的背向光的大小和到達時間,就能定量地測量出光纖的傳輸特性、長度及故障點,結合光功率監(jiān)測單元、光開關等實時監(jiān)測光纖鏈路質量并進行故障快速定位。OMS 系統(tǒng)工作一般分為3 個步驟[2]:收集信息、對收集的數(shù)據(jù)進行分類和綜合分析、對數(shù)據(jù)進行判斷和分析輸出報表或告警。

2.3 OMS 系統(tǒng)監(jiān)測方案

2.3.1 備纖輪巡監(jiān)測方案

用OTDR 對備纖按照測試計劃做輪巡檢測,同時RTU 將實測曲線數(shù)據(jù)與參考曲線數(shù)據(jù)自動進行比較,當超過設定門限時,即產(chǎn)生告警。

2.3.2 備纖光功率監(jiān)測方案

在備纖末端加入光源,進行光功率監(jiān)測。 當光功率下降到設定門限值或出現(xiàn)較大衰減時產(chǎn)生告警,RTU 根據(jù)來自OPM 的告警信息,啟動OTDR 對該纖芯進行檢測。

2.3.3 業(yè)務纖在線監(jiān)測方案

通過波分復用技術(WDM)把OTDR 檢測波長與業(yè)務波長合波到被測纖芯,在末端通過濾波器把OTDR檢測波長濾除,另1 芯用分光器分出1 路監(jiān)測光功率,同時實現(xiàn)OTDR 在線檢測且不影響業(yè)務的傳輸。

2.3.4 跨中繼段監(jiān)測方案

通過WDM 和濾波器對一個光纜段以上(中繼段較短、組成網(wǎng)較復雜的光纜線路)的光纜線路進行遠程在線光功率監(jiān)測及OTDR 檢測。

2.3.5 光路自動切換保護監(jiān)測方案

光纖通信線路自動切換保護系統(tǒng),完全獨立、可對光物理鏈路自動監(jiān)測保護。 當光路損耗增大導致通信質量下降或光路中斷時,系統(tǒng)網(wǎng)管發(fā)生相應告警,并立即下發(fā)保護倒換指令,將受損光路保護倒換至備用光纖(倒換時間≤50 ms),迅速恢復業(yè)務通道至正常狀態(tài)[3-4]。

3 施工期OMS 系統(tǒng)設置方案

3.1 施工期監(jiān)測方案

本工程共有7 個土建標段涉及盾構隧洞施工(標段編號分別為A2,A3,A4,A5,A6,A7,D2),施工期采用OMS 系統(tǒng)的備纖輪巡監(jiān)測方案。 整個監(jiān)測周期從光纜敷設完成到輸水管道完成驗收交付使用,采用24小時實時在線監(jiān)控。 監(jiān)控數(shù)據(jù)通過施工現(xiàn)場臨時寬帶網(wǎng)絡或者5G 網(wǎng)絡上傳。 運維或管理人員通過手機或電腦客戶端可實時查看光纖線路參數(shù),第一時間獲得故障告警信息。

3.2 監(jiān)測節(jié)點設計

根據(jù)土建施工計劃以及各標段工作井的設置情況,光纜建設過程中需要設置4 個監(jiān)測節(jié)點,配置7 套光纖自動監(jiān)測設備。 各監(jiān)測節(jié)點設置的位置及監(jiān)測方案如表1 所示。

表1 OMS 系統(tǒng)監(jiān)測節(jié)點設置

3.3 監(jiān)測設備設置

根據(jù)監(jiān)測節(jié)點的設計,在節(jié)點1,2,3 處各設置2臺光纖監(jiān)測設備(OMS),分別向東和向西兩個方向進行監(jiān)測;在節(jié)點4 設置1 臺光纖監(jiān)測設備(OMS)向東進行監(jiān)測;光纖監(jiān)測設備配置8 通道OTDR 監(jiān)測單元。

4 運行期OMS 系統(tǒng)設置方案

4.1 運行期監(jiān)測方案

對運行期干線光纜的監(jiān)測采取備纖實時監(jiān)測的方式,如圖1 所示,在干線光纜的備用光纖末端加上穩(wěn)定光源,向備纖發(fā)送光信號,在測試端進行光功率監(jiān)測。當光功率下降到某一門限值或出現(xiàn)較大的衰減時產(chǎn)生告警,光纜監(jiān)測設備根據(jù)來自光功率監(jiān)測單元的告警信息,聯(lián)動OTDR 單元及時對相應光路進行檢測,結合地理信息系統(tǒng)給出精確的故障點,方便維護人員及時排除光纜的故障。

