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海底光缆维修过程

(2012-03-18 11:26:53)
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海缆船去维修前要先向相关部门申请许可,先获得维修海域的许可,只有得到许可,才能在故障海域进行海缆维修。海缆船在维修之前要先到备件仓库加载备缆和KIT,KIT在备件仓库一般分系统存放,每个海缆系统采用的厂家不同,KIT就不同,而且同一系统不同缆型的KIT也不同。海缆维修船一般会装载比维修更多的备缆,以防在维修过程发现第二个断点。在故障点缆型交越处区域,为谨慎,海缆船一般还要装载两种类型的备缆(因为断点不确定在处于哪一段缆型中)。海缆维修船在船航行有个驾驶室来控制航线,还有个控制台在维修期间控制船位从而实现微调(比如左右移动或者船体旋转等)。浮标很大,很难打捞,一般是用一段绳子系在浮标上,再在这段绳子上每隔一定距离放一个浮球,到时打捞浮球这一段。海缆修理完冲埋的时候冲埋final bight(第二个接头处)那一段是最难的,因为是弯曲的(有点像Ω型),速度要比较慢,不像直线的海缆冲埋比较快。为什么会有final bight弯曲的地方(修理好的海缆长度也比以前要长),那是因为海缆是在海上的维修船进行接续,而不是在海底海床处进行维修接续,把故障海缆切断后两端海缆各自拉上水面后,这两端距离就是2倍水深左右,这个2倍左右水深的缆要用备缆来连接。所以海缆修理完毕,会比之前长2倍水深的缆,修理船将海缆接好以后放到水中时,不会一下就放到海底,而是先用绳子拉着刚修理好海缆,让海缆登陆站进行测试(final bight test),测试结果满意后才将海缆释放到海底。CD是切割海缆,切割可以用带有切割刀的锚,也可以用ROV来切割(如果海底不浑浊)。过后是HD1(捞起海缆),先捞起的那端来做浮标(此处是过后的第二接头位置),做浮标前要测试该段缆和接着封闭该端后才做浮标。再之后是HD2(捞起海缆另外一端)并测试去掉不好的部分后开始在这端接上第一个接头。维修船在做最后接头时,先是fiber wrapping,fiber wrapping完成后海缆站开始第一次测试(也叫before molding test),测试通过后就注塑(molding),注塑完成后会让海缆站进行第二次测试(也叫after molding test),海缆站测试通过后船会完成最后封装并进行final bight,并让海缆站进行第三次即最后一次测试(final bight test)。修理前船要先去码头装载备件,修理完成后要卸载多余的备件。注意一点,修理前船要获得施工许可。由于整段海缆可能有不同的缆型,比如SA,LWP,DA等,对于不同缆型维修需要用不同的UJ kit(接头盒),海缆维修船出发前都会带上多个不同类型的UJ kit(接头盒),以防在海缆维修中发现多一个断点,或者说通过海缆站的故障定位是一个缆型,实际故障位置有点偏差,而处于另外一个缆型上(特别对于缆型变化处区域的海缆故障)。原则上,备缆缆型需要和故障的、要被替换的缆型保持一致,特殊情况下,LW缆型可用LWP缆型替换,而SAL缆型可用SA缆型代替。海缆船在测试COTDR的时候,为了防止海缆站的光干扰,会让海缆站拔掉CTB与海缆连接的光纤。

http://s3/mw690/001Nmgobzy7ainnKC5Qa2&690

 

因台风、海啸以及渔船等导致海缆中断的风险,与陆缆路由可形成多路由备份。

海底部分发生故障,就要出动海缆船进行维修.我们知道,深海的海缆受人类活动较小,往往没有埋设要求,通常使用没有铠装的轻型海底光缆。而在浅海区,由于人类活动如捕捞、航运的不断发展,海缆容易遭受破坏,通常进行深度不等的海缆埋设保护。一般而言,浅海区采取埋设海缆,在深海区采取铺放海缆。深埋有个长度距离和深度的问题(埋设深度一般为0.5米至3米)。ROV(水下机器人)与埋设犁是进行海底光缆埋设的常用工具。ROV能够在海底自由游走和精确定位。铺放一般靠海缆自重敷设在海底表面。

