電纜隧道集中監(jiān)控系統(tǒng)的應用

吳讓新 張 蘇 段尚琪

(云南電網(wǎng)公司昆明供電局，云南 昆明 650011)

1 前言

昆明地區(qū)共有220kV電纜線路4回19.46 km，110kV電纜線路46回105.8 km，35kV線路17回14.3 km，負責城區(qū)各變電站之間的電源聯(lián)絡;電纜隧道34km，61%的高壓電纜敷設在電纜隧道內。隨著城市快速發(fā)展，電力基礎設施投入逐年增加，電纜及電纜隧道的長度在不斷增加，其傳統(tǒng)運行模式面臨著越來越大的壓力。

1)電纜等附屬設施被盜嚴重，嚴重影響電纜安全運行。

2)其他施工單位私自對隧道開孔，對運行電纜也帶來安全隱患。

3)電力負荷急劇增加導致電纜過載、過熱，隧道內積水、產(chǎn)生有害氣體等會影響到電纜安全運行。

4)電纜管理、控制手段薄弱，無法實時了解電纜隧道內電纜及附屬設施的運行情況。

目前國內參數(shù)采集終端設備的精確性已經(jīng)能如實反映電纜及環(huán)境運行狀態(tài)。

2009年12月，昆明供電局在南北隧道、西壩隧道、南三環(huán)、海硬隧道共17km建成電纜及隧道在線監(jiān)控系統(tǒng)，采用科技手段解決周期巡視中存在的問題，有效提高了電纜運行環(huán)境的安全性。

2 系統(tǒng)介紹

電纜隧道集中監(jiān)控系統(tǒng)由中心控制層 (輸電分局監(jiān)控室)、區(qū)域監(jiān)控層 (分控主機，設在電纜隧道附近變電站內)及監(jiān)控終端層 (各監(jiān)控終端，設在各電纜隧道內)三層結構組成。

2.1 中心控制層

中心控制層是整個電纜隧道集中監(jiān)控系統(tǒng)的上層核心部分，以REAL－TIME電力監(jiān)控系統(tǒng)為基礎，通過模塊化擴展，可構建多個應用子系統(tǒng)和并實現(xiàn)多種監(jiān)控功能實時遠程監(jiān)測電纜運行參數(shù)及電纜隧道內環(huán)境變化，實現(xiàn)各監(jiān)控子系統(tǒng)(含防盜電子井蓋、高壓電纜線路運行電流、護層電流、瞬間故障電流、電纜接頭溫度、電纜本體溫度、隧道綜合環(huán)境、隧道應急通信、隧道智能視頻監(jiān)控子系統(tǒng)等)之間的聯(lián)動功能。

2.2 區(qū)域監(jiān)控層

2.2.1 分控主機

分控主機安裝在變電站內，是介于中心控制層和隧道監(jiān)控終端設備之間，通過通信電纜與隧道內的各類采集器連接，每個分控主機可帶48個回路，每個回路最遠可達10km。同時分控主機還負責對前端采集器進行遠程供電、控制和自動監(jiān)測，從而實現(xiàn)實時監(jiān)控。

各變電站的區(qū)域分控主機通過已經(jīng)建成的自動化通信系統(tǒng)，使用TCP/IP實現(xiàn)與電纜集中監(jiān)控中心的連接，形成覆蓋整個監(jiān)控網(wǎng)的監(jiān)控系統(tǒng)，網(wǎng)絡與外界隔離，沒有黑客攻擊和病毒感染的危險。

2.2.2 系統(tǒng)供電和數(shù)據(jù)傳輸

采集終端設備一般安裝在電力隧道或者管溝內，距離變電站達十幾公里遠，各種現(xiàn)場采集單元分布十分分散，如用普通的低壓交流供電方式，長距離供電會使供電質量下降，影響系統(tǒng)的可靠性。且部分管溝段甚至沒有低壓電源，無法實現(xiàn)對現(xiàn)場設備的供電。

鑒于這一情況，在電纜隧道集中監(jiān)控系統(tǒng)中采用一種遠程供電和通訊共纜傳輸技術。采用低壓遠程供電 (10km以上)和載波通訊通過一對雙絞線傳輸;一對雙絞線可掛接多個監(jiān)控終端，通過主機配置通訊和終端供電的時間比來保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

針對信號傳輸中帶來的諧波、傳導、輻射、串擾等干擾問題，采取端口輸出設有共、差模濾波器的方式來消除能量反射，駐波。同時采用脈沖分時復用技術和獨特的脈寬檢波算法，有效濾除高壓電纜運行過程中產(chǎn)生的各種電磁干擾，以保證通訊良好，從而很好地適應電力隧道、溝道內的復雜電磁干擾環(huán)境。

分布在電力隧道內的現(xiàn)場采集單元采用低功耗設計，對于充電、發(fā)送、接收、控制等各功能電路實行控制分時上電，待機時關斷的電源管理方法，有效地降低了系統(tǒng)功耗。

