Надежность работы ВОЛП

Контрольная работа

Надежность работы ВОЛП

В данной работе рассматривается проблема обеспечения надежности эксплуатируемых линейно-кабельных сооружений при воздействии внешних факторов — влияние молнии, воздействие коррозии, механические напряжения в грунтах, температурные и механические нагрузки на кабели, вскрышные работы сторонних организаций, ошибки при проектировании, а также нарушения технологии при строительстве.

Особенности обеспечения надежности эксплуатации ЛКС с электрическими кабелями связи общеизвестны.

В настоящей работе е рассмотрена проблема обеспечения надежности эксплуатируемых ЛКС с волоконно-оптическими кабелями.

Данная работа включает в себя также требования к надежности строительных длин волоконно-оптических кабелей связи и мероприятия по обеспечению надежности при проектировании и строительстве ЛКС.

1. Требования по надежности, предъявляемые к строительным длинам волоконно-оптических кабелей связи.

Для строительных длин волоконно-оптических кабелей основными показателями надежности являются срок службы строительной длины кабеля и сохраняемость строительной длины кабеля.

Срок службы строительной длины кабеля — календарная продолжительность работоспособного состояния строительной длины кабеля с момента ввода в эксплуатацию до момента времени, при котором стоимость технического обслуживания и ремонта данной строительной длины кабеля становится сопоставимой с прокладкой новой строительной длины кабеля.

Сохраняемость строительной длины кабеля — свойство строительной длины кабеля сохранять в заданных пределах электрические, оптические и механические параметры в течение срока транспортировки и хранения в оговоренных технических условиях. Минимальный срок службы строительной длины ВОК должен быть не менее 25 лет. Срок службы строительных длин ВОК соответствует заданным значениям только при условии, что при строительстве и эксплуатации ЛКС соблюдались нормативы к соответствующим требованиям параметров оптических кабелей. Минимальный срок сохраняемости строительных длин ВОК при хранении в отапливаемых помещениях 25 лет, в полевых условиях под навесом — 10 лет. Срок сохраняемости строительных длин ВОК соответствует заданным значениям только при условии, что при транспортировании и хранении соблюдались нормативы к соответствующим требованиям параметров оптических кабелей.

Поэтапный состав испытаний строительных длин ВОК и перечень испытываемых параметров, а также методики испытаний устанавливаются конкретной программой испытаний на заводе-изготовителе при сертификации ОК.

Соответствием нормам показателей надежности строительных длин ОК является гарантия завода-изготовителя.

2. Требования по надежности ЛКС ВОЛП.

надежность волоконный оптический кабель

Под надежностью ЛКС подразумевают свойство линейных сооружений в течение заданного времени сохранять в установленных пределах заданные технические параметры. Таким образом, надежность в таком понимании связана с повреждаемостью и ремонтопригодностью элементов ЛКС, а также уровнем технического обслуживания.

В процессе эксплуатации ЛКС важнейшее значение имеет также готовность-то есть работоспособность ЛКС в любой произвольный момент времени, которая определяется как частостью повреждений ЛКС, так и временем восстановления. Далее по тексту частость повреждений называется плотностью повреждений (отказов), как это принято в технической литературе по ЛКС.

Для обеспечения качественного функционирования ЛКС и оценки их технического уровня и экономичности вводится следующая номенклатура показателей надежности и готовности.

Показатели надежности:

*срок службы ЛКС.

*коэффициент готовности — Кг,

*наработка между отказами средняя — Т, час,

* среднее время восстановления — Т_В час.

Строго говоря, для однозначной оценки готовности достаточно задать любое сочетание двух показателей — Кг и Т, либо Кг и Т_В

Готовность ЛКС носит случайный характер и зависит от длины линии. Поэтому показатели готовности определяют для всей длины конкретной линии передачи, для отрезка линии эксплуатируемого отдельным производственным подразделением, для длин эталонных гипотетических цепей (ЭГЦ), а также для условной длины 100 км — длины однородного участка линии, на котором географические, геологические и климатические условия можно считать одинаковыми.

Для участка линии длиной 100 км задается плотность отказов m, и рассчитываются показатели надежности.

Показатели готовности определяют также статистической обработкой данных об отказах и времени восстановления при эксплуатации.