 

可切换BU允许BU的电路径的切换从而进行系统重配,从而故障段落没有电而其他正常段落有电供应,使得海缆维修船可以进行维修。万一故障段落变得有电,维修时在回收的海缆上会有高电压,为了减少电击危险,回收的海缆在船上维修人员处理前会先接地,这时需要用到PGU(Protection Grounding Unit) 设备。在PGU维修期间,船上电源安全官对系统的供电安全有着控制权。PGU的首要功能是提供接地线路,其次通过可视和可听的告警提示警告船上维修人员,有电要过来了。如果有明显电流(比正常的地电流大)被检测到,说明系统出现故障,此时船上维修人员要停止海缆维修工作并远离海缆,同时要联系终端站看是什么原因。

 

补给码头像登陆站一样,是海缆系统的不可缺少的部分。备件补给码头由他方投资建设,一般上某些电信运营商也会参与投资建设。补给码头存放和看管海底设备的备件。

根据维护区协议,某一段海缆或者某一区域的海缆故障,由哪些海缆船按优先顺序去维修都有定义。针对某一段海缆或者某一区域的海缆故障,也会事先指定谁是维修协调员。RC负责海缆维修的协调,主要包括海缆船的派遣和释放等工作与海缆船的沟通。

海缆发生故障,需要海缆船维修,必须准确判定故障位置。有些监控设备只能定出哪个中继段出的故障,而不能判定具体公里数。

 

为什么在海缆修理前还需要海缆站发送25HZ音频信号供海缆船定位呢?

 

海缆故障发生后,海缆站会通过相关的故障定位方法(比如COTDR或者网管或者相关估算法)得出故障点的具体位置,海缆船会根据这个信息驶向该海域,到达具体位置后,由于海缆在海底,看不到,不能随便下放切割设备就切断海缆,虽然根据RPL可初略知道海缆位置(但不是精确位置),由于海缆在海底长时间受一些因素影响,海缆会可能略微偏移RPL所标示的位置,这里可以这样来比喻:要你到某个取东西,只给你了路牌号,但该位置有好几层楼,你虽然达到该路牌位置,但由于不知东西是哪一层,操作起来就比较盲目。通过ROV和25HZ信号探测法就可精确定位在哪一层。精确定位有很大的作用,一是节省维修时间,还有一个很重要的作用,当故障点海缆处于多条海缆的交越处,你通过25HZ精确定位就可避免伤及其他海缆,如果你不知道故障海缆的精确路由和位置,就下放工具打捞和切断,很可能会影响其他海缆的业务。但不是每次维修都能运用25HZ信号精确定位,在故障点离海缆站500公里之外的故障就无法运用此方法,此时,切断海缆要更加谨慎,比如在海缆交越处,就要在交越点之前或者之后几公里来切断,以保证业务安全。一句话,如果不用25HZ信号等精确定位方法,使得船在切断(CUT)时危险性比较大,比如可能勾起或者CUT到其他海缆(交叉区附近)。由于各种原因(比如测试方法、海缆在海底的漂移),测算点与实际故障点有一定的差异,还需要进一步的精确定位,这就需要用到25HZ信号定位法(为了在茫茫大海上准确找出海缆的具体位置)。

总之,通过25HZ信号法,海缆船就知道故障海缆在茫茫海底的精确位置,也可知道故障点在海底的精确位置,可以切断海缆在最合适的位置,对故障点在交越区附近,还可以做到不伤及其他在用海缆。如果精确定位方法都用不了,船只能根据最新的RPL来修理海缆(RPL提供大体上的海缆路由位置),但此时维修风险性就比较大,还可能导致维修比较耗时。再用一个例子来比喻,告诉你某个位置海底下面有个球,但你在这个位置伸手下去捞,不一定能捞到,因为球可能漂移了,通过精确定位法(比如25HZ音频法)就可知道球具体漂移到哪个位置了。正因为该方法可精确知道海缆在海底的具体位置,所以25HZ信号音频法也常用于海缆的后冲埋中。

