基于全場景應用的智慧電纜隧道監(jiān)控預警平臺

摘要：本文基于某智慧電纜線路建設(shè)項目，闡述智慧電纜隧道監(jiān)控預警平臺的技術(shù)方案和實現(xiàn)過程。依據(jù)“集中監(jiān)控+立體巡檢”輸電監(jiān)控模式，采用智慧監(jiān)控研判與風險防控策略，該平臺可以實現(xiàn)電纜線路的實時監(jiān)控和動態(tài)維護，實時監(jiān)測線路運行的溫度，并且可以在監(jiān)控環(huán)境狀況，發(fā)現(xiàn)異常時進行預警，減少人工巡視的工作強度，在節(jié)約電力企業(yè)運營成本的同時提升電纜線路的維護效率。鑒于此，本文對基于全場景應用的智慧電纜隧道監(jiān)控預警平臺設(shè)計進行詳細分析。

關(guān)鍵詞：全場景；智慧；電纜隧道；預警

一、引言

隨著城市化進程的不斷加快，用電需求不斷增加，對電纜線路日常營運的維護與管理工作提出了更高的要求。如何提升電纜隧道的智能化管理水平，在確保城市用電的前提下緩解電力公司的營運壓力，成為人們關(guān)注的焦點。在智能電網(wǎng)建設(shè)過程中，應使用電纜隧道監(jiān)控預警平臺對電纜線路運行狀態(tài)信息進行匯總和分析，及時發(fā)現(xiàn)電纜線路的絕緣缺陷和潛在的故障隱患，實現(xiàn)動態(tài)檢修，最大限度降低電纜線路的故障概率，減少停電造成的損失。為積極貫徹國家電網(wǎng)智慧電力戰(zhàn)略部署，構(gòu)建全方位電纜管網(wǎng)，本文以邯鄲市某中站智慧電纜項目為背景，對隧道電纜智慧預警平臺進行研究。

二、電纜隧道監(jiān)管現(xiàn)狀評價

一直以來，電纜隧道監(jiān)管主要是監(jiān)測電纜線路的溫度和電纜運行負荷，通過將監(jiān)測數(shù)據(jù)與標準值進行對比分析，判斷電纜運行的狀態(tài)，但是不能對電纜隧道內(nèi)的綜合因素進行實時監(jiān)測，存在較大的局限性。監(jiān)測過程中如果出現(xiàn)超過標準值的情況，需要停電進行檢修，這不僅會產(chǎn)生高昂的維修成本，還會對社會生產(chǎn)和日常生活造成一定的負面影響。進行電纜隧道狀態(tài)監(jiān)測方面的研究，可以借助遠程監(jiān)測手段實現(xiàn)對電纜線路及環(huán)境的實時監(jiān)測，對電纜絕緣特性、運行溫度、局部放電、接地低鈉硫等狀態(tài)信息進行分析和診斷，綜合判斷電纜線路的運行狀態(tài)，為電纜隧道的狀態(tài)監(jiān)測和管理奠定堅實的基礎(chǔ)。

本文以邯鄲市某電力管廊工程為例，對全場景應用的智慧電纜隧道監(jiān)控預警平臺設(shè)計與應用進行研究。該項目是河北南部電網(wǎng)首條電力盾構(gòu)隧道，下穿主城區(qū)，全長1.78km，起于京港澳高速路東始發(fā)井，下穿世紀大街，止于人民路立交橋西接收井。每年為城區(qū)提供36萬千瓦供電量，輻射影響居民約30萬戶。該隧道中220kV電纜長度16.2km，110kV電纜長度13.6km，中間接頭21組，終端接頭16組，因此，保障電網(wǎng)安全可靠運行，提升電網(wǎng)運維檢修質(zhì)量是必然趨勢。電纜隧道監(jiān)控預警平臺的應用，可以實現(xiàn)電纜線路保護層接地電流、表面溫度、隧道環(huán)境內(nèi)有毒氣體含量、積水水位等信息的實時監(jiān)測，可以對異常信號進行實時報警，及時發(fā)現(xiàn)問題并解決問題，為轄區(qū)內(nèi)居民、用戶提供優(yōu)質(zhì)的用電保障。