圖1 運行期OMS 系統(tǒng)監(jiān)測方案

在運行期,OMS 系統(tǒng)利用輸水控制系統(tǒng)建立的網(wǎng)絡傳輸監(jiān)測數(shù)據(jù)。 用于運行期干線光纜監(jiān)測系統(tǒng)的網(wǎng)管平臺軟件可以與該工程搭建的智慧監(jiān)管系統(tǒng)、計算機監(jiān)控系統(tǒng)等在線監(jiān)測系統(tǒng)對接,并接入水資源配置工程監(jiān)控調度中心,實時展示運行狀態(tài),并及時監(jiān)測預警。

4.2 運行期監(jiān)測節(jié)點設計

光纜建成運行期需要設置3 個監(jiān)測節(jié)點對本工程的干線光纜實施監(jiān)測。 第1 個監(jiān)測節(jié)點設置在高新沙水庫進庫閘處,對高新沙水庫進庫閘至鯉魚洲泵站的3條干線光纜進行實時監(jiān)測,監(jiān)測中繼段長約42 km。

第2 個監(jiān)測節(jié)點設置在高新沙水庫泵站處,對高新沙水庫至南沙黃閣水廠光纜、高新沙水庫泵站至高新沙水庫調控室光纜、高新沙水庫泵站至沙溪高位水池光纜進行實時監(jiān)測。 第3 個節(jié)點設置在羅田水庫泵站處對羅田水庫泵站至沙溪高位水池光纜、羅田水庫泵站至松木山水庫光纜、羅田水庫泵站至公明水庫光纜進行實時監(jiān)測。

4.3 監(jiān)測設備設置

根據(jù)各節(jié)點的監(jiān)測范圍,在高新沙水庫進庫閘、高新沙水庫泵站、羅田水庫泵站機房3 個監(jiān)測節(jié)點設置處各裝置1 臺8 通道光纜監(jiān)測設備(配置8 通道OTDR監(jiān)測單元,8 通道光功率監(jiān)測單元)。 在鯉魚洲泵站、沙溪高位水池機房分別裝置1 臺4 路穩(wěn)定光源(OLS),在高新沙水庫泵站、高新沙調控室、南沙黃閣水廠、沙溪高位水池、松木山水庫、公明水庫機房分別裝置1 臺2路穩(wěn)定光源(OLS)。 在高新沙調控室機房裝置網(wǎng)管服務器,OMS 系統(tǒng)對運行期干線光纜監(jiān)測需占用每根光纜中的2 芯空閑纖芯(即備用纖芯)。

5 結語

(1)在大型輸水隧洞工程中,輸水管道外建設光纜場景情況下通信管道在自密實混凝土中預埋后,由于沒有很好的檢測手段,在后續(xù)施工中很容易被損壞而未及時發(fā)現(xiàn),導致光纜無法敷設。 采用通信管道預埋后先布放光纜,然后通過OMS 系統(tǒng)間接實現(xiàn)通信管道的監(jiān)測。 該監(jiān)測方案適用于施工現(xiàn)場環(huán)境復雜、施工周期長、后續(xù)檢修或返工困難的工程場景。

(2)OMS 系統(tǒng)在大型輸水隧洞工程中實時監(jiān)測工程中已敷設的光纜,采用備纖輪巡方案,光纜敷設后快速部署監(jiān)測設備,并可隨著光纜的敷設進度逐步擴展監(jiān)控段落;可有效控制光纜布放質量,及時發(fā)現(xiàn)后續(xù)施工造成的光纜損害,通過5G 等技術手段上報告警信號,指導施工人員及時檢修、更換損壞的光纜,從而提高光纜建設安全性及運營穩(wěn)定性。

(3)OMS 系統(tǒng)在通信網(wǎng)絡運行期,可通過對備用纖芯的實時監(jiān)測,及時發(fā)現(xiàn)光纖線路的故障并快速定位、指導維護。