其实可以这样来理解,海缆站提供的海缆故障点“具体位置”对海缆维修工作还不够“具体”。实际海缆维修需要的是精确的位置,而不是具体的位置。COTDR结果提供的故障位置有利于海缆船驶到相关海域位置,COTDR数据越精确,25HZ定位花的时间将会越少。一般要求海缆船到达故障点之前海缆站需要提供精确的位置,以便船直接驶到故障点海域。如果故障点离海缆站比较远(一般400-500公里外)或者故障点处水深比较深,25HZ TONE法就不适用。

对于不适用25HZ的情况,海缆船根据海缆站提供的COTDR结果和RPL的信息,会进行sounding run来测试故障区域水深,从而对RPL的再次确认,直接把海缆捞起来(有时会根据之前维修信息)

 

V/I故障点位置估算(精确度一般)-------》COTDR测试结果表明故障位置(相对V/I法精确度更精确,使得海缆船可以驶到该位置)--------》25HZ故障探测法(有利于海缆船在大海中找到故障点的物理位置)

 

 

通过25HZ信号和探测仪(比如ROV)可找到破损光缆的精确位置。

下面谈谈海缆船如何进行故障点的精确检测(DT-detected)、切断(CD-cutting drive

海缆船使用25HZ信号探测方法只适用于海缆中供电导体出现故障的海缆故障。由海缆站发送25HZ音频信号(Tone)至海缆,25HZ音频信号通过海缆中的铜导体进行传送,在(铜)断点处(故障点处),25HZ音频信号不能继续往下传,从而使25HZ信号检测器或者ROV在故障点前能检测到信号,在故障点后不能检测到信号。从检测仪器或者ROV反馈的信息我们可得出精确故障位置。

http://s14/middle/6214065bgc08b862dc8dd&690 

船通过绳拉着25HZ信号检测器并将25HZ信号检测器放入海底,绳长度比水深长,这样保证25HZ信号检测器能触碰到海底(海缆),如上图示:船第一次由南驶向北在A处,依此为B、C、D。船第三次由南向北后,便可判断故障点在B与C之间。但为了更小的缩短故障段实现精确定位,船在D处再次选择由南驶向北,根据信息,而把故障段定位在B与D处(缩小了范围)。缩小了范围后,可放ROV(带有25HZ探测器)下去进行精确的故障定位,从而ROV确定打捞即HD(holding drive)的位置,如果海底清晰的话,还可以用ROV切割海缆。

当把故障段缩小到小范围后,便可在这一故障段范围内下放ROV,由于ROV本身带有25HZ信号检测器,ROV可走到故障点附近(25HZ信号由强—>弱-零),由ROV在适当位置切断海缆。当天气不适合下放ROV时,可由带刀刃的Grapnel切断海缆,这时要经过更加多次的检测(DT),以便尽量缩短距离(故障段),使得CD点(切断点)尽量靠近故障点。

海缆故障后哪边先放浮标,有业务存在的那边或者说还有电存在的那边先做浮标,没电的那边先做第一个接头(不用PGU),当捞起浮标做第二个接头就要使用PGU(是有电存在的那边使用PGU),PGU接在之前系浮标那端海缆。如果有电(BU三脚有其中两脚有电)的那边先做接头,那么维修过程做两个接头的过程中都要使用PGU。

PGU的应用,为什么在修理的时候或者说某些步骤需要使用PGU?

