一、前言

      在光缆线路中，光缆接头盒的投资不超过1%，而因接头盒导致的线路故障率可超过70%，主要表现为接头盒在运行一段时间后盒内光纤附加衰减增大和断纤。对室外光缆线路，这些故障包括因盒体材料、结构设计和接续安装工艺不良所导致的盒体提前老化、密封失效所产生的渗水、漏气、蚁害等情况，也包括接头盒运行后因盒内光纤的盘留状态无序变化所导致的弯曲半径减小产生较大附加衰减或光纤受力导致的断纤。

       光缆接头盒是一个密闭的整体，主要包括外壳体、密封件、储纤盘及光纤接头。如接头盒外壳体没有明显的老化、开裂等现象，上述故障均很难被及时直接发现，尤其是在接头盒运行后盒内光纤盘留状态发生的随机无序变化。

       而大量的运行实践表明，即使设计合理、品质良好、接续技术工艺正确、施工装配合规的接头盒在运行一段时间后，光纤盘留状态仍会或多或少地发生变化，有些还很严重，甚至发生通信故障。

       为了尽早发现这类肉眼不可见的潜在隐患，通常由线路维护单位制定人工巡检制度，定期或不定期地打开接头盒进行排查，以期尽早发现、及时处置。 

      开盒处置包括盘整光纤、有时还需要重新进行光纤融接，接头盒打开后破坏了原来的密封性，需更换密封元件重新封装。并不是所有的接头盒打开后都需要重新盘整和融接，但由于只能开盒才能看到内部光纤盘留状态，导致不少重复劳动且巡检周期长、成本居高不下、工作强度大，但仍效率低下。

二、光纤盘留变化现象及分析

1、光纤盘留变化现象图1是某接头盒内中的储纤盘及光纤盘留在安装时和运行后的现场照片。

图1  某接头盒封盒前和运行后储纤盘内光纤盘留状态变化

        图1（a）是光纤接续后封装到盒体时的状态，可见光纤盘留整齐有序，光纤接续损耗和线路衰减全部符合设计要求。在3年的线路运行过程中，发现有部分纤芯的衰减增大，经OTDR检测，怀疑衰减增大处在接头盒附近。

        当打开接头盒发现光纤盘留状态均有所改变，有几根光纤已被“拉直”，如图1（b）所示。经检测，被拉直的几根光纤产生了明显的附加损耗，已接近或已经“超标”。

        图2是另两个接头盒运行后打开的光纤盘留状态。

图2  另两个接头盒运行后光纤盘留状态变化

       图2（a）所示接头盒在运行中并没有发现明显附加损耗超标的光纤，在巡检打开盒体后发现有几根光纤已被“拉直”，虽未断裂但后期存在重大隐患。

       图2（b）所示接头盒在运行中发现有几根光纤附加衰减增大，打开盒体后可明显看到光缆中光单元被带动拉直了光纤，后期有可能断裂导致通信中断。

光缆线路维护人员形象地把图1和图2所示的光纤被“拉直”现象称为光纤“回缩”。

2、光纤回缩原因简析

      为了尽量避免外界或外力对光缆的影响并对相对脆弱的光纤提供保护，光纤在光缆内需要有一定的冗余长度（称为“光纤余长”）。所以，室外光缆一般采用松结构，即松套光单元提供一次光纤余长、光单元绞合提供二次光纤余长，然后在外包覆根据环境要求的综合护套（如含钢丝、钢带或铝带等）。一次余长与二次余长共同组成了光缆的“综合余长”，这些“余长”是以光纤的弯曲状态“储存”在光缆内的。

       可见，光缆内光纤长度（称为“纤长”）与光缆的长度（称为“皮长”）是不一致的，纤长必须合理地大于皮长且光纤在缆内是松动、可位移的。这是松结构室外光缆设计、制造的基本原则和工作原理。

        为了光缆端头密封，接头盒夹持住的是光缆的外护套，并不能控制光纤在缆内的余长及具体形态。当光缆因温度变化发生长度变化，或受施工时不可避免地承受拉、弯、扭等外力，再加上外护套在成缆过程中积累的应力会随时间释放而长度增加（可称为“蠕变伸长”）。所以，光单元或光纤的“回缩”实质上是外护套的“伸长”，它导致了接头盒内光纤长度相对减小。这时，光纤在储纤盘上的弯曲半径会减小，严重时，光纤会被“拉直”。

