海底光缆传输系统及故障类型概况
目前的海底光缆传输系统采用先进的海底信号中继器、分支单元和海底增益平衡器等光传输设备，并配备先进的密集波分、分段色散补偿[1]、前向纠错编码[2]、远供电源和海底监控等技术，实现了光信号的远距离、大容量、高质量传输。
一般情况下，海底光缆传输系统由若干海缆段组成，和陆缆不同，每个海缆段都需要有电源供应，以确保海底设备能够正常工作，远供电源设备通过海缆中的金属导体为海缆线路提供稳定的直流电源[3]。
海底光缆的光学特性和电气特性是进行故障定位的分析的基础。海底光缆故障一般根据电气特性和光学特性的变化分为旁路故障，短路故障，开路故障，光纤中断等几种类型。
旁路故障是最为常见的海缆故障，其原因是海缆外皮破损，金属导体接触海水，在破损点产生漏电流，导致供电系统零点漂移，现象是远供电源供电电压发生改变。这种故障一般是海缆轻微的破损，光纤没有中断，业务不受影响。旁路故障的定位主要是通过远供电源的电流电压值进行测算。在进行维修之前，再通过音频信号定位的方法进行精确定位。
短路故障是指海缆的金属导体完全断开并接触海水，海缆站远供电源设备供电到断点，其故障现象是远供电源供电电压发生改变。通常这种情况下海缆已经完全中断，包括光纤和金属导体，相应线路终端设备接收业务信号丢失。这种故障可以通过OTDR或者COTDR进行精确定位。
开路故障是指海缆中金属导体中断（光纤可能中断也可能未中断），但金属导体并没有接触到海水，未形成回路。其原因一般是海缆受外力影响形成内伤，或者是海缆中断之后由于断点和海水之间的接触电阻产生高温导致海缆外部保护材料熔化形成新的保护层导致金属导体和海水绝缘。其故障现象是远供电源设备正常但无法正常供电，电流为0，海底光缆线路上的用电设备（包括中继器）无法正常工作。这种情况一般只能够通过电容测试法进行定位。
光纤故障一般是指在金属导体没有损坏，远供电源供电正常的情况下，单纯的光纤劣化或者中断的故障。其故障现象是远供电源设备电流电压正常，业务信号发生劣化或者中断，可以直接通过OTDR或者COTDR进行精确定位。
海底光缆故障定位的关键技术
通过上面的分析，海底光缆故障的类型主要有旁路故障、短路故障、开路故障和光纤故障。主要故障定位技术有：直流电阻测试（DC Resistance Test）、电容测试(Capacitance Measurement)、OTDR测试、线路监控系统测试、音频信号测试(Electroding Test)。
海缆的导体接地是最为常见的故障现象，在这种情况下，直流电阻测试将是故障定位最简单可行的方法。其基本原理就是对海缆进行恒流供电，根据海底设备（包括海缆、中继器、分支单元等）在特定电流下的电阻特性计算各自的压降，累加计算从而推算出故障点的位置。原则上建议采用小于500mA的恒流供电进行测试以提高测试和计算的精度，但在实际维护过程中，更多的是根据系统实际恒流供电的值对应的海底设备电气特性进行测试和计算，因此也不需要进行关电和加电操作。
电容测试只适用于故障点与海水绝缘，也就是故障点开路的情况。通过实际测试的电容值和海底设备的电容特性进行计算得到故障点的距离。其中，海底设备的电容特性可以在设备出厂测试以及系统试运行测试的数据中获取，通过两个数值的比值可以估算得出故障点的位置。
OTDR测试技术主要根据光脉冲在光纤传输中产生的瑞利散射（Rayleigh Principle）和菲涅耳反射(Fresnel Principle)原理进行故障点的精确定位，适用于海缆站到第一个中继器之间的光纤中断故障定位，也是海缆维修船在维修过程中确定断点情况的有效方法[6]。COTDR测试技术主要是利用测试被中继器的环回装置环回的光信号进行精确定位的方法，适用于第一个中继器之后的光纤中断故障定位。
当海缆维修船进行海缆故障维修的时候，海缆路由和断点的定位尤为重要，尤其是在海缆故障位置探测以及海缆维修后的冲埋工作中，音频测试是有效的精确定位方法。其原理是从海缆站向海缆中的金属导体发出音频信号，一般选用25 Hz，海缆维修船通过音频信号探测器对该信号进行跟踪，从而实现路由和断点的定位[7]。
以上是海底光缆故障定位技术的介绍，大家可以了解一下。海缆故障是影响海底光缆传输系统正常运作的主要原因。海缆和陆缆的维护有很大的差别，其威胁主要来自海底地壳运动、船只抛锚拖网等。在实际维护中，海缆的故障有可能是多种故障情况的组合，比如断点的两边分别是短路故障和开路故障，或者由于强烈的地壳运动导致同一海缆段同时出现多个断点的故障，必须综合使用多种断点定位技术进行故障定位。
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