PGU目的是保护船上人员安全,当有电流过来时,船上设备会告警,人员可以快速撤离测试。使用PGU可以预防从加电的业务段来的电涌现象导致船上人员安全受到威胁,正常情况下,海缆船只有一个PGU。使用PGU会延长维修时间。

海缆修理的电源重配

为了海缆船维修的安全进行,需要进行电源重配置,因为维修前海缆站的PFE还可能供电到断点。

对于没有分支站的环形网络,直接关闭断点的两个端站的电源就可。

对于鱼骨形海缆结构,分支站一般供电到BU,在海缆船开始维修前直接关闭该分支站的PFE就可,不需电源重配。对于环形网络而主干路由故障的情况,也常需要电源重配。重配会影响到海缆故障后重配前没有影响的业务,因为电源重配要求一些站点都关闭电源,所以这些无辜的业务会影响到。

对于鱼骨形海缆结构,海缆故障点在主干上的情况,由于可能业务在海缆发生后还没受到影响,由于维修需要进行电源重配,电源重配会影响到无辜的业务(因为需要该段所有站关闭PFE),所以电源重配前这些无辜的业务比较重要的话也会先切换到恢复(保护)路由。

心里要清楚,海缆故障后电源重配前什么业务受影响,电源重配过程什么业务受影响,电源重配后什么业务受影响,维修完毕电源还原后业务情况等。有时这几个阶段受业务影响情况不一样。海缆船到达现场开始维修时间与电源重配的时间间隔就要谨慎考虑。有时电源重配前后受影响业务情况一样,有时电源重配前后受影响业务不一样。有时电源重配后业务影响的更多了(比如由于使用PGU导致南段或者北段所有站断电),如果当电源重配前后受影响业务情况不变,电源重配后要马上开始维修就不那么严格要求,如果电源重配后影响的业务比重配前更多了,这就要求电源重配后尽快开始海缆维修,尽快完成修理。电源重配后至修理完毕后,就要开始电源配置的还原。一般维修完毕且电源配置还原后,所有业务都恢复。有时修理完毕,电源没还原到正常模式,也可以使得业务全部恢复(相关故障站点供电到BU)。

在海缆船到达维修地点开始维修前,相关海缆站要执行电源的配置,使得海缆维修人员的安全得到保证。有时候电源重配完成后海缆船第二天就达到修理现场,有些情况下,海缆船在电源重配完成后的第5天才到达修理现场。所以电源重配完成与海缆船到达现场的时间间隔不是确定的。下面分几种情况来讨论:

1、故障点在两个站之间,两站间没有BU

2、故障点在海缆站与BU 之间

3、故障点在两个BU之间

 

 

海缆船先切断海缆,在捞起海缆到船上,先捞起来的做浮标(为以后的第二个接头)。对于一边BU另一边海缆站的海缆段故障的情况,一般海缆站在维修期间下电。维修一般先捞起BU那侧的海缆(浮标),因为那样维修全程接头只需一次PGU操作(第一次接头不用而最后接头才需要PGU)。如果先捞起海缆站侧的海缆,维修全程需要两次PGU(第一个接头需要PGU,第二个接头也需要PGU)。PGU操作会占用更多的时间,所有能少用PGU就少用。如果故障点两边都没有BU,那先捞起哪一侧海缆没讲究。对于两边都是BU的海缆,如果不中断某一子段全部业务,两边业务都存在的话那需要两套PGU(PGU放在有可能电过来的那一侧),一般情况是要求一段(南段或者北段,有可能是几个站都下电)下电(故障点左边或右边的所有站都下电),另外一段用PGU操作(船上一般只有一套PGU设备)。 UJ指的是通用接头一种技术规范,UC指更换BU所用到的一种技术规范,UJ-jit指做接头所用到的材料,JB(jiont Box)指已经做好的的接头。

 

深海维修一般不用放25HZ信号,根据COTDR结果和RPL和船GPS定位情况,直接切断海缆,由于深海的误差可以大一点,捞起点不能太靠近故障切断点,否则捞不起来,一般要砍掉2倍水深的海缆,当水深深,可以砍的距离长,维修船操作误差可以大一点。两端一端做IR测试,另一端就要Open circuit(海缆船做IR,对端站Open circuit或者两站之间一个站Open circuit另一站做IR).维修过程可以船上供电到海缆站。

