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【摘要】长输管道同沟敷设光缆是为了实现站场快速通讯与管道自动化控制。利用传输平台，在各站场的SCADA系统与调度控制中心间传输管道运行参数，下达调控指令，保证油气长输管道正常、安全运行。光纤熔接是长输管道光缆施工中的关键工序之一。光纤熔接损耗值的控制直接关系到信号传输质量。
【关键词】光缆；光纤；熔接；熔接损耗
Pipeline subsidiary optical transmission loss of control
Chen Ren-xi
(Petroleum in Jiangsu investigate to explore the bureau oil-field construction placeJiangduJiangsu225261)
【Abstract】Pipeline laying fiber optic cable is the same channel in order to achieve fast communication station and pipeline automation and control. The use of transmission platform, in the station's control center SCADA system and scheduling between the transmission pipeline operating parameters, control instructions issued to ensure the long-distance oil and gas pipelines to normal, safe operation. Fiber optic cable is a long-distance pipeline construction in one of the key processes. Fiber loss is directly related to the value of the control signal transmission quality.
【Key words】Cable;Fiber;Welding;Splice loss
1. 引言
随着国民经济高速发展对能源需求的快速增长，采用长输管道输送油气资源，具有安全、快捷、成本低等优点。目前长输管道采用同沟敷设通讯光缆线路，作为管道运行参数、调控指令的主要传输手段。利用传输平台，把各站场的SCADA系统运行参数传输到调度控制中心，调度控制中心下达调控指令。光缆线路将SCADA控制系统组成一点对多点，在调度控制中心汇聚形成星形网络。因此，通讯光缆线路成为长输管道建设中重要的组成部分之一。
光纤是光导纤维的简称。光纤具有传输频带宽、通信容量大、损耗低、不受电磁干扰等优点，已经成为通信网络中主要的传输媒介。它是用石英(SiO2)制成的横截面很小(直径0.125mm)的双层同心圆柱体，里边一层称为纤芯，其折射率较大，外边一层称为包层，其折射率较小，光线以大于临界角的入射角进入纤芯，光线在纤芯与包层界面上发生全反射，因而光线信号能在纤芯中远距离传输。
光在光纤中传输时会产生损耗，这種损耗主要是由光纤自身的传输损耗和光纤接头处的熔接损耗组成。光缆一经确定，其光纤自身的传输损耗也基本确定。而光纤接头处的熔接损耗则与现场施工质量有着密切的关系。如何降低光纤接头处的熔接损耗，增大光纤中继放大传输距离和提高光纤链路的衰减裕量，成为光缆施工中的一个值得重视的问题。
2. 光纤接头的熔接损耗
光纤熔接就是用熔接机产生短暂的放电电孤，烧熔需连接的两根光纤的端面使之连成一体，这种连接方法具有接头性能稳定、接头体积小、机械强度高等优点。光纤接续后光线传输到接头处会产生一定的损耗量，因而称之为熔接损耗或接续损耗。由于光纤熔接损耗影响着光纤线路传输损耗的容限及光纤线路无中继放大传输距离等，因此要求光纤接头处的熔接损耗要尽可能地小。目前，熔接法可以使熔接损耗平均值小于0.04dB。对具体的光纤线路工程而言，可根据工程的具体情况(如光纤线路中继段长度、光设备发射功率与接受灵敏度及系统富裕量等)确定每个光纤接头允许的熔接损耗值，将其作为熔接损耗指标在有关技术文件中加以明确规定。光纤传输线路上每个中继段的线路传输损耗也要有明确规定，因为光纤接头全部熔接完毕后衡量光纤线路传输质量的指标是光纤线路的传输损耗。目前这项指标要求在0.24dB／Km以下。