3. Расчетные соотношения для определения показателей надежности

При расчете показателей надежности надо пользоваться следующими соотношениями:

(1)

(.2)

(3)

(4)

(5)

(6)

(7)

где:

К_Г100 — коэффициент готовности однородного участка линии длиной 100 км;

T₁₀₀ — средняя наработка между отказами для однородного участка линии длиной 100 км;

T_L — средняя наработка между отказами для всей линии длиной L;

К_{Г L}. — коэффициент готовности линии длиной L;

К_{Г n} — коэффициент готовности линии, состоящий из последовательного соединения «n» однородных участков линии;

К_Г р — коэффициент готовности при параллельном взаимном резервировании «N» линий между двумя оконечными пунктами;

К_{Г L} норм. — норма для коэффициента готовности всей линии длиной L;

К_{Г l} норм. — норма для коэффициента готовности относительно короткого участка линии;

Т_В — среднее время восстановления;

m — плотность отказов на однородном участке линии длиной 100 км;

L — общая длина линии, км;

l — длина относительно короткого участка линии (l<L);

4. Требования к показателям надежности ЛКС ВОЛП

Требования к показателям надежности ЛКС ВОЛП следует формировать на основе следующих принципов:

показатель надежности — срок службы должен быть существенно больше срока окупаемости данной линии передачи и, как правило, не менее 25 лет;

на участках линии с различными условиями должны применяться разные марки кабеля, соответствующие географическим, геологическим и климатическим особенностям трассы с тем, чтобы готовность однородных участков линии длиной 100 км была практически одинакова;

в исключительных случаях для участков трассы с особо тяжелыми условиями, где обеспечение усредненных показателей готовности требует очень высоких экономических затрат, допускается снижение коэффициента готовности, если оно компенсируется повышенными значениями коэффициента готовности на остальных участках линии;

гарантированное обеспечение высоких показателей готовности может быть обеспечено взаимным резервированием линий связи разных типов;

показатели надежности элементов ЛКС: муфт, оконечных устройств, цистерн необслуживаемых регенерационных пунктов (НРП), мачтовых креплений оптических кабелей в грозозащитном тросе — должны быть не хуже показателей надежности оптических кабелей;

показатели готовности линии передачи следует задавать как общие — для канала связи, так и раздельные — для аппаратуры и для ЛКС;

в оптических кабелях следует предусматривать резервные оптические волокна.

При проектировании ЛКС и разработке мероприятий по повышению их надежности следует учитывать, что снижение плотности отказов увеличивает капитальные, а снижение времени восстановления — эксплуатационные расходы.

Требования к показателям надежности ЛКС должны определяться исходя из требований готовности основного цифрового канала (ОЦК) перспективной цифровой сети. Для ГЦК протяженностью 13 900 км (без резервирования) на перспективной цифровой первичной сети показатели готовности по отказам должны соответствовать следующим значениям:

коэффициент готовности — не менее 0,98.

Учитывая высокую готовность современной аппаратуры ЦСП, целесообразно принять значение коэффициента готовности ЛКС -0,985, а оконечной аппаратуры — 0,995.

Заданный коэффициент готовности ЛКС можно обеспечить при разных соотношениях между значениями плотности отказов и временем восстановления. В районах с относительно легкими условиями эксплуатации время восстановления следует задавать от 4 до 5 часов. При этом плотность отказов должна быть не более 0,2381…0,1905.

В районах с тяжелыми условиями эксплуатации, а также для ВОК, подвешенных на опорах высоковольтных ЛЭП, время восстановления следует задавать от 5 до 6 часов. При этом плотность отказов должна быть не более 0,1905…0,1587.

5. Мероприятия по повышению надежности ЛКС ВОЛП

Мероприятия по повышению надежности ВОЛП проводятся как в процессе разработки и изготовления кабеля, так и в процессе проектирования, строительства и эксплуатации ЛКС. Рекомендации по повышению надежности в процессе разработки и изготовления ВОК общеизвестны. В данном разделе будут рассмотрены рекомендации второй группы.

Мероприятия по повышению надежности при проектировании ЛКС

При проектировании ВОЛП следует учитывать основные особенности ВОК, влияющие на его надежность — чувствительность 0 В к механическим нагрузкам, чувствительность 0 В к влаге, малые габариты кабеля. Как показывает практика эксплуатации зарубежных и отечественных ВОЛП, мероприятия по повышению надежности при проектировании ЛКС крайне необходимы, так как иначе все последующие технические решения по снижению вероятности повреждений окажутся неэффективными.