三、平臺架構(gòu)設(shè)計

基于全場景應用的智慧電纜隧道監(jiān)控預警平臺，利用可視化設(shè)備、電纜本體監(jiān)測、電纜通道監(jiān)測、通信、應急5大類21種在線檢測裝置，實現(xiàn)了設(shè)備狀態(tài)全面感知和監(jiān)測、數(shù)據(jù)融合，全面提升電纜通道本體設(shè)備狀態(tài)智能感知能力。立足高壓電纜專業(yè)特點，聚焦班組常態(tài)業(yè)務(wù)、核心業(yè)務(wù)，遵循“建平臺、促共享、強應用”的工作思路，貫通專業(yè)信息系統(tǒng)，推進狀態(tài)實時感知，深化移動終端應用，強化智能分析支撐，挖掘數(shù)據(jù)資產(chǎn)價值，切實打通班組應用的“最后一公里”，推進班組由“作業(yè)執(zhí)行單元”向“價值創(chuàng)造單元”轉(zhuǎn)變，支撐高壓電纜數(shù)字化班組建設(shè)。基于全場景應用的智慧電纜隧道監(jiān)控預警平臺架構(gòu)如圖1所示。

電纜隧道監(jiān)控預警平臺采用開放式、分布式結(jié)構(gòu)設(shè)計，具有易維護、可擴容等特點。平臺服務(wù)器和各工作站之間通過電力光纖網(wǎng)絡(luò)進行通信，平臺從上到下分別為應用層、平臺層、網(wǎng)絡(luò)層、感知層。

（一）應用層

電纜隧道監(jiān)控預警平臺的應用層面向用戶提供應用、管理服務(wù)，具體包括電纜資源中心應用、電纜作業(yè)中心應用、電纜監(jiān)測中心應用、電纜評價中心應用等。應用層實現(xiàn)對電纜隧道的監(jiān)控管理功能。現(xiàn)場裝置參數(shù)描述和操作步驟，通過光纖通信與主站實現(xiàn)信息互通，可以使現(xiàn)場裝置實現(xiàn)真正的互操作性。

（二）平臺層

平臺層用于連接應用層和網(wǎng)絡(luò)層，起到承上啟下的作用，為應用層提供數(shù)據(jù)接口，為電纜隧道監(jiān)控預警提供數(shù)據(jù)分析和電網(wǎng)資源服務(wù)，并提供軟件開發(fā)平臺。用戶能快速控制運行應用程序和配置信息。

（三）網(wǎng)絡(luò)層

網(wǎng)絡(luò)層提供物聯(lián)網(wǎng)安全接入網(wǎng)關(guān)和信息網(wǎng)絡(luò)安全隔離裝置，通過電力光纖網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸。光纖傳輸具有頻帶寬、容量大、速率高、距離遠等特點，安裝方便，且易于維護。光纖還具有較高的抗電磁干擾和化學腐蝕能力，可以有效解決不同安裝地點設(shè)備接地和防雷電入侵問題。

（四）感知層

感知層是電纜隧道數(shù)據(jù)產(chǎn)生的核心環(huán)節(jié)，包括電纜隧道視頻監(jiān)控、設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測、隧道環(huán)境監(jiān)測、通信應急等。現(xiàn)場裝置電纜溫度傳感器能夠?qū)崿F(xiàn)對隧道內(nèi)電纜溫度實時、連續(xù)的測溫。

基于全場景應用的智慧電纜隧道監(jiān)控預警平臺，以邊緣物聯(lián)智慧終端為核心，解決了感知層設(shè)備種類眾多、數(shù)據(jù)量龐雜、高價值數(shù)據(jù)難以甄別、感知數(shù)據(jù)孤立分散等難題，具備邊緣計算、AI智能識別和區(qū)域自治能力。可通過自動圖像識別技術(shù)對通道環(huán)境、電力設(shè)備進行實時采集以獲取周邊環(huán)境的運行狀態(tài)，通過智能AI實現(xiàn)人員和行為識別、火焰和煙霧識別、地面雜物、障礙物識別等，并將識別結(jié)果自動推送到管理平臺，實現(xiàn)自主預警。