3. 影响光纤传输损耗的主要因素
影响光纤传输损耗的因素可分为本征因素和非本征因素。
本征因素是指光纤自身的因素。如两根光纤的模场直径不一致、光纤芯径失配、纤芯截面不圆、纤芯与包层同心度不佳等。模场直径不一致是影响光纤传输损耗的重要因素之一。
非本征因素则是指本征因素以外对传输损耗产生影响的各种因素。如熔接操作人员的技能水平、熔接设备和测试仪器的精准度、熔接工作环境（湿度、洁净度）、光缆敷设质量等，都对传输损耗值发生影响。其中熔接质量是决定传输损耗的关键因素。
4. 保证光纤熔接质量的控制措施
4.1对熔接人员技能水平的要求。
光纤接续人员必须经过专业技能培训和专业技能考核，合格者才能上岗操作。虽然熔接过程都是在熔接机上自动完成的，但熔接人员的责任心、技能水平、熔接质量识别和判断能力，直接影响熔接损耗值的大小。
4.2熔接过程的控制。
接续人员应严格按照光纤熔接工艺规程进行接续。
（1）光纤接续部位及接续工具必须保持清洁干燥。制备光纤断面时必须先擦拭后切割，采用棉纱沾无水酒精擦拭。尽量不要用棉花和普通含水酒精，因为棉花中的短纤维和酒精中的水分子，残留在光纤断面上会影响光纤熔接损耗值。
（2）光纤端面的好坏直接影响到熔接损耗大小。选用精度高的光纤端面切割器来制备光纤端面，提高光纤切割的成功率和光纤端面的质量。切割的光纤端面应为平整的镜面，无毛刺，无缺损。光纤端面的轴线倾角应小于1°，切割后光纤不得在多尘潮湿的环境中暴露时间过长，对OTDR测试不到的熔接点（即OTDR测试盲点）和光纤维护及抢修尤为重要。
（3）光纤放入熔接机V型槽时，要特别注意控制两根光纤纤芯不发生径向偏移和轴向倾斜。
（4）按照工艺规程参数进行熔接。在显示屏上监熔接过程，观察接头是否有气泡、缺口、折弯、径向偏移等缺陷，如有缺陷需重新熔接。
（5）一个操作者熔接合格后，另一测试人员在光纤端头用OTDR测试熔接点的熔接损耗值，不符合要求的应重新熔接。对熔接损耗值较大的点，反复熔接次数以3～4次为宜。多根光纤熔接损耗都较大时，可剪除一段光缆重新开缆熔接。由于光纤模场直径的不同，如在同一处各个接头的熔接损耗相差较大时，必须对光纤线路上每个接头的熔接损耗值进行具体分析以确定该接头是否需要重新熔接。
（6）封装、装盒应注意光缆进入接头盒的一端或两端必须固定牢靠。以免挂放或埋设接头盒时因光缆扭转而导致接头盒内光纤接头位置错动使接头处的损耗测量值增大。
在熔接施工中常发现熔接时测得的熔接损耗值符合要求，但盘好光纤封好接头盒后再次测量却发现接头处损耗值增大，则可确定是光纤接头位置错动的原因，须重新盘绕光纤。在某工程中曾出现多个接头点熔接损耗值严重超标的情况，原因是光缆与接头盒固定不牢靠，接头盒内光纤弯曲受力导致损耗值增大，甚至断裂，造成大面积的返工。为避免类似现象的发生，可用不干胶带将光纤接头和余纤牢固地固定在储纤盘板上。接头盒的密封要好，以免接缝处渗水。接头盒预留光缆的盘绕直径宜控制在40cm以上，若直径太小会使光缆中光纤因过分扭曲而受损。
4.3设备、仪器和工具的控制。
正确选择和使用熔接机是降低光纤接续损耗的重要措施之一。要选用适合在野外作业的熔接机进行光纤熔接。
光缆熔接仪器、设备和工具的性能要满足光缆施工质量要求。在施工之前要进行校准、试熔接、检验，符合质量要求后，才能用于现场施工。
在使用中和使用后及时去除熔接机上的灰尘，特别是清除夹具、各镜面和V型槽内的粉尘和光纤碎末。熔接机使用完毕后须除去机器上的灰尘，在潮湿环境中使用还须对其做防潮处理。使用时间较长的熔接机电极上面会有一层灰垢导致放电电流偏大而使熔接损耗值增大，此时可拆下电极用酒精棉轻轻擦拭后再装到熔接机上并放电清洗一次，若多次清洗后放电电流仍偏大则须重新更换电极。
4.4熔接工艺控制。
根据光纤类型设置熔接参数。如预放电电流、时间及主放电电流、时间等。每次使用前应使熔接机在熔接环境中放置至少15min，特别是放置在与工作环境条件差别较大的地方（如冬天的室内与室外），根据当时的气压、温度、湿度等情况，重新设置熔接参数。
