Стратегии технического обслуживания междугородной кабельной канализации волоконно3оптических линий передачи

20 декабря 2011 г. 12:06

ТЕХНОЛОГИИ ИНФОРМАЦИОННОГО ОБЩЕСТВА

Стратегии технического обслуживания междугородной кабельной канализации волоконно-оптических линий передачи

Дан анализ проблем технической эксплуатации волоконно-оптических линий передачи с кабеля**, проложенными в защитных полимерных трубопроводах, рассмотрены стратегии технического обслуживания междугородной кабельной канализации, представлены варианты решений задачи мониторинга герметичности защитных полимерных трубопроводов.

Андреев ВА, Бурдин ВА

Сегодня на отечественных сетях связи широко используется технология строительства волоконно-оптических линий передачи (ВОЛП) с использованием защитных полимерных трубопроводов (ЗГ1Т) или, другими словами, прокладка оптического кобеля (ОК) в междугородной кабельной канализации (МКК) [ 1 -4]. Как известно, только вто технология позволяет исключить большие объемы земляных работ при необходимости дополнительной прокладки по трассе нового кабеля или замене устаревших кабелей и, соответственно, практически исключить затраты на землеотводы по трассе ВОЛП на длительный срок. Уже сегодня эти затраты составляют значительную долю от стоимости линейно-кабельных сооружений. В перспективе эта тенденция будет только усугубляться. Важнейшие преимущества МКК — это возможность замены и резервирования ОК и использование более дешевых облегченных кобелей. Однако, при повреждениях трубопроводов, нарушении их герметичности и последующего заполнения их водой, грязью, их заиливании, они этих преимуществ лишаются. Кабель оказывается даже в более тяжелых условиях эксплуатации по сравнению с бронированными ОК, проложенными непосредственно в фунт, и при этом исключается повторная прокладка или замена ОК в трубопроводе.

Столь нежелательных последствий можно избежать, если своевременно обнаруживать и устранять негерметичности трубопроводов МКК. Эго возможно при грамотном проектировании, высоком качестве строительства и организованной технической эксплуатации. Как и любая другая распределенная система МКК для поддержания ее в нормальном состоянии в течение длительного периода времени требует технического обслуживания. Очевидно, что при больших затратах на строительство такого дорогостоящего сооружения как МКК целесообразно планировать и расходы на ее эксплуатацию. Для оптимизации решений необходоло чтобы вопросы организации эксплуатации были учтены уже на стадиях проектирования и строительства объекта. А это требует корректного выбора стратегии технического обслуживания.

В нашей стране накоплен значительный опыт эксплуатации сложных распределенных систем: трубопроводов различного назначения, кабельных линий и т.п. Стратегии технического обслуживания подобных объектов, к которым относится и МКК, классифицируют следующим образом [5-7]. Это, обслуживание объекта до выхода его из строя, обслуживание объекта по регламенту, обслуживание по фактическому техническому состоянию объекта.

В первом случае обслуживание объекта определяется его наработкой на отказ. Обслуживание по регламенту предусматривает выполнение планово-предупредительных робот (ППР), периодич-

ность каждой из которых для однотипных объектов строго регламентирована независимо от местных условий. Стратегия обслуживания по фактическому техническому состоянию объектов основана на техническом диагностировании и прогнозировании состояния объекта, что и определило ее другое название — стратегия экспертнодиагностического обслуживания. С помощью средств технического диагностирования проводят непрерывный или периодический контроль параметров состояния. На основании результатов диагностирования и контроля принимают решения о необходимости проведения регламентных работ, о составе, объеме и времени проведения этих работ, а также о времени проведения очередного контроля технического состояния. При непрерывном мониторинге объекта прогнозирование выполняют для определения времени, в течении которого сохранится его роботоспособное состояние, а при периодическом контроле — для определения момента времени следующего контроля.

Различают статистико-профилактическую и восстановительную стратегии экспертно-диагностического обслуживания. Статистикопрофилактическая стратегия строго регламентирует только периодичность комплексной проверки состояния объекта, а периодичность регламентных работ устанавливается в зависимости от результатов проверки с учетом фактического состояния устройств и статистических данных о надежности их работы в предшествующий проверке период При реализации восстановительной стратегии регламентные работы вообще не проводятся, а осуществляется лишь восстановление оборудования объекта после отказов и некоторые дополнительные работы.