        如储纤盘内的光纤弯曲半径仍在允许范围内，其附加衰减并不会明显增大。若光纤弯曲半径小于允许值甚至已被拉直，用常规OTDR仍可能测不到附加衰减的眀显增加，但此时光纤已产生较大应变（受力），当观测到明显附加衰减时已处于断裂的前夜。

        因此，从某种意义上看，接头盒运行后发生的光纤盘留状态改变是必然会发生的，这并不是个别现象而是普遍的“常态”现象，只是改变的状态不尽相同，对通信可靠性影响的程度不同。但是，由于接头盒是一个密封体，这种现象只有在打开盒体后才能用肉眼观察到。

三、管廊用光缆接头盒

1、室外光缆接头盒的基本要求

       根据《YD/T-814.1光缆接头盒 第一部分：室外光缆接头盒》，室外光缆接头盒的基本结构由外壳、内部构件、密封元件和光纤接头保护件4部分组成。

    《YD/T-814.1》规定的技术要求和试验方法有：外观、光学、密封、再封装、浸水、机械、环境、电气和环保等性能。

       机械性能包括：拉伸、压扁、冲击、弯曲、扭转、跌落、轴向压缩；环境性能包括：温度循环、低温冲击、持续高温、振动、太阳辐射、化学腐蚀；电气性能包括：绝缘电阻、耐电压强度。

         室外光缆接头盒外型主要分为图3所示的卧式和立式两类。

图3  两种典型的室外光缆接头盒

         图3（a）所示的为4端口（可为“二进二出”或“一进三出”）卧式接头盒，其外壳通常用工程塑料制成对半开启式（也称“哈夫”式），主要由两个尺寸对称的上下盖辅以密封元件组成的外壳，以及光缆固定内部构件组成。该4端口接头盒主要用于多条光缆的分支或配纤，即使两条光缆独自对接（二进二出），也共用一套储纤盘系统而不具有独立功能。

        图3（b）所示的多端口立式接头盒也被称为“帽式”接头盒，其外壳材料可为工程塑料或铝合金、不锈钢等，内部结构和功能类似于卧式。

接头盒的光学性能主要取决于内部构件、光纤接头部件及光纤盘留方式和状态。其他性能主要取决于外壳体、密封元件及安装工艺和相关技术。

2、对管廊用光缆接头盒的要求

      管廊，顾名思义即布设管道的走廊，最初主要是指化工厂在空中或地下集中布放的各种管道集群。光缆线管廊一般指采用浅埋或沟道方式建设、设有可开启盖板但其内部空间不能满足人员正常通行要求，用于容纳电力电缆和通信线缆（含光缆）的设施，也包括槽道、隧道或涵洞。城市综合管廊是指在城市地下建造一个工作人员可进入的隧道空间，将电力、通信（含光缆）、热力、给水等各类工程管线集于一体，地上附着物为出口及通风口等设施。综合管廊主要分为干线综合管廊、支线综合管廊及光缆线管廊。

        行业标准《YD/T-814.1》将接头盒的应用场合分为架空、管道（隧道）和直埋三类（没有管廊应用的分类），将光缆连接方式分为直通和分歧两类。

       从管廊的主要特征可见：在满足《YD/T-814.1》各项要求的前提下，管廊用光缆接头盒的结构宜为卧式，为了提高组网的灵活性宜为多端口、最好具有多个独立的光缆通道。

       应该说，管廊内的接头盒工作环境和条件比直接野外应用相对要好一些，但线缆集约化程度高，对光缆的维护提出了更高的要求。尤其是针对接头盒运行后光纤盘留储纤状态变化，如仍旧采用逐盒打开检查、不管有无故障需排除都必须再重新封装的方法，无疑工作强度大、成本高昂而仍旧效率低下。