海底光缆之间的连接可以用海底光缆连接盒(简称JB)来连接。维修需要将光缆拉上船,在船上实现光缆接续,产生接头。

http://s3/middle/6214065bgbcc7b58f9b82&690

Out of service supervision 中止业务监视,在中断业务的情况下进行监控判定。

In-service supervision在线监视/运行中监视,在不中断业务的正常情况下,监视系统是否良好状态运行。

 

当光缆断裂,可以用光时域反射计OTDR(Optical time domain reflectometry)判定断点位置。

电压电流估算双方站电流一致才来估算比较准确

 

OTDR是根据后向散射光的有无来检测光纤的断裂,在中继器中设置迂回电路,将对置的光传输线路用于后向散射光路

 电路恢复---RING倒换(通过拔卡或者光纤)---电源重配

 

没有埋设的海缆维修过程如下:

1.海缆故障发生后,维修协调方把海缆故障信息发给相关方(包括海缆船公司),请求派海缆船维修(船确定后会给出POW和MOP)

2.海缆船从停靠码头出发到海缆备件补给码头取维修所需备件

3.海缆船装着备件来到海缆故障地点海域

4.通过ROV(水下机器人)来进行精确故障定位,这时相关海缆站要发送25HZ音频信号供ROV检测。如果无法使用25HZ音频信号定位,通常海缆船也会使用其他探测海缆的技术方法来探测海缆(比如金属探测法)。维修过程,海缆站会根据海缆船的PSM要求,完成相关操作.

5.精确定位故障点后海缆船会切断海缆并捞起一端的海缆放到船上,系上这端海缆的浮标并放入海中。

6.船移动到另一端的海缆位置并打捞起海缆来,测试这段海缆并根据需要切掉一小段海缆,接着船上完成第一个接头(JB)工作,同时向浮标那头布放备缆。

7.到浮标位置后,测试浮标那一段的海缆并根据需要切掉一小段海缆,并完成第二个接头。

8.海缆船拉着海缆供海缆站测试,海缆站测试结果OK后海缆船释放海缆入海底。

9.船驶回母港,并发布维修报告和相关数据资料。

至此,全部维修完毕,海缆船离开维修地点。

 

ROV常用于海缆的后冲埋(后冲埋--对已敷设在海床上的光缆进行深埋),其配备的探测仪和潜水高压水泵,能轻易地找到敷设在海床表面的海缆,控制冲枪沿海缆进行来回多遍冲埋形成一定宽度的沟槽,以达到埋设效果。

 

对于故障海缆有深埋的情况,海缆维修过程如下:

1.海缆故障发生后,维修协调方把海缆故障信息发给相关方(包括海缆船公司),请求派海缆船维修(船确定后会给出POW和MOP)

2.海缆船从停靠码头出发到海缆备件补给码头取维修所需备件

3.海缆船装着备件来到海缆故障地点海域

4.通过ROV(水下机器人)来进行精确故障定位,这时相关海缆站要发送25HZ音频信号供ROV检测。如果无法使用25HZ音频信号定位,通常海缆船也会使用其他探测海缆的技术方法来探测海缆(比如金属探测法)。精确定位到故障点后,ROV会将埋在泥中或沙中的海缆挖出,维修过程,海缆站会根据海缆船的PSM要求,完成相关操作.