На сегодняшний день нормативной документацией регламентируется техническая эксплуатация ОК в трубопроводе. На практике, в подавляющем большинстве случаев техническое обслуживание собственно МКК не осуществляется. Состояние трубопроводов не контролируется. Кок правило, их повреждения выявляются при выполнении работ на ОК. В результате трубопроводы МКК могут достаточно длительное время иметь повреждения и быть негерметичны. Естественно, что при таком состоянии дел имел место и отрицательный опыт, когда оператор был вынужден отказаться от уже внедренной технологии прокладки ОК в ЗПТ и вернутся к традиционной

— прокладке бронированных ОК непосредственно в грунт [3].

Подробный и точный анализ ситуации, сложившейся на ВОЛП сОК, проложенными в МКК, представлен в [1]. В данной работе при выборе варианта организации технического обслуживания МКК исхсдят из следующих положений: трубопроводы МКК не являются герметичными и могут быть заполнены водой, грязью, илом; в зимний период кабели внутри трубопроводов могут вмерзать на достаточно длительное время; большие объемы земляных работ, связанные с прокладкой трубопроводов или бронированных кабелей на трассе при ремонтах или реконструкциях линии, должны быть исключены в течение всего срока эксплуатации ВОЛП.

34

Т-Сотт, #8-2011

С уметом этого, предлагается:

— применять более дорогие ОК с повышенной стойкостью к раздавливающему действию замерзающей веды (с допустимыми раздавливающими усилиями 0,8 — 1,0 кН/см) и повышенной влагостойкостью (предполагается, что ЗПТ постоянно заполнены водой, илом, грязью);

— применять муфты во влагозащитном исполнении (предполагается, что в смотровых устройствах они будут постоянно находиться в воде);

— увеличить резерв трубопроводной системы (число прокладываемых ЗПТ), обеспечив наличие ЗПТ, свободных от кабелей. Эти резервные ЗПТ периодически очищают при проведении ППР и готовят под ремонтные нужды;

— использовать в качестве смотровых устройств кабельные колодцы с доступом в них через люк, ВЫХОДЯЩИЙ на поверхность (это требуется для периодического выполнения ППР по очистке резервных ЗПТ).

Фактически рекомендуется стратегия обслуживания МКК по регламенту, которая базируется на выполнении ППР Такой подход позволяет решить главную задачу — обеспечить возможность ремонта и замены ОК без выполнения значительного объема земляных работ исключив, соответственно, затраты на землеотводы. Вместе с тем, данный вариант стратегии технического обслуживания не позволяет полностью реализовать преимущества технологии прокладки ОК в ЗПТ — вместо кобелей облегченной конструкции рекомендуется использовать ОК с повышенной влагостойкостью и более стойкие к раздавливающему действию замерзающей воды. При этом увеличение допустимой раздавливающей нагрузки до 0,8-1,0 кН/см приводит к значительному росту стоимости кобеля, но не гарантирует его целостности при действии замерзающей воды в трубопроводе. Так, испытания, проведенные КОНИИС еще в восьмидесятые гады, показали, что давление замерзающей воды в асбоцементной трубе с внутренним диаметром 100 мм может достигать 83,4 МПа, снижаясь до 20% при наличии в трубе кабеля [8]. Исследования ОК при действии замерзающей воды в стальной трубе показали, что вероятность его повреждения в этих условиях очень высока [9]. Вместе с тем, при проведении подобных исследований ОК в защитном полимерном трубопроводе, повреждений кабеля или изменения затуханкв в волокнах кабеля не наблюдалось [10]. Эго подтвердили исследования ОК облегченной конструкции. В первом случае, образец ОК в заполненной водой ЗПТ помещался в климатическую камеру и выдерживался там при отрицательной температуре. Во втором случае, образец ОК в ЗПТ укладывался в стальную трубу. И стальная труба и ЗПТ заполнялись водой. Затем образец ОК в заполненных водой ЗПТ и стальной трубе помещался в климатическую камеру и выдерживался там при отрицательной температуре. Методика испытаний базировалась на международных рекомендациях по испытаниям ОК на стойкость к действию замерзающей воды [11]. В результате испытаний каких-либо повреждений ОК и увеличения потерь ОВ кабеля выявлено не было. Все это позволяет рекомендовать для прокладки в ЗПТ кабель облегченной конструкции и не ужесточать требования к допустимым раздавливающим нагрузкам.

