電力電纜隧道綜合監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計及應(yīng)用

陳曉霞 林鋒

摘要：近年來，地下電纜隧道以其安全、可靠、環(huán)保、美觀、管線易于維護(hù)管理等優(yōu)點，逐漸成為城市電網(wǎng)電力電纜項目改造、新建及擴(kuò)建的首選方式。由于電纜隧道修建于地下，內(nèi)部往往是封閉的，且距離長、電纜及管線多、空氣環(huán)境復(fù)雜，如不能有效利用遠(yuǎn)程監(jiān)控通信技術(shù)對地下隧道內(nèi)部各節(jié)點的電力電纜運行、環(huán)境質(zhì)量、防火防盜等進(jìn)行有效監(jiān)測、預(yù)防及遇到險情及時準(zhǔn)確處理，將會嚴(yán)重影響城市電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行，重則危害人民生命財產(chǎn)安全。所以，在電纜隧道工程中，智能化綜合監(jiān)控系統(tǒng)的配置及應(yīng)用將成為保障電纜隧道安全運行的關(guān)鍵技術(shù)。基于此，本文主要對電力電纜隧道綜合監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計及應(yīng)用進(jìn)行分析探討。

關(guān)鍵詞：電力電纜隧道;綜合監(jiān)控系統(tǒng);設(shè)計;應(yīng)用

1、前言

電力電纜隧道綜合監(jiān)控系統(tǒng)以電力設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測、故障診斷、分析決策為主線，以分散監(jiān)測、集中管理為基本模式，以安全預(yù)控為原則，將在線監(jiān)測、離線檢測信息、缺陷信息、維修預(yù)試信息、設(shè)備臺帳信息在平臺上進(jìn)行集成與融合應(yīng)用，識別設(shè)備故障的早期征兆，對故障部位、故障程度和發(fā)展趨勢做出判斷，指導(dǎo)，檢修計劃的編制：通過對電網(wǎng)設(shè)備運行狀態(tài)的實時分析與評估，實現(xiàn)電網(wǎng)危機(jī)因素的捕捉，做到預(yù)判、預(yù)警;通過設(shè)備運行信息的全景化監(jiān)控和可視化展現(xiàn)，幫助運行管理人員提升運行管理效率，降低系統(tǒng)的控制難度，最終達(dá)到輸、變電專業(yè)安全運行的可控和預(yù)控，提升電網(wǎng)的防風(fēng)險能力。

2、電力電纜隧道綜臺監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計

電纜隧道需要積極運用科技手段加強對隧道的監(jiān)控力度，建設(shè)健全合理的隧道監(jiān)控系統(tǒng)。就目前國內(nèi)形勢來看，電力電纜隧道監(jiān)控系統(tǒng)的存在形式以光纖為主，監(jiān)控和在線測試項目則是以溝井可燃?xì)怏w濃度和電纜接頭溫度為主，往往欠缺對綜合因素的實時監(jiān)控，而且受安裝位置的限制，監(jiān)控范圍也存在一定的局限性。因此，采用合理的控制策略以及先進(jìn)的自動化技術(shù)是對電纜隧道進(jìn)行有效監(jiān)控的根本手段。針對同監(jiān)控對象的監(jiān)控系統(tǒng)，通過對現(xiàn)有隧道監(jiān)控系統(tǒng)的研究，優(yōu)化隧道監(jiān)控系統(tǒng)的控制策略：結(jié)合隧道通風(fēng)控制系統(tǒng)，設(shè)計隧道通風(fēng)模糊控制算法;結(jié)合隧道視頻監(jiān)控系統(tǒng)，設(shè)計隧道視頻監(jiān)控聯(lián)動策略;結(jié)合隧道防入侵系統(tǒng)，設(shè)計隧道安全策略：結(jié)隧道應(yīng)急通訊系統(tǒng)，設(shè)計攝像頭滅火彈等相關(guān)系統(tǒng)的聯(lián)動策略。

電力電纜隧道綜合監(jiān)控系統(tǒng)分為：隧道環(huán)境監(jiān)控子系統(tǒng)、接地電流監(jiān)測子系統(tǒng)、隧道安防監(jiān)控子系統(tǒng)。其結(jié)構(gòu)如圖l所示。