2.3 監(jiān)控終端層

監(jiān)控終端層含電纜隧道集中監(jiān)控系統(tǒng)最基礎的控制終端、采集終端及通信鏈路，實現(xiàn)對風機、水泵、井蓋等的開閉管理和對電纜運行、隧道環(huán)境等參數(shù)的采集。

3 監(jiān)控子系統(tǒng)介紹

3.1 井蓋集中監(jiān)控子系統(tǒng)

對隧道檢查井、防盜門加裝電子鎖以及控制器，具有應急鑰匙 (工具)開啟、狀態(tài) (開啟或關閉)監(jiān)測、電控開啟、非法進入報警及自鎖閉功能?？梢约皶r、有效的制止電力隧道偷盜事件發(fā)生，規(guī)范電力隧道內電纜通道的資源管理，防止各種線路的私拉亂放，保證隧道電纜的安全穩(wěn)定運行。

電控人井內蓋由人井專用電子鎖+定制專用內井蓋+智能控制模塊組成。智能控制模塊通過通信線與監(jiān)控主機通信，實現(xiàn)對井蓋的監(jiān)控，可實現(xiàn)井蓋全集中管理，在授權登記下由監(jiān)控管理中心遠程統(tǒng)一開啟，開啟事由記錄可查，安全性強，杜絕管理漏洞。

多種組網(wǎng)方式 (PSTN/TCP IP/DCN)適應不同需要，告警方式靈活可選，可實現(xiàn)PDA，短信通知，語音通知等多種告警模式。在緊急情況下，可以用應急鑰匙現(xiàn)場開啟井蓋，保證緊急搶修的需要，應急鑰匙采用定制磁性密碼鑰匙，具備40萬種密碼組合，普通用戶無法復制，安全性高。

井蓋安裝位置進行GPS數(shù)據(jù)采集，并在電纜走向圖上顯示，形成非法開啟地圖告警提醒功能，視覺直觀顯示告警位置，及時有效制止偷盜事件。

3.2 電纜參數(shù)監(jiān)測子系統(tǒng)

對電力電纜運行過程中的重要參數(shù)進行在線實時監(jiān)測，參數(shù)包括:護層接地電流、電纜接頭溫度、電纜接頭局部放電、瞬間放電等參數(shù)和信號，通過在電纜本體及接頭位置安裝采集器，實時監(jiān)測電纜運行狀態(tài)，防止電纜長期過載發(fā)熱降低電纜絕緣性能，局部放電信號的測量可以反映多種局部絕緣劣化的發(fā)展狀況，可作為一個重要指標來檢測一些危及電纜整體絕緣的有害缺陷，有效實時掌握電纜運行情況，電纜采集終端安裝位置如圖1。

圖1 傳感器安裝位置圖

3.3 隧道智能視頻監(jiān)控子系統(tǒng)

智能視頻監(jiān)控子系統(tǒng)將采集到的視頻信號首先送到光端機，利用通信光纖光端機把視頻信號傳輸?shù)阶冸娬疽曨l編碼器，再把模擬信號轉化成為可以達到DVD畫質的D1格式數(shù)字信號，完成本地存儲的同時，把視頻信號通過網(wǎng)絡傳輸?shù)奖O(jiān)控中心，顯示在監(jiān)控中心的電腦屏幕上。

視頻監(jiān)控系統(tǒng)除了具備數(shù)字化視頻監(jiān)控系統(tǒng)自身的視頻采集、存儲、報警、聯(lián)動等基本功能外，還具備圖像分析處理能力，將這種智能化的視頻監(jiān)控系統(tǒng)在電力隧道的出入口和重點部位上進行配置，利用系統(tǒng)的周界警戒和圖像處理軟件，可以及時發(fā)現(xiàn)跨越用戶預設的、無形警戒邊界的目標，在圖像上發(fā)出報警信號并自動記錄到存儲設備。它吸取了“人盯畫面”和傳感器報警的綜合優(yōu)點，對可疑目標的智能報警和自動記錄。

3.4 隧道環(huán)境綜合監(jiān)控子系統(tǒng)

對電力隧道內的有害氣體、空氣含氧量、水位等環(huán)境參量進行監(jiān)測，并根據(jù)監(jiān)測結果聯(lián)動控制隧道內相應的風機、水泵等前端設備，為電纜的良好運行環(huán)境及維護工作人員安全提供全面保障。

3.4.1 有害氣體傳感器

隧道內的有害氣體主要是一氧化碳、甲烷和硫化氫，有害氣體傳感器的測量精度要求較高，對人體有害的微量存在時就需要探測出并報警。傳感器的變送器為PPM級微功耗有毒氣體變送器系列產(chǎn)品之一，可檢測0～500×10－6一氧化碳、甲烷、硫化氫氣體濃度，結果顯示于LCD液晶窗口，同時輸出對應的 (0～1)V信號，當被測氣體濃度達到報警點時，顯示器給出報警提示。并聯(lián)動相應隧道區(qū)段內風機動作。