图1光缆熔接、测试
4.5光缆熔接施工环境控制。
长输管道光缆施工都是在野外进行，而使用的是精准度很高的设备仪器，它们对工作环境（如温度、湿度、灰尘等）要求很高。必须采取有效的防护措施，保证设备仪器正常运行，才能保证熔接质量及熔接损耗值测试数据的准确性。
通常在工程车或小型帐篷内进行光纤熔接和测试（见图1）。当湿度较大时，在工程车或小型帐篷内设置热吹风机或电加热器，降低局部环境的湿度。因为在非常潮湿天气进行光缆熔接，熔接损耗值增大3～4倍。
5. 光缆敷设施工过程控制
5.1在同一线路上尽量采用同一批次的光缆。因同一批次的光缆的模场直径基本相同。光纤在某点断开后，两端间的模场直径可视为一致，因而在此点断开熔接可使模场直径对光纤熔接损耗的影响程度降到最低。
5.2敷设光缆时须按A、B编号顺序布放，即前盘光缆的B端要和后一盘光缆的A端相连，使熔接和传输损耗值降到最小。
5.3敷设光缆应严格执行光缆施工技术规程，从而避免光缆施工中光纖受损伤而导致传输损耗值的增大、甚至断芯。
（1）在光缆敷设施工中，严禁发生光缆打小圈、弯折、扭曲等现象；执行“前走后跟，光缆上肩”的放缆方法，能够有效地防止打背扣现象的发生。
（2）对光缆施加的牵引力不宜超过光缆允许值的80％，瞬间最大牵引力不超过100％；牵引力应加在光缆的加强件上，防止损伤光缆。因此，光缆熔接前应截去承受牵引固定位置一段光缆。
（3）按规程规定的接续点布缆，严禁随意增加接续点。
6. 结束语
长期以来，人们一直把光缆接续看作光纤施工领域中的“黑色艺术”，对光缆施工人员技能要求和设备要求都较高。要提高光纤线路信号的传输质量就必须降低传输损耗，光纤接头的熔接损耗影响着光纤线路的传输损耗。通过对影响光纤传输损耗的各种因素采取有效措施，就能最大限度地降低光纤传输损耗，保证和提高光纤线路信号传输质量，从而保证长输管道正常、安全运行。
笔者曾组织由江苏油建承建的珠三角成品油管道工程、石家庄——太原成品油管道工程、鲁皖二期成品油管道工程等长输管道的光缆施工，操作设备仪器进行光纤熔接，施工质量达到了规定要求。这些工程的光缆线路自投产以来，运行正常。
［文章编号］1006-7619（2011）12-12-236
［作者简介］ 陈仁喜（1978-）男，职称：助理工程师，2003年毕业于淮海工学院工业电气自动化专业，现从事油气管道光缆施工技术管理工作。
【关键词】光缆；光纤；熔接；熔接损耗
Pipeline subsidiary optical transmission loss of control
Chen Ren-xi
(Petroleum in Jiangsu investigate to explore the bureau oil-field construction placeJiangduJiangsu225261)
【Abstract】Pipeline laying fiber optic cable is the same channel in order to achieve fast communication station and pipeline automation and control. The use of transmission platform, in the station's control center SCADA system and scheduling between the transmission pipeline operating parameters, control instructions issued to ensure the long-distance oil and gas pipelines to normal, safe operation. Fiber optic cable is a long-distance pipeline construction in one of the key processes. Fiber loss is directly related to the value of the control signal transmission quality.
【Key words】Cable;Fiber;Welding;Splice loss