Кроме того, считаем нецелесообразным использование на МКК кабельных колодцев. Расположение люков на поверхности ведет к необходимости организации дорогостоящих охранных мероприятий, которые даже на более коротких и "обслуживаемых" участках городской кабельной канализации далеко не всегда эффек-

Хороию известно, что из трех, упомянутых выше стратегий технического обслуживания объектов, наилучшие показатели обеспе-

чивает стратега экспертно-диагностического обслуживания [5-7]. Для ее реализации необходимо, чтобы темпы проведения ремонтно-восстановительных работ (РВР) были не ниже темпов роста числа опасных дефектов. Данные эксплуатации ОК в ЗПТ позволяют считать, что при корректном проектировании и соблюдении правил строительства наработка на отказ МКК достаточна для того, чтобы при организации мониторинга герметичности ЗПТ обеспечить возможность выполнения ремонтно-восстановительных робот до заиливания трубопровода или, по крайней мере, выявления наличия воды в трубопроводе до зимнего периода и до ее существенного распространения Будем полагать, что: ЗПТ герметичны, но их герметичность может быть нарушена; можно восстановить герметичность ЗПТ до того, как она будет заполнена водой, илом, грязью, если своевременно обнаружить дефект и выполнить РВР; смотровые устройства не являются герметичными и могут быть заполнены водой с загрязнениями; большие объемы земляных работ, связанные с прокладкой трубопроводов или бронированных кабелей на трассе при ремонтах или реконструкциях линии, должны быть исключены в течение всего срока эксплуатации ВОЛП.

Исходя из данных положений, для реализации экспертно-диагностическое обслуживание МКК предлагается:

— организовать мониторинг (периодический контроль) герметичности секций ЗПТ;

— ранжировать секции ЗПТ по степени опасности;

— выполнять РВР по восстановлению герметичности секции ЗПТ в случае ее нарушения;

— применял) муфты во влагозащитном исполнении (полагается, что в смотровых устройствах они буд/т постоянно находиться в воде) ;

— увеличить резерв трубопроводной системы (число прокладываемых ЗПТ), обеспечив наличие ЗПТ, свободных от кабелей.

Очевидно, что принципиальным моментом дгтя реализации экспертно-диагностического обслуживания на протяженных объектах является построение системы мониторинга их параметров. Для МКК это, в первую очередь, мониторинг герметичности трубопроводов Как уже отмечалось* в нашей стране накоплен огромный опыт эксплуатации протяженных объектов и мониторинга их параметров. В частности — герметичности кабельных линий. Достаточно вспомнить опыт содержания кабелей под избыточным давлением, применение сигнализаторов понижения изоляции и т.п.

Рассмотрим некоторые способы контроля состояния трубопроводов МКК и поиска мест их негерметичности [12-14]. Один из возможных вариантов — периодическая постановка секций под давление через выведенные на контрольно-измерительные пункты (КИП) воздуховоды [12]. Технология проверки герметичности трубопроводов путем постановки отдельных секций МКК под давление хорошо отработана. Ее применение предусмотрено правилами строительства ВОЛП с кабелями в ЗПТ [15]. Опыт использования гибких воздуховодов для организации обходов и увеличения длины газовой секции также хорошо известен и достаточно широко применялся на кабельных линквх связи, содержавшихся под избыточным давлением [16]. Очевидно, что гибкие воздуховоды могут быть выведены в местах расположения смотровых устройств МКК от каналов канализации на щиток КИП. Это позволит ставить газовые секции МКК под давление с поверхности земли при объезде трассы.

Подобный вариант — периодические измерения с КИП влажности в трубопроводе с использованием расположенных в трубопроводах датчиков [ 13]. В этом случае датчики влажности помещаются втру-бопровод около смотрового устройства и, в зависимости от типа датчиков, провода или оптическое волокно выводятся на щиток КИП. Измерена выполняются с поверхности земли с КИП при объезде трассы. Здесь могут быть использованы датчики различного типа.

Т-Сотт, #8-2011

35

Еще один вор на кт организации контроля герметичности трубопроводов МКК — мониторинг с конца регенерационного учостка влажности в трубопроводах с использованием распределенной волоконно-оптической сенсорной системы, которая, в том числе, может использовать одно или несколько волокон телекоммуникационною ОК [14]. В последнем случае, система мониторинга МКК легко может быть объединена в рамках единого решения с системой мониторинга оптических волокон кабеля, системой охраны объекта и тл. Подобные волоконно-оптические распределенные сенсорные системы известны достаточно хорошо и широко применяются в различных приложениях [17, 181-

Поиск мест негерметичности трубопроводов МКК может быть осуществлен традиционными средствами [16]. Эю определение учостка с негермвтичностъю по перепад/ давления и разности расхода газа, значение которых измеряются с концов газовой секции. Или, применение методик, основанных на использовании галоидных течеискателей.