3.4.2 空氣含氧量傳感器

空氣含氧量傳感器通過探測隧道空氣內的氧氣濃度，當濃度下降到危險區(qū)間時自動報警，聯(lián)動隧道內通風設施開啟或告知人員疏散，避免事故發(fā)生。

3.4.3 水位傳感器

在電纜隧道內集水井及水位低點處安裝水位傳感器，避免由于水泵損壞或水位上漲危急電力設備級輔助設施安全。

3.5 隧道有線應急指揮通信子系統(tǒng)

通過在電纜隧道內每隔200米、水泵、風機、電纜中間接頭位置處設置呼叫對講終端及便攜電話插頭盒，實現(xiàn)電纜隧道內工作人員能夠使用應急通信終端與監(jiān)控室人工坐席 (值班人員)語音通話;電纜隧道內人員使用不同應急通信終端，可以相互呼叫并語音通話功能。

3.6 分布式測溫集中監(jiān)控系統(tǒng)

通過在隧道內沿線敷設分布式測溫光纖對電纜隧道運行環(huán)境溫度進行實時在線監(jiān)控，當隧道溫度超過設置的告警值時系統(tǒng)將告警，并在電纜通道走向上閃爍提醒運行人員溫度超限位置，為異常核實及搶修提供有效信息。

4 系統(tǒng)功能

4.1 參數(shù)實時監(jiān)測

系統(tǒng)運用自身資源接收和處理采集單元傳送的監(jiān)測數(shù)據(jù)，通過監(jiān)控軟件實時顯示各個監(jiān)測點的數(shù)據(jù)和曲線，也可以定義系統(tǒng)參數(shù)，并對各監(jiān)測點設定報警參數(shù)，并保存至數(shù)據(jù)庫，供用戶瀏覽使用。

在監(jiān)控中心可實現(xiàn)對高壓電纜接頭溫度、電纜接頭護層接地電流、瞬間故障電流信號、局放信號等參數(shù)監(jiān)測、實現(xiàn)超限鎖定及報警等功能。

4.1.1 參數(shù)歷史記錄和趨勢記錄

系統(tǒng)內所有監(jiān)控點的歷史參數(shù)都自動保存在服務器內。用戶可以隨時調看歷史記錄供分析研究。

4.1.2 鏈路檢測功能

系統(tǒng)隨時對下位機及線路中的設備進行巡檢，自動診斷鏈路狀態(tài)，出現(xiàn)故障立即發(fā)出報警信號，保障監(jiān)控中心與現(xiàn)場設備處于正常通信狀態(tài)。

4.2 報警管理

報警管理包括監(jiān)察、緩沖、儲存并將報警信號送至指定的操作站上，顯示所有報警監(jiān)控點的有關詳細資料，包括發(fā)生的時間及日期。根據(jù)報警分級，更有效地及時處理嚴重報警。報警發(fā)生后根據(jù)用戶的事前安排，自動導向至指定的操作站上，若原來的操作站發(fā)生故障，報警自動導向至其它指定的后備裝置上。在嚴重性級別最高的報警或特定的報警發(fā)生后，這些報警可以通過電話系統(tǒng)自動傳到其它地方，使報警得到適當及時的處理。整個傳送程序是自動進行的，不需操作員的介入。

5 結束語

1)目前電力電纜及隧道的運行管理還處于計劃檢修階段，一般采用定期巡視的方法對電纜的運行狀況進行檢查。從經(jīng)濟和技術角度來說，計劃檢修都有很大的局限性:例如定期試驗和檢修造成了很大的直接和間接經(jīng)濟浪費，許多絕緣缺陷和潛在的故障無法及時發(fā)現(xiàn)，通過在線監(jiān)測系統(tǒng)可及時了解電纜運行狀態(tài)，為線路檢修提供有力數(shù)據(jù)。

2)有效防止電纜隧道偷盜事件的發(fā)生，實現(xiàn)設備運行狀態(tài)的實時監(jiān)測，獲得精確環(huán)境參數(shù)。

3)電纜隧道集中監(jiān)控系統(tǒng)的建設使電纜及隧道的多種狀態(tài)一目了然，提高了電纜網(wǎng)在線監(jiān)測的整體水平，為供電增加了保障系數(shù)，也為電纜網(wǎng)的建設和發(fā)展進行了有益嘗試。

4)電纜隧道集中監(jiān)控系統(tǒng)的建設使電纜及隧道形成一體化的電纜網(wǎng)監(jiān)控平臺，實現(xiàn)“自動化監(jiān)控、智能化管理”，將傳統(tǒng)粗放的電纜運行管理模式轉變?yōu)椤皩I(yè)化、精細化、規(guī)范化”的新模式。

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