四、模塊終端設(shè)計

基于全場景應用的智慧電纜隧道監(jiān)控預警平臺，可以實現(xiàn)對電纜本體實時感知與分析診斷，以及電纜隧道環(huán)境的實時監(jiān)控。具體包括：分布式光纖測溫系統(tǒng)、接地環(huán)流監(jiān)測系統(tǒng)、電纜局放監(jiān)測系統(tǒng)、電纜接頭紅外測溫系統(tǒng)，以及電纜通道環(huán)境水位監(jiān)控及自動排水、溫度及有毒有害氣體、智能電子井蓋、圖像的識別和視頻監(jiān)控。下文將對電纜隧道監(jiān)控預警平臺的模塊終端設(shè)計進行詳細分析。

（一）電纜設(shè)備主動預警模塊

電纜設(shè)備主動預警模塊通過紅外測溫儀實現(xiàn)測溫，利用紅外傳感器產(chǎn)生的紅外熱像圖，對電纜隧道進行定期或者不定期巡測。紅外測溫儀用于隧道內(nèi)電纜線路接頭溫度的監(jiān)測，測溫儀以雙光譜熱成像機為核心，實現(xiàn)對可見光視頻監(jiān)控和紅外熱成像雙光監(jiān)測，并對高壓電纜接頭進行實時測溫，實現(xiàn)超溫報警。在火災發(fā)生前的升溫階段即可自動預警，快速、準確地定位高溫隱患區(qū)域，便于運維人員及時處理，防止發(fā)生電纜火災。測溫儀包括微型紅外溫度傳感器和處理模塊，其中微型紅外溫度傳感器負責采集電纜隧道內(nèi)重要區(qū)域的溫度信息，處理模塊則是對這些區(qū)域的數(shù)據(jù)信息進行分析處理，并用液晶屏顯示。處理模塊內(nèi)嵌無線通信模塊，通過電力光纖通信方式及專用規(guī)程，將各個微型紅外溫度監(jiān)測傳感器與監(jiān)控預警平臺中的信息模塊連接。

（二）隧道運行環(huán)境監(jiān)控模塊

隧道運行環(huán)境監(jiān)控模塊包括有毒氣體監(jiān)測、水位監(jiān)測、煙感監(jiān)測、風機、防火門、視頻聯(lián)動控制系統(tǒng)，針對隧道內(nèi)設(shè)備和環(huán)境監(jiān)控，并與輔助設(shè)備進行聯(lián)動和安防等控制。隧道環(huán)境內(nèi)設(shè)置環(huán)境監(jiān)測傳感器，對甲烷、一氧化碳、硫化氫、氧氣等氣體濃度進行監(jiān)測。氣體在近紅外波段有不同吸收峰值，根據(jù)不同光源對不同氣體濃度的吸收量判斷隧道內(nèi)氣體濃度。為防止電纜隧道積水過多，隧道內(nèi)加裝水位監(jiān)測裝置，對水位線進行實時監(jiān)測。氧含量過低或者有毒氣體含量過高時將開啟智能排風，水位越線時將開啟智能排水。

（三）人員行為監(jiān)控預警模塊

人員行為監(jiān)控預警模塊包括人員定位、圖像識別、人數(shù)統(tǒng)計、軌跡巡查、滯留報警、異常告警、應急呼救等功能。在電纜隧道內(nèi)安裝監(jiān)控攝像機和智能視頻分析服務(wù)器，利用數(shù)字視頻、語音信號及遠程監(jiān)控等技術(shù)，將視頻信號接入電纜運行監(jiān)控總控中心，形成一個全方位、立體化的隧道監(jiān)控體系，能夠?qū)﹄娎|隧道內(nèi)的日常狀況、突發(fā)事件進行實時監(jiān)控、及時發(fā)現(xiàn)和處理，提高電纜運行的安全性和穩(wěn)定性。