Наверное, можно было бы рассматривать и варианты применения ксжих-то других методов для рассматриваемых приложений. Однако, к сожалению, готовых решений нет. Все рассмотренные выше способы — пока только предложения. Но, очевидно, что внедрение стратегии технического обслуживания МКК по фактическому состоянию является верным решением и работа в этом направлении — не-обхо»**а.

Литература

Спиридонов ВН Реальные перспективы ислользоесмм ЗПТ при строительстве ВОЛС — 1дЬ*'лтг/е ЯЕ. 2006, №4. — С28-30.

2 Киушае АВ. Технология ЗПТ. Теория и практика — ЬдЬЛ'/аиэ кЕ, 2005, №3. — С36-41.

3 ПсвловАА. Развитие мапкпрагыла цифровой связи российских железных дорог — идЬкуаге 1*Е, 2004, №4. — С21 -25.

4 Озбмвм НК Экономика строительства ВОЛС подземной прокладки, ЦдЬкуоуе ЯЕ, 2003, №2. - С14-20.

.5 Ермолова АВЧ Седел» ЮЛ Экспфтно-дисжностическое обслужи-

вание технологических трубопроводов газоперекачиваенцих компрессорных станций. — Деловая слава России, Вып. Ш 2008 с — С72-75.

С Замемажэ MJO., КотитиукТ-Г, Ковапеиоэ ВН Мероприятия по оптимизации режимов эксплуатац>*1 и оценка рисков аварий линейной части трубопроводах систем. — Нефть и газ Западной Сибири: Сб. Hoyw. тр. междунер. конф. — Тюмень: и ад-во ТюмГНГУ 2003. — С164-165.

7 ГорелисАД, Васипвнкова Т. А Периодичность профилактики стси-1*ю**ных устройств по параметрам движения // Транспорт: наука, техника, управление. - М-ВИНИТИ, 2005. - NP8. - С48-49.

8 Пскович И.Ф*Пж СМ, Поляков СТ. Зашита кабелей от поврежде-тй замерзающей водой//Вестник связи, №9, 1985. — С.30-31.

9. TandoD М* Kobayaehi Т„ Sugawam Y„ Inada К, Tanaka Су Katsuyama Y„ l^vda У. Opiicakable properties under frozen water in a conduit and a suitable metixxi for prevention of degrodafcon // Electronics Letters, 1981. -vol. 17(21). -pp. 796-798.

10. Капяж AM. Исследование линии оптического кабеля, проложенного в защитной пластмассовой трубе в многолетмемерзлотных грунтах // Электросвязь. — №12, 2006. — С11-15.

11. TIA TIA/EIA-455-98A FOTP-98. Fiber Optic Cable External Freezing lest

12. Андреев В. A, Бурдо A By Бурдо BA Способ контроля герметич мости каналов междугородной кабельной канализации волоконно-оптической тнии передачи RU 2380669 С1, 2010, БИ №3.

13. Бурдж А В, Бурдин ВА, Воронков АА Способ контроля герметичности каналов междугородной кабельной ксмалиэации волоконно-огтти-ческой передачи RU 2385453 С1, 2010. БИ N*9.

14. Бурдо ВА Способ контроля герметичности каналов междугородной кабельной канализации волоконно-оптической www передачи RU 2381469 С1, 2010, БИ N*4.

15. Временная инструкция по приемке в эксплуатацию линейных сооружений ВОЛП в ПВП кабелееадах и составлению исполнительной доку-ментецин на сдаваемые гмнейные сооружения. — М., 1998.

16. Бс^эон ДА, Гаршмся Гродиев ИИ Справочник строителя ка бельных сооружений связи. — М.: Связь, 1968. — 800 с

17. AJaxxnla L Kariofa Р, Kopola Н. Comparison of distributed fiber optic sensing methods for location and quantity information measurements. — Opt. Eng. 41(11. 2002. — С181-189.

18. Inoud D„ Gfac Bl Disfributed fiber Optc Senscxs: Novel "feds for tbe Monitoring of Large Structures, Geotechnical News, Volume 25, Number 3, P 8-12, 2007.

36

T-Comm, #8-2011