電力電纜隧道綜合監(jiān)控系統(tǒng)采用分布式分層設(shè)計的原則，主要分為五個功能模塊，具體包括硬件平臺、操作系統(tǒng)平臺、通用中間件層、支撐層以及應(yīng)用層。其中硬件平臺可以是現(xiàn)今流行的各種硬件平臺，如RISC體系結(jié)構(gòu)的計算機(jī)，或CISC體系結(jié)構(gòu)的計算機(jī)：可以是32位機(jī)，也可以是64位機(jī)：操作系統(tǒng)平臺兼容目前所有主流操作系統(tǒng);通用中間件層可以確保電力電纜隧道綜合監(jiān)控系統(tǒng)具有應(yīng)用組件技術(shù)所帶來的優(yōu)越性：統(tǒng)一支撐平臺層位于通用中間件層之上，為電力電纜隧道綜合監(jiān)控系統(tǒng)的軟件開發(fā)和運行提供支撐。統(tǒng)一支撐平臺層的主要工作涵蓋了數(shù)據(jù)庫管理、網(wǎng)絡(luò)管理、系統(tǒng)管理、報警等，應(yīng)用層構(gòu)筑在支撐層之上，實現(xiàn)各類電纜隧道監(jiān)控的應(yīng)用，如分布式電纜監(jiān)測、環(huán)境監(jiān)測、安防、應(yīng)急通信等。

3、電力電纜隧道綜合監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用

3.1分布式光纖測溫系統(tǒng)

電纜隧道中設(shè)備以電力電纜為主，電力電纜長時間過載或絕緣層磨損、受潮等均易引起電纜溫度升高，嚴(yán)重時引起火災(zāi)，危害生命財產(chǎn)安全。所以，運用一種能實時有效監(jiān)測電力電纜溫度變化，并能在溫度異常升高時準(zhǔn)確判斷故障位置的裝置是必要的。分布式光纖測溫系統(tǒng)主要由測溫主機(jī)、測溫系統(tǒng)軟件、測溫光纜組成，通過在電纜表面敷設(shè)的測溫光纜實現(xiàn)對電纜隧道中電力電纜本體、附件、環(huán)境等溫度的監(jiān)測，測溫光纜由測溫主機(jī)中引出。分布式光纖測溫系統(tǒng)主要利用拉曼散射和光時域反射（0TDR）原理實現(xiàn)溫度和距離的測定，能夠?qū)崿F(xiàn)對電纜表面溫度的實時有效監(jiān)測、電纜全長無盲區(qū)監(jiān)測，可進(jìn)行連續(xù)測溫，當(dāng)檢測到溫度異常時，能夠迅速定位并發(fā)出報警信號，提醒監(jiān)控中心值班人員采取有效手段，用以確保電纜線路的安全運行。

3.2護(hù)層接地電流監(jiān)測系統(tǒng)

單芯電纜的金屬護(hù)套在正常一點接地情況下其上環(huán)流很小，而一旦出現(xiàn)多點接地與大地形成回路后，環(huán)流將明顯增加，電纜環(huán)流會加劇電纜損耗發(fā)熱，加速絕緣老化，危及電纜運行安全，所以，需采取措施實時監(jiān)測電纜護(hù)層電流，發(fā)現(xiàn)故障及時預(yù)警。護(hù)層接地電流監(jiān)測系統(tǒng)主要由監(jiān)測主機(jī)、通信單元、信號采集裝置、電流互感器組成。護(hù)層接地電流監(jiān)測裝置可對金屬護(hù)套環(huán)流及其變化量進(jìn)行實時監(jiān)測，即實現(xiàn)對單芯電纜多點接地故障的在線監(jiān)測，從而進(jìn)行電纜接地故障的快速預(yù)警、準(zhǔn)確定位，為線路搶修縮短時間，從根本上避免電纜事故的發(fā)生，保證電纜安全、可靠運行。在接地線上安裝防盜割傳感器，可使本系統(tǒng)同時實現(xiàn)接地線防盜割功能。

3.3環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)

