曾傳海 朱燕林

國家管網(wǎng)集團(tuán)西氣東輸南昌輸氣分公司

背景

光纜是現(xiàn)代通信網(wǎng)絡(luò)的核心載體，管道伴行光纜對保障油氣管道安全運(yùn)行至關(guān)重要。其路由精準(zhǔn)定位與埋深檢測受地質(zhì)條件、電磁干擾及施工工藝等影響，存在信號衰減、定位偏差、埋深誤差和干擾以及盤纜特征識別等問題。本案例結(jié)合某光纜維護(hù)工程中使用雷迪8000（頻率范圍8 kHz～200 kHz）實(shí)測數(shù)據(jù)，分析存在的問題及發(fā)生機(jī)理，提出光纜測量綜合優(yōu)化方案。

問題

（1）信號接收異常。

①長距離衰減現(xiàn)象（＞1 km）。當(dāng)發(fā)射機(jī)輸出功率為定值時，信號強(qiáng)度隨距離呈指數(shù)衰減（式 1）：

I（x）= I_0·e(-αx)     （1）

式中衰減系數(shù)α與土壤電導(dǎo)率及頻率正相關(guān)。試驗(yàn)表明：200 kHz信號在黏土層中傳輸1.2 km后信噪比下降至初始值的18%，導(dǎo)致接收失效。

②短距離信號丟失（＜1 km）。如埋深超過3 m時，83 kHz信號場強(qiáng)衰減達(dá)72%，接收機(jī)難以捕捉有效信號。其他如接線盒斷點(diǎn)。加強(qiáng)芯未導(dǎo)通導(dǎo)致電流環(huán)路中斷，信號突降為零值，特征為距離—強(qiáng)度曲線出現(xiàn)階躍式斷裂。

（2）管道信號耦合干擾。

低頻信號（≤65 kHz）易受相鄰金屬管道電磁耦合影響。試驗(yàn)數(shù)據(jù)表明：在平行間距0.5 m的鑄鐵管道附近，33 kHz測量信號畸變率達(dá)45%，而131 kHz僅7.2%。建議采用高頻段（≥83 kHz）進(jìn)行抗干擾測量。

（3）定位誤差。

① 雙箭頭定位偏差。由于管道干擾場與目標(biāo)信號產(chǎn)生矢量疊加，導(dǎo)致峰值點(diǎn)偏移。接收機(jī)顯示雙箭頭位置偏離光纜實(shí)際軸線。修正方法：橫向移動接收器，記錄深度最小值點(diǎn)Dmin；建立位置修正模型：  

Δx = k·（f /100）2      （2）

其中k為介質(zhì)系數(shù)（干燥沙土 k =0.12），試驗(yàn)驗(yàn)證該模型可將定位誤差控制在±0.15 m內(nèi)。

②埋深顯示值校準(zhǔn)。試驗(yàn)表明，83 kHz顯示值比實(shí)際埋深平均偏大12%，而8 kHz僅偏大3%。建議采用低頻初測+高頻精測的組合模式。采用動態(tài)校準(zhǔn)公式：

H_real = H_display·[1 - 0.09·lg(f)]    （3）

經(jīng)32組實(shí)測數(shù)據(jù)驗(yàn)證，校準(zhǔn)后誤差≤5%。

（4）盤纜特征識別。

①突變點(diǎn)檢測。當(dāng)接收機(jī)沿路由移動時，若埋深值在1 m范圍內(nèi)突變超過30%（如從1.2 m突增至0.3 m），可判定為盤纜點(diǎn)。此時需向發(fā)射機(jī)方向回測10 m～20 m進(jìn)行環(huán)形掃描。

②盤纜電磁場特征。131 kHz頻率下，盤纜區(qū)域呈現(xiàn)閉合環(huán)形場強(qiáng)分布，接收機(jī)箭頭指向圓心。通過極坐標(biāo)掃描可準(zhǔn)確標(biāo)定盤纜中心位置，定位精度達(dá)0.3 m。

做法

基于多頻電磁波探測的原理，結(jié)合實(shí)測數(shù)據(jù)（8、33、65、83、131、200 kHz）分析發(fā)現(xiàn)：長距離信號衰減與頻率選擇相關(guān)，短距離信號丟失多由超埋深或接線盒連接故障引起；雙箭頭定位誤差可通過深度突變特征修正，埋深顯示值隨頻率降低趨近實(shí)際值。據(jù)此提出分級測量法。初測階段：采用8 kHz低頻信號進(jìn)行大范圍快速掃描，識別異常衰減區(qū)；精測階段：切換至131 kHz高頻信號，結(jié)合深度突變判據(jù)定位故障點(diǎn)；驗(yàn)證階段：對疑似盤纜區(qū)域進(jìn)行環(huán)形路徑掃描，確認(rèn)幾何特征。

啟示

提出的基于頻率自適應(yīng)切換、深度突變判據(jù)與盤纜特征識別的綜合優(yōu)化方案，可有效解決光纜測量中的信號丟失、定位偏差等問題，對提升通信光纜運(yùn)維效率具有工程應(yīng)用價值。

作者簡介：曾傳海，南昌輸氣分公司三級工程師，主要從事腐蝕控制、第三方施工管理等方面的工作。聯(lián)系方式：18079165260，164195311@qq.com。