При выборе трассы линии важно соблюдать минимально допустимые расстояния до других сооружений. В таблице 1 представлены минимально допустимые расстояния (в метрах) от трассы кабелей до других сооружений:

Таблица 1

При сближении ОК (конструкции с металлическими элементами) с ЛЭП, с электрифицированными железными дорогами, в районах с повышенной грозодеятельностью, т. е. на тех участках планируемой трассы, где возможны пробои оболочки ВОК, следует использовать защитные трубопроводы. При отсутствии защитных трубопроводов из-за пробоев изоляции появляются точечные отверстия в оболочке кабеля, что создает возможность проникновения воды и в дальнейшем возникновения коррозии металлических элементов, а также коррозия OB. В таких районах более эффективна прокладка ВОК без металлических элементов (но с гидрофобным заполнением). Однако ВОК, имеющие только полимерные защитные покровы, не защищены от грызунов.

Актуальной задачей при проектировании является защита ВОЛП, проложенных в районах, заселенных грызунами. Практика показывает, что суслики перегрызают ВОК без металлических элементов в течение 30 минут. Для таких районов целесообразно использовать ВОК с гофрированной стальной лентой «зетабон» или с проволочной оплеткой.

Мероприятия по повышению надежности при эксплуатации ЛКС Основной задачей технической эксплуатации ВОЛП является обеспечение качественной и бесперебойной их работы. Бесперебойная работа ВОЛП достигается постоянным техническим надзором за их состоянием, систематическим выполнением профилактических мероприятий по предупреждению повреждений и аварий, своевременным устранением возникающих неисправностей и проведением необходимых дополнительных работ. Эксплуатационно-техническое обслуживание, направленное на повышение надежности ВОЛП предусматривает выполнение эксплуатационным персоналом следующих основных функций:

*охранно-предупредительная работа;

*техническое обслуживание и профилактика;

*контроль за техническим состоянием;

*ремонт; аварийно-восстановительные работы;

*реконструкция;

*измерение параметров;

*защита ВОК с металлическими покровами от внешних влияний;

*контроль герметичности ВОК, содержащихся под избыточным давлением.

Охранная работа необходима для предупреждения механических повреждений ВОК при проведении строительных и землеройных работ в пределах трассы прокладки кабеля. Высокую эффективность дают профилактические мероприятия:

*разъяснительная работа на предприятиях, строительных организациях, среди населения о важности выполнения правил по защите линий связи;

*согласование на работы в охранных зонах ВОЛП;

*инспектирование и надзор за работами, проводимыми в зоне прокладки кабеля.

Для обозначения на местности кабельной трассы и муфт, а также запрещения в охранной зоне ВОК несогласованных с эксплуатационными организациями раскопок и других работ на трасе устанавливают железобетонные замерные столбики и предупредительные знаки. Замерные столбики размещаются на междугородных линиях на расстоянии 0,1 м от кабеля с полевой стороны в местах монтажа муфт, на поворотах трассы. Предупредительные знаки устанавливаются в точке пересечения ВОК с подземными сооружениями (например, газопроводом), ЛЭП, на пересечениях с дорогой (про обе стороны дороги), границе с населенными пунктами, прямолинейных участках загородной трассы не реже чем через 500 м. Для избежания повреждений подводных ОК зона подводных кабельных переходов ограждается на судоходных водных путях предостерегающими створными знаками судоходной обстановки — «Подводный переход». Эти створные знаки (створные столбы) устанавливаются на обоих берегах в 100 м выше и ниже по течению от места расположения кабельного перехода. Они должны быть хорошо видны с судов, иметь на своих вершинах диски диаметром 1,2 м, на которых изображается перечеркнутый полосой якорь.

Техническое обслуживание и профилактика ВОЛП направлена на своевременное выявление и устранение неисправностей и повреждений оптической линии связи с целью недопущения нарушения действия или ухудшения качества связи. Причинами повреждения ВОК в процессе эксплуатации помимо внешних механических воздействий являются микротрещины в 0 В. Места этих дефектов можно определить методом оптической рефлектометрии и затем осуществить профилактические работы по повышению надежности функционирования ВОЛП.

Контроль за техническим состоянием ВОЛП может осуществляться автоматизированным способом (система мониторинга), путем непрерывного контроля линейного тракта ВОСП, что позволяет прогнозировать и предотвращать аварийные ситуации на ВОЛП.

Работа НРП контролируется путем передачи от них следующих сигналов:

*открытие крышки (двери) НРП;

*нарушение работы блока электропитания;

*нарушение температурного режима;

*нарушение влажности, понижение давления в ВОК, содержащихся под избыточным давлением;

*неисправность регенераторов;

*повышение порогового коэффициента ошибок;

*ослабление, или пропадание оптических сигналов на входе и выходе регенераторов.

На обслуживаемых регенерационных пунктах (ОРП) помимо перечисленных должны формироваться дополнительные сигналы:

*повреждение станционного и вторичного источников питания;

*повреждение блоков телеконтроля и телеуправления, служебной связи.