電纜隧道為地下封閉結(jié)構(gòu)，設(shè)備運行期間會產(chǎn)生有毒有害氣體，如不能有效檢測有害氣體含量及隧道內(nèi)含氧量濃度，并聯(lián)動風(fēng)機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行通風(fēng)換氣，將會對設(shè)備維護(hù)人員人身安全造成威脅。環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)主要由監(jiān)測主機(jī)、通信單元、區(qū)域控制單元、數(shù)據(jù)采集單元、氣體傳感器、溫濕度傳感器、水位傳感器、水泵聯(lián)動控制單元、風(fēng)機(jī)聯(lián)動控制單元組成。環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)可以對隧道內(nèi)有毒有害氣體、環(huán)境含氧量、溫濕度、水位等進(jìn)行在線監(jiān)測，通過對隧道內(nèi)環(huán)境參數(shù)的監(jiān)測，如有害氣體濃度超標(biāo)或含氧量不足，能進(jìn)行聯(lián)動風(fēng)機(jī)排風(fēng)換氣，進(jìn)而改善隧道內(nèi)的空氣環(huán)境，為維護(hù)人員人身安全提供有效保障。

（1）通過氣體傳感器可對電纜隧道內(nèi)一氧化碳、硫化氫、甲烷等有害氣體濃度及空氣含氧量濃度進(jìn)行監(jiān)測，一旦檢測到有害氣體濃度超標(biāo)或空氣含氧量不足，可立即報警提示，并通過風(fēng)機(jī)聯(lián)動單元聯(lián)動通風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行通風(fēng)換氣，通風(fēng)系統(tǒng)主要由風(fēng)機(jī)和風(fēng)機(jī)控制器構(gòu)成。

（2）通過溫濕度傳感器可對電纜隧道內(nèi)部溫度及濕度進(jìn)行在線監(jiān)測，使監(jiān)控中心值班人員能實時監(jiān)看隧道內(nèi)部環(huán)境溫濕度。

（3）通過水位傳感器可以對電纜隧道內(nèi)集水井的水位進(jìn)行在線監(jiān)測，一旦監(jiān)測到水位異常，可立即報警提示，并通過水泵聯(lián)動控制單元聯(lián)動水泵系統(tǒng)進(jìn)行排水，水泵系統(tǒng)主要由水泵和水泵控制系統(tǒng)構(gòu)成。

3.4視頻監(jiān)控系統(tǒng)

由于電纜隧道的封閉性、距離長、巡檢難度大等特點，需加裝視頻監(jiān)控系統(tǒng)。視頻監(jiān)控系統(tǒng)主要由視頻服務(wù)器、視頻監(jiān)控顯示屏、網(wǎng)絡(luò)錄像機(jī)、遠(yuǎn)紅外高清攝像機(jī)組成。視頻監(jiān)控系統(tǒng)可通過電纜隧道內(nèi)的紅外網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)，實時監(jiān)測電纜隧道內(nèi)重要節(jié)點安全情況和設(shè)備運行情況，使監(jiān)控中心值班人員能夠清楚監(jiān)控整個電纜隧道，發(fā)現(xiàn)險情可以及時處理，能有效保證電纜隧道內(nèi)設(shè)備運行防護(hù)及維護(hù)人員安全。

3.5應(yīng)急通信及廣播系統(tǒng)

當(dāng)維修工人在地下電纜隧道進(jìn)行設(shè)備搶修和巡檢時，如發(fā)生緊急險情，如灌水、火情、有毒有害氣體超標(biāo)等，監(jiān)控中心值班人員能立即做出應(yīng)急處理，通過應(yīng)急通信廣播系統(tǒng)呼叫隧道內(nèi)工作人員，組織人員緊急疏散撤離，隧道內(nèi)工作人員也可通過隧道內(nèi)分機(jī)應(yīng)急通信系統(tǒng)呼叫外部救援。應(yīng)急通信及廣播系統(tǒng)包括應(yīng)急通信電話主站、應(yīng)急通信電話主機(jī)、應(yīng)急通信電話分機(jī)、揚聲器等。當(dāng)發(fā)生險情時，監(jiān)控中心值班人員可通過主機(jī)及時向隧道分機(jī)系統(tǒng)發(fā)起呼叫，隧道分機(jī)終端啟動警報，通過揚聲器發(fā)起應(yīng)急廣播，指揮疏導(dǎo)施工人員迅速撤離。該系統(tǒng)可同時具備電話對講功能、外界呼叫功能、一鍵報警功能，也可與其他公網(wǎng)系統(tǒng)對接，有效保障隧道內(nèi)部的通信功能。

4、結(jié)語

綜上所述，綜合監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用是電纜隧道安全可靠運行的必要條件，如何提升監(jiān)控智能化、便捷化、網(wǎng)絡(luò)通信安全化水平將是未來隧道綜合監(jiān)控系統(tǒng)研究的主要方向。