       国网浙江省电力有限公司衢州供电公司首次提出了《管廊式可视光缆接头盒》的课题，基本要求是：

●用于管廊的光缆接头盒盘纤状态可视；

●具有多通道独立封闭盘纤空间；

●接头盒可反复开启检查，但不影响包括密封在内的各项性能。

3、可视化和目力可见

       可视化一般是利用计算机图形学和图像处理技术，将数据转换成图形或图像在屏幕上显示出来并进行交互处理的理论、方法和技术。该技术将不可见或难以直接显示的数据转换为可感知的图形、符号、颜色、纹理等，以增强数据识别效率并传递有效信息。

      在接头盒内安装湿度、温度、压力等传感器，可以将接头盒渗水等数据可视化。但这种检测方式成本很高，且因为检测系统是串联的，一旦某节点失效或中断，将影响全系统运行。用OTDR或BOTDR等仪器检测盒内光纤，可以用可视化形式显示光纤附加衰减和应变的变化数据。这种在线实时检测方法是发展方向，目前，被监测的光纤长度还受仪器的测量动态范围限制。但是，即使应用上述几种可视化技术仍不能及时监测到运行后接头盒内光纤的盘留状态随机变化。

目力可见，泛指正常视力人的眼睛在一定距离内可以直接“看”得到。接头盒运行后光纤盘留变化仍需要打开才能直接看到，除非在每个接头盒内安装摄像头。

4、简解——目力可见光纤盘留状态的管廊式接头盒

      如果接头盒壳体用透眀材料制成，就能不打开接头盒并用肉眼不借助任何仪器直接看到光纤盘留状态。

       根据《YD/T-814.1》，接头盒用工程塑料的性能要求为：热变形温度≥85℃；吸水性＜0.1%；透潮率＜0.1mg/h；体积电阻率＞1×1016Ω•cm。并且在制成壳体、装配完后要滿足接头盒的各项性能。

      即使有符合上述要求的外壳体透明材料，暂且不考虑成本问题，暴露在外的透明壳体会因老化、擦伤、积灰污染等情况失去透明度。因此，全透明壳体方案无可行性。一种目力可见光纤盘纤状态的管廊式光缆接头盒（已申请专利），采用适用的工程塑料、不锈钢、铝合金等材料制成，基本结构见图4示意。

图4  一种目力可见光纤盘纤状态的管廊式光缆接头盒示意图

      从图4（a）可见，该接头盒主要盒座、由光缆端口、可视窗、密封件及压框和上盖组成，内部结构为含光纤接头的构件仓。

      对照图3（a）所示的常规卧式室外光缆接头盒，主要特征有：

●外观为卧式的对半开启式，但壳体结构为非对称型；

●光缆端口和内部结构全部容纳在盒座中；

●可视窗用具有一定机械强度透眀材料制作，与盒座、密封件和压框组成密封结构（除非须处理盘纤或融接，通常不需打开）；

●上盖是具有一定机械强度的防太阳辐射、防尘、防污罩，具有抗冲击、压扁等性能，可用简单方法多次重复开启，通过可视窗目力检查盘纤状态；

●光缆端口除了密封外，具有抗弯曲、扭转和轴向压缩等性能。

图4（b）是含光纤接头的内部结构示意图，主要特征有：

●具有4端口，包括2个通道的独立封闭盘纤空间，相当于2个独立接头盒；

●合理的盘纤单元具有优良的光学、抗振动等性能。

      该管廊式接头盒可满足所有外观、光学、密封、再封装、浸水、机械、环境、电气和环保等性能。

四、总结

        光缆必须有合理的光纤余长，该余长以光纤弯曲状态储存在光缆内的松套管及绞合节距中。光缆在加工过程、施工过程中和在工作寿命期间，光缆内的光纤余长始终在变化的，即光纤在管内的形态并不是一成不变的，它随时在一定的范围内进行“自我调整”，从而缓冲外力的影响。

       普遍发生的光缆接头盒运行后所产生的光纤盘留状态变化是随机和无序的，主要与光缆结构、施工应力和运行方式等有关。目前主要靠人工巡检打开接头盒才能发现并处理，因随后须重新密封装配，故费工耗时、效率低下。

        根据国网浙江省电力有限公司衢州供电公司首次提出的《管廊式可视光缆接头盒》课题及基本要求，研制了一种在巡检中不必破坏原有密封、可用肉眼直接观察判断光纤盘留状态的管廊式接头盒，可满足所有外观、光学、密封、再封装、浸水、机械、环境、电气和环保等性能。