1. 引言
随着国民经济高速发展对能源需求的快速增长，采用长输管道输送油气资源，具有安全、快捷、成本低等优点。目前长输管道采用同沟敷设通讯光缆线路，作为管道运行参数、调控指令的主要传输手段。利用传输平台，把各站场的SCADA系统运行参数传输到调度控制中心，调度控制中心下达调控指令。光缆线路将SCADA控制系统组成一点对多点，在调度控制中心汇聚形成星形网络。因此，通讯光缆线路成为长输管道建设中重要的组成部分之一。
光纤是光导纤维的简称。光纤具有传输频带宽、通信容量大、损耗低、不受电磁干扰等优点，已经成为通信网络中主要的传输媒介。它是用石英(SiO2)制成的横截面很小(直径0.125mm)的双层同心圆柱体，里边一层称为纤芯，其折射率较大，外边一层称为包层，其折射率较小，光线以大于临界角的入射角进入纤芯，光线在纤芯与包层界面上发生全反射，因而光线信号能在纤芯中远距离传输。
光在光纤中传输时会产生损耗，这種损耗主要是由光纤自身的传输损耗和光纤接头处的熔接损耗组成。光缆一经确定，其光纤自身的传输损耗也基本确定。而光纤接头处的熔接损耗则与现场施工质量有着密切的关系。如何降低光纤接头处的熔接损耗，增大光纤中继放大传输距离和提高光纤链路的衰减裕量，成为光缆施工中的一个值得重视的问题。
2. 光纤接头的熔接损耗
光纤熔接就是用熔接机产生短暂的放电电孤，烧熔需连接的两根光纤的端面使之连成一体，这种连接方法具有接头性能稳定、接头体积小、机械强度高等优点。光纤接续后光线传输到接头处会产生一定的损耗量，因而称之为熔接损耗或接续损耗。由于光纤熔接损耗影响着光纤线路传输损耗的容限及光纤线路无中继放大传输距离等，因此要求光纤接头处的熔接损耗要尽可能地小。目前，熔接法可以使熔接损耗平均值小于0.04dB。对具体的光纤线路工程而言，可根据工程的具体情况(如光纤线路中继段长度、光设备发射功率与接受灵敏度及系统富裕量等)确定每个光纤接头允许的熔接损耗值，将其作为熔接损耗指标在有关技术文件中加以明确规定。光纤传输线路上每个中继段的线路传输损耗也要有明确规定，因为光纤接头全部熔接完毕后衡量光纤线路传输质量的指标是光纤线路的传输损耗。目前这项指标要求在0.24dB／Km以下。
3. 影响光纤传输损耗的主要因素
影响光纤传输损耗的因素可分为本征因素和非本征因素。
本征因素是指光纤自身的因素。如两根光纤的模场直径不一致、光纤芯径失配、纤芯截面不圆、纤芯与包层同心度不佳等。模场直径不一致是影响光纤传输损耗的重要因素之一。
非本征因素则是指本征因素以外对传输损耗产生影响的各种因素。如熔接操作人员的技能水平、熔接设备和测试仪器的精准度、熔接工作环境（湿度、洁净度）、光缆敷设质量等，都对传输损耗值发生影响。其中熔接质量是决定传输损耗的关键因素。
4. 保证光纤熔接质量的控制措施
4.1对熔接人员技能水平的要求。
光纤接续人员必须经过专业技能培训和专业技能考核，合格者才能上岗操作。虽然熔接过程都是在熔接机上自动完成的，但熔接人员的责任心、技能水平、熔接质量识别和判断能力，直接影响熔接损耗值的大小。
4.2熔接过程的控制。
接续人员应严格按照光纤熔接工艺规程进行接续。
（1）光纤接续部位及接续工具必须保持清洁干燥。制备光纤断面时必须先擦拭后切割，采用棉纱沾无水酒精擦拭。尽量不要用棉花和普通含水酒精，因为棉花中的短纤维和酒精中的水分子，残留在光纤断面上会影响光纤熔接损耗值。
（2）光纤端面的好坏直接影响到熔接损耗大小。选用精度高的光纤端面切割器来制备光纤端面，提高光纤切割的成功率和光纤端面的质量。切割的光纤端面应为平整的镜面，无毛刺，无缺损。光纤端面的轴线倾角应小于1°，切割后光纤不得在多尘潮湿的环境中暴露时间过长，对OTDR测试不到的熔接点（即OTDR测试盲点）和光纤维护及抢修尤为重要。
（3）光纤放入熔接机V型槽时，要特别注意控制两根光纤纤芯不发生径向偏移和轴向倾斜。
（4）按照工艺规程参数进行熔接。在显示屏上监熔接过程，观察接头是否有气泡、缺口、折弯、径向偏移等缺陷，如有缺陷需重新熔接。
（5）一个操作者熔接合格后，另一测试人员在光纤端头用OTDR测试熔接点的熔接损耗值，不符合要求的应重新熔接。对熔接损耗值较大的点，反复熔接次数以3～4次为宜。多根光纤熔接损耗都较大时，可剪除一段光缆重新开缆熔接。由于光纤模场直径的不同，如在同一处各个接头的熔接损耗相差较大时，必须对光纤线路上每个接头的熔接损耗值进行具体分析以确定该接头是否需要重新熔接。