В состав работ по текущему ремонту входят:

*проверка, очистка и заделка каналов кабельной канализации;

*укрепление, ремонт и замена кронштейнов и консолей;

*ремонт и замена люков кабельных колодцев;

*замена неисправных соединительных муфт и неисправных кусков ВОК;

*окраска оболочки ВОК в колодцах кабельной канализации желтой краской (напоминает техническому персоналу о наличии в канализации ВОК);

*ремонт НРП;

*проверка и ремонт предупредительных знаков.

*В состав работ по капитальному ремонту входят:

*выправка трубопроводов кабельной канализации при осадке и разрушении стыков;

*переустройство кабельных колодцев (смотровых устройств);

*защита ВОК с металлическими покровами от внешних влияний;

*замена кабеля длиной более 2000 м.

6. Оптимизация способов повышения надежности ВОЛП

Для получения необходимых показателей надежности ВОЛП можно использовать широкий спектр мероприятий, однако при этом часто не учитывается экономический фактор.

Для учета эффективности мероприятий, повышающих надежность работы ВОЛП следует проводить оценку качества функционирования всей системы связи.

С течением времени ВОЛП претерпевает изменение своих состояний из-за старения входящих в ее состав элементов (отказы муфт, ОВ, ОК в целом). Каждая реализация процесса перехода ВОЛП из состояния нормы в состояние неисправности может быть охарактеризована вполне определенным условным показателем эффективности функционирования. Этим показателем может быть, например, объем пропускаемой информации за единицу времени. Так при обрыве одного ОВ снизится количество пропускаемой информации, хотя и не наступит полного прекращения работы ВОЛП. Кроме необходимости определения таких параметров, как время наработки на отказ, время восстановления, коэффициент готовности становится желательным знать такие параметры ВОЛП, как показатель эффективности функционирования линии и связанные с ним экономические показатели ВОЛП при возникновении повреждений.

В процессе эксплуатации под воздействием различных факторов происходит изменение параметров ВОЛП, возникают обрывы, повреждения оболочек ОК, оптические волокна обламываются из-за остаточной усталостной коррозии, увеличиваются потери на стыках ОВ в муфтах и.т.д. ВОЛП из состояния, характеризующегося номинальными значениями основных параметров (затухание, дисперсия), переходят в процесс эксплуатации с худшими качественными характеристиками, в результате чего снижается пропускная способность, возрастает количество ошибочно переданных символов в информации. В итоге возникает необходимость ремонта ВОЛП. Это связано с вполне определенными затратами. Затраты также появляются из-за необходимости проведения профилактических работ по замене или контролю качества отдельных элементов ВОЛП. Кроме того, повреждения и отказы часто носят скрытый характер, так что для их выявления требуются сложные и дорогостоящие технологии (например Бриллюэновсая рефлектометрия), что опять приводит к дополнительным затратам.

Перед специалистами возникает вопрос: либо продолжать эксплуатировать ВОЛП, если эффективность ее функционирования снизилась до предельно допустимого уровня (или возникло подозрение, что подобное снижение могло произойти), либо проводить специальные мероприятия по повышению надежности.

В большинстве случаев существует возможность разработать модель проведения профилактических мероприятий, которая позволит свести к минимуму суммарные потери, учитывающие затраты на профилактику и потери в результате ухудшения эффективности функционирования системы.

1. Стерлинг Д. Волоконная оптика: Пер. с англ. — М.: Лори, 2008. — 288 с.

2. Kartalopoulos S.V. Introduction to DWDM technology. Data in a Rainbow. — USA.: SPIE opti-cal engineering press, IEEE press. — 2010. — p. 252.

3. Питерских С. Э. Оптические волокна, представленные на российском рынке, и их харак-теристики. Многомодовые волокна // Lightwave Russian Edition. — 2003. — № 2. стр. 21 — 24.

4. Гроднев И. И., Мурадян А. Г., Шарифутдинов Р. М. и др. Волоконно-оптические системы передачи и кабели: Справочник. — М.: Радио и связь, 2003. — 264 с.

5. Гауэр Дж. Оптические системы связи: Пер. с англ. — М.: Радио и связь, 2009. — 504 с.

6. Чео П. К. Волоконная оптика. Приборы и системы: Пер. с англ. — М.: Энергоатомиздат, 2008. — 220 с.

7. Снайдер А., Лав Дж. Теория оптических волноводов: Пер. с англ. — М.: Радио и связь, 2007. — 656 с.