5.精确定位故障点后并挖出海缆后海缆船会切断海缆并捞起一端的海缆放到船上,系上这端海缆的浮标并放入海中。

6.船移动到另一端的海缆位置并打捞起海缆来,测试这段海缆并根据需要切掉一小段海缆,接着船上完成第一个接头(JB)工作,同时向浮标那头布放备缆。

7.到浮标位置后,测试浮标那一段的海缆并根据需要切掉一小段海缆,并完成第二个接头。

8.海缆船拉着海缆供海缆站测试,海缆站测试结果OK后海缆船释放海缆入海底。

9.对修复好的光缆,根据海缆站发送的25HZ音频信号,ROV(水下机器人)得出海缆在海底的精确的路由及位置并进行冲埋操作(由机器人的高压水枪冲出一条沟,将修复好的光缆埋设进去)。

10.船驶回母港,并发布维修报告和相关数据资料。

至此,全部维修完毕,海缆船离开维修地点。

 

 

ROV可以检测到深埋的海缆的音频信号,断点处,音频信号就检测不到

 

DT(fault detected)故障定位 

CD(cutting drive)切断

HD(holding drive)打捞,有些也叫DG(drive grapnel),在CD切断后要用HD或者DG捞起切断点两侧的海缆,有时由于是地震原因导致海缆中断,还有可能由于被泥土覆盖导致很难捞起这段海缆

JB(joint Box)接头盒,分第一个接头和最后接头

IS(initial splice)第一个接头

FS(final splice)最后接头

IR(insulation resistance)绝缘电阻测试

 

相关海缆站发送25HZ音频信号供ROV检测用于海缆后冲埋。

系统控制站控制某一海缆段的电源重配工作,各站会加入会议电话按照一定供电步骤使得BU内部供电结构发生改变,达到供电路径改变的目的。对于shunt fault故障,一般至少要在船维修前给出故障的中继段。

 

海缆维修完成之后海缆总长度会比维修前长,因为最后测试时船要悬挂着海缆供海缆站测试。海缆维修后增加的长度一般等于砍掉的海缆长加2倍水深的长度。维修完的海缆放下去会有一个弯曲的弧度形。

http://s5/middle/6214065bgc00ee6ff30d4&690

海缆船在维修过程做的测试有

1、OTDR,看海缆里面光纤的情况

2、IR测试,看海缆绝缘层的情况,看有没损坏,会要求海缆站open cable head,IR得到的数值要越大越好。

3、CR测试(condutor resistence),看海缆里面铜导电体的情况,看铜的阻值大小,会要求海缆站short circuit

 DC测试包括IR,IC,CR测试,测试通过注入小电流(中继器不会工作),DC 可以采用仪表直接读出读数也可以用PFE的电压/电流法得出。

 

海缆船会通过海缆站得出的故障位置(估算法或者COTDR)驶到故障海域,后会要求海缆站发送25HZ信号。

深海维修一般不用25HZ信号探测故障点位置。一可能距离大于400公里外,信号弱,而在400公里内,由于费时,同时深海的误差可以大一点,对要求不会太高(2倍水深的缆被砍)。

carry test on BU side cable end with PGU.

recover BU side cable end with PGU.

回收或者测试BU侧海缆要使用PGU。

DCR :DC resistance  *V@*mA.

 

海缆船在修理的时候,船想要测试COTDR到某个海缆站之间的光纤,会要求海缆站在CTB那里做个环路,同时要求汕头short circuit,以便海缆船供电到海缆站,使得船与站之间的中继器能工作(以便船做COTDR测试)。

 

 

而海缆船员工在接触海缆并进行操作的时候,会要求海缆站OPEN CIRCUIT或者OPEN CABLE HEAD,以便保证船上人员安全。

 

http://s8/mw690/6214065bgd88952319837&690

 

在维修期间,BU有可能发生再次切换,为了保障船上维修人员的安全,需要使用PGU技术。PGU是为了维修船上维修人员的人身安全而设置的放电接地设备。它的使用目的是使得船上维修人员的安全,它提供有可视或可听的告警提示,告知船上维修人员有电从海缆过来。在鱼骨型海缆中,如果海缆故障点位于海缆站与BU之间,维修时海缆站下电,而对端BU对着故障点方向接地,其他两个方向连通供电。如果故障点位于两个BU之间,一般是一边的BU全部下电,而另一边保持供电,具体哪一边下电由MA们决定。随着技术的发展,海缆船能执行维修在两个active BU之间。active BU指对故障点的那个脚是接地,其他两个脚连通供电着。

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