（6）封装、装盒应注意光缆进入接头盒的一端或两端必须固定牢靠。以免挂放或埋设接头盒时因光缆扭转而导致接头盒内光纤接头位置错动使接头处的损耗测量值增大。
在熔接施工中常发现熔接时测得的熔接损耗值符合要求，但盘好光纤封好接头盒后再次测量却发现接头处损耗值增大，则可确定是光纤接头位置错动的原因，须重新盘绕光纤。在某工程中曾出现多个接头点熔接损耗值严重超标的情况，原因是光缆与接头盒固定不牢靠，接头盒内光纤弯曲受力导致损耗值增大，甚至断裂，造成大面积的返工。为避免类似现象的发生，可用不干胶带将光纤接头和余纤牢固地固定在储纤盘板上。接头盒的密封要好，以免接缝处渗水。接头盒预留光缆的盘绕直径宜控制在40cm以上，若直径太小会使光缆中光纤因过分扭曲而受损。
4.3设备、仪器和工具的控制。
正确选择和使用熔接机是降低光纤接续损耗的重要措施之一。要选用适合在野外作业的熔接机进行光纤熔接。
光缆熔接仪器、设备和工具的性能要满足光缆施工质量要求。在施工之前要进行校准、试熔接、检验，符合质量要求后，才能用于现场施工。
在使用中和使用后及时去除熔接机上的灰尘，特别是清除夹具、各镜面和V型槽内的粉尘和光纤碎末。熔接机使用完毕后须除去机器上的灰尘，在潮湿环境中使用还须对其做防潮处理。使用时间较长的熔接机电极上面会有一层灰垢导致放电电流偏大而使熔接损耗值增大，此时可拆下电极用酒精棉轻轻擦拭后再装到熔接机上并放电清洗一次，若多次清洗后放电电流仍偏大则须重新更换电极。
4.4熔接工艺控制。
根据光纤类型设置熔接参数。如预放电电流、时间及主放电电流、时间等。每次使用前应使熔接机在熔接环境中放置至少15min，特别是放置在与工作环境条件差别较大的地方（如冬天的室内与室外），根据当时的气压、温度、湿度等情况，重新设置熔接参数。
图1光缆熔接、测试
4.5光缆熔接施工环境控制。
长输管道光缆施工都是在野外进行，而使用的是精准度很高的设备仪器，它们对工作环境（如温度、湿度、灰尘等）要求很高。必须采取有效的防护措施，保证设备仪器正常运行，才能保证熔接质量及熔接损耗值测试数据的准确性。
通常在工程车或小型帐篷内进行光纤熔接和测试（见图1）。当湿度较大时，在工程车或小型帐篷内设置热吹风机或电加热器，降低局部环境的湿度。因为在非常潮湿天气进行光缆熔接，熔接损耗值增大3～4倍。
5. 光缆敷设施工过程控制
5.1在同一线路上尽量采用同一批次的光缆。因同一批次的光缆的模场直径基本相同。光纤在某点断开后，两端间的模场直径可视为一致，因而在此点断开熔接可使模场直径对光纤熔接损耗的影响程度降到最低。
5.2敷设光缆时须按A、B编号顺序布放，即前盘光缆的B端要和后一盘光缆的A端相连，使熔接和传输损耗值降到最小。
5.3敷设光缆应严格执行光缆施工技术规程，从而避免光缆施工中光纖受损伤而导致传输损耗值的增大、甚至断芯。
（1）在光缆敷设施工中，严禁发生光缆打小圈、弯折、扭曲等现象；执行“前走后跟，光缆上肩”的放缆方法，能够有效地防止打背扣现象的发生。
（2）对光缆施加的牵引力不宜超过光缆允许值的80％，瞬间最大牵引力不超过100％；牵引力应加在光缆的加强件上，防止损伤光缆。因此，光缆熔接前应截去承受牵引固定位置一段光缆。
（3）按规程规定的接续点布缆，严禁随意增加接续点。
6. 结束语
长期以来，人们一直把光缆接续看作光纤施工领域中的“黑色艺术”，对光缆施工人员技能要求和设备要求都较高。要提高光纤线路信号的传输质量就必须降低传输损耗，光纤接头的熔接损耗影响着光纤线路的传输损耗。通过对影响光纤传输损耗的各种因素采取有效措施，就能最大限度地降低光纤传输损耗，保证和提高光纤线路信号传输质量，从而保证长输管道正常、安全运行。
笔者曾组织由江苏油建承建的珠三角成品油管道工程、石家庄——太原成品油管道工程、鲁皖二期成品油管道工程等长输管道的光缆施工，操作设备仪器进行光纤熔接，施工质量达到了规定要求。这些工程的光缆线路自投产以来，运行正常。
［文章编号］1006-7619（2011）12-12-236
［作者简介］ 陈仁喜（1978-）男，职称：助理工程师，2003年毕业于淮海工学院工业电气自动化专业，现从事油气管道光缆施工技术管理工作。