對電纜隧道智能化管理的探究

朱 鋒,李國成,張衛東,高 盛

(淄博供電公司,255000)

0 引言

電纜隧道的使用，無疑是解決城市人口密集、土地資源稀缺和電網持續增長矛盾的重要途徑。在現階段，電網隧道網絡化已經成為現代社會城市型電網發展的主要方向。為了確保電纜隧道運行和管理的安全性和有效性，就必須引入智能化管理系統，對隧道內電纜的運行狀態、運行環境以及各種輔助設備的功能進行實時監控。目前，國內多數供電公司都已經采用了電纜隧道智能化管理系統。其中北京電力供應局自2005 年以來逐步實現了電纜一體化監控系統，主要包括：電纜溫度在線監測系統、電纜接地環流在線監測系統以及防火防盜系統等。

1 電纜隧道智能化管理系統的特點

電纜隧道智能化管理系統是確保電力安全輸送的重要保證，通過日常監測和維護能夠有效的降低故障的發生率以及提高電纜的使用壽命。以分布式混合網絡結構構成的電纜隧道智能化管理系統可以有效地實現對隧道內電纜運行狀態、隧道環境、輔助設備工作狀態以及特殊事件監測和預警等功能。通過對電纜隧道運行環境的監測，可以掌握電纜隧道情況，對出現的異常情況及時做出處理。主要涉及到的監測內容包括環境溫度：監測特定位置的環境溫度，如附近的環境溫度，有利于溫度異常升高的判斷；環境濕度：是重要的環境評價指標；離子感煙器：是消防報警的補充手段；水位監測及水泵運行控制：監測隧道集水井水位，自動或手動開關水泵。風機運行情況監控：通過位于辦公室的電腦，遠程監控風機運行，大大提高運行質量，可以在火災時關閉風機，防止火災快速蔓延；入口侵入紅外報警：在報警解除前，一旦有人進入電纜隧道，立即給予警示。

2 電纜隧道智能化管理系統的設計

2.1 系統架構

電纜隧道智能化管理系統采用分層設計原則，其結構主要分物理層（Physical Layer）、數據鏈路層（Data Link Layer）、網絡層（Network Layer）、傳送層（Transport Layer）、會話層（Session Layer）、表示層（Presentation Layer）以及應用層（Application Layer）七個層次，其中物理層和數據鏈路層屬于底層協議，網絡層、傳送層、會話層、表示層以及應用層屬于上層協議。

電纜隧道智能化管理系統的物理層提供了機械、電氣、功能性和規程性功能，以便在數據鏈路實體之間建立、維護和拆除物理連接。給現場總線的物理層進一步規定了通信信號的大小和波形，其形式可以分為基帶和寬帶兩種。此外，物理層還定義了所有導線媒體的類型、導線的傳送速度、長度和響應時間以及現場裝置聯接的數量。

數據鏈路層主要包括媒體送取控制子層和邏輯鏈路控制子層兩大部分，其中媒體送取控制子層主要實現了對共享總線媒體的傳輸管理以及檢測傳輸線路的工作狀態，而邏輯鏈路控制子層的作用主要是信號的接收以及對信號傳輸差錯的檢測。

應用層直接為用戶服務，提供適用于應用、應用管理和系統管理的分布式信息服務。現場總線應用層主要包括應用進程、應用進程對象、應用實體和應用服務元素。主要提供通信功能、特殊功能以及管理功能。

現場總線用戶層主要具有標準功能和裝置描述功能。標準功能模塊的應用是實現過程自動化的控制策略。裝置描述功能也可以看作是裝置的驅動，該功能主要包括現場裝置所有必須的參數描述和操作步驟，同時也包括裝置通信所需要的與主站無關的信息，可以使現場裝置實現真正的互動。

2.2 系統功能

本文對電纜隧道智能化管理系統的功能特點主要從系統管理、分布式電纜監測、前置機系統以及系統通信接口四個方面進行分析：

首先，電纜隧道智能化管理系統的管理功能不僅涉及物理對象（節點、網絡、CPU、磁盤、打印機）的管理，而且還可以對各種邏輯對象（應用節點、應用、數據庫、進程等）進行管理，通過列表、圖形等顯示各個物理對象以及邏輯對象的運行狀態，一旦出現異常情況，及時告警并記錄下來。

其次，電纜隧道智能化管理系統使用分布式系統的設計理念，分布式系統(Distributed Software Systems)是支持分布式處理的軟件系統,是在由通信網絡互聯的多處理機體系結構上執行任務的系統。該系統建立在網絡之上，每一個數據庫的分節點相互獨立，有本地的數據庫管理系統，形成高度自治，而且每一個數據庫的分布節點對用戶的應用都是透明的，用戶無需知道各節點的關系，能夠方便的從調度系統中獲取一次系統運行數據并進行分析。分布式系統結構如下圖-1 所示：

再次，電纜隧道智能化管理系統的前置系統采用組件化的方式建立，可以通過插件進行通訊硬件擴展，支持網絡通訊，支持多種不同廠家的通訊設備。前置機系統還支持3 個以上的通訊節點同時并行工作，數據互相冗余備用，任意兩個故障不影響整個系統的運行，支持均衡負載的通訊調度策略，通過擴充可以提供足夠的系統容量。電纜隧道智能化管理系統的通信接口能定義對數據庫中的任何數據轉發，并可定義不同數據的轉發周期，選擇轉發的通訊規約等；同時可以定義接受到的數據放入數據庫任何位置。具有與其他電纜隧道集控系統通訊的能力以及與其它調度自動化系統的互聯能力。

此外，電纜隧道智能化管理系統的支撐平臺可以構建在各類廣為接受的計算機標準和應用接口基礎上。它可以移植和分布到各種硬件體系結構上，具有完整的功能模塊系列。構建在電纜隧道智能化管理系統支撐平臺基礎之上的各個應用功能即可以將所有功能有機地集成為一個整體，又可以分開實現，單獨使用。可以很容易與電力公司其它應用系統集成，以保護用戶已有的投資，并且將電力企業內部的信息和功能冗余降低到最小。

圖-1 分布式系統結構圖

3 結論

綜上所述，我國人口高度密集、土地資源相對稀缺，城市發展過程中電網的增長持續增高，這就給電網輸送提出了較高的要求，必須采用高電壓、大容量的輸變電設備以提高電力通道資源的利用率。因此，本文主要分析了電纜隧道智能化管理系統，通過該項技術可以綜合各種電纜在線監測方法的特點進行綜合分析與診斷。開展基于城市電纜網運行溫度、局部放電、接地電流、直流分量等多種運行狀態的在線監測技術研究，研究分析多狀態監測數據與電纜網實際運行狀況的對應關系，進而為開展城市電纜隧道的狀態檢修工作奠定基礎。

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