（四）電纜接頭智能消防模塊

電纜隧道火災危害大、滲透性強、難以補救，所以對消防設(shè)施有較高要求。基于全場景應用的電纜隧道監(jiān)控預警平臺，可以通過紅外線攝像頭對密閉空間內(nèi)的火災進行探測和監(jiān)測，實現(xiàn)及時響應、統(tǒng)一管理、信息共享、實時通信、火情確認和滅火確認等功能。該模塊有效利用光輻射特性與火焰色譜特征，對穩(wěn)定性、紋理特征和蔓延趨勢進行分析，通過智能算法進行判斷。相較于傳統(tǒng)的火災探測器，視頻圖像技術(shù)對火焰的探測面積更大，提供的信息更加豐富，包括火災位置信息、火勢蔓延趨勢及周圍環(huán)境信息，便于在早期控制火勢，降低損失，并有效降低火災的誤報率和漏報率。基于視頻圖像的電纜隧道火災識別技術(shù)，通過紅外線監(jiān)測實現(xiàn)火災實時監(jiān)測和自動報警，并通過計算機完成火災數(shù)據(jù)分析；利用視頻圖像進行探測，不會受到空間范圍及環(huán)境等外界因素的干擾；利用數(shù)字通信和圖像處理技術(shù)，可以對火災進行圖形特征分析。

五、平臺應用價值

基于全場景應用的智慧電纜隧道監(jiān)控預警平臺，實現(xiàn)電纜專業(yè)電器設(shè)備和非電氣設(shè)備的管理，基于移動和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應用，實現(xiàn)電纜運維作業(yè)智能化，全面接入電纜及通道設(shè)備監(jiān)測數(shù)據(jù)，結(jié)合運檢作業(yè)信息，實現(xiàn)電纜全景信息監(jiān)測立體化，基于電纜設(shè)備分析模型、精益化評價指標，實現(xiàn)電纜專業(yè)評價體系化。

高壓電纜數(shù)字孿生系統(tǒng)展示了電纜隧道整體及各個防火分區(qū)的電纜本體及隧道內(nèi)附屬設(shè)施、監(jiān)測設(shè)備的檔案臺賬信息、監(jiān)測讀數(shù)信息、環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)信息、安防系統(tǒng)監(jiān)控狀態(tài)信息，以及各子系統(tǒng)相關(guān)告警信息。基于三維GIS地理信息系統(tǒng)，高壓電纜數(shù)字孿生系統(tǒng)支持全圖、視角切換、漫游、鏡頭等功能，能夠展示電纜本體、電纜接頭、其他附屬設(shè)施對應的地理位置，利用子站實時數(shù)據(jù)的交互，實現(xiàn)電纜本體及通道環(huán)境的實時數(shù)據(jù)、報警數(shù)據(jù)的展示。通過構(gòu)建全方位電纜管網(wǎng)，實現(xiàn)電纜專業(yè)電氣設(shè)備和非電氣設(shè)備“一張網(wǎng)”管理；基于移動和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應用，實現(xiàn)電纜運維作業(yè)智能化；全面接入電纜及通道設(shè)備監(jiān)測數(shù)據(jù)，結(jié)合運檢作業(yè)信息，實現(xiàn)電纜全景信息監(jiān)測立體化；基于電纜設(shè)備分析模型、精益化評價指標，實現(xiàn)電纜專業(yè)評價體系化。

此外，全場景應用的電纜隧道監(jiān)控預警平臺利用智能分析、大數(shù)據(jù)等核心技術(shù)，對動態(tài)數(shù)據(jù)及歷史數(shù)據(jù)進行研判分析，實時診斷、分析和告知設(shè)備的健康狀態(tài)及異常發(fā)展趨勢，輸出差異化、精細化的檢修策略，由預防性檢修轉(zhuǎn)向預測性檢修。基于該平臺，可以充分發(fā)揮智能巡檢的優(yōu)勢，對電纜線路和環(huán)境進行實時監(jiān)控，及時發(fā)現(xiàn)電纜線路的絕緣缺陷、隧道環(huán)境隱患及潛在故障、降低停電事故的發(fā)生概率，提升電力企業(yè)的經(jīng)濟效益和社會效益。

六、結(jié)束語

綜上所述，基于全場景應用的智慧電纜隧道監(jiān)控預警平臺可以對電纜隧道內(nèi)線路的溫度、絕緣狀況、電流負荷、有害氣體、水位等信息進行狀態(tài)監(jiān)測，及時發(fā)現(xiàn)問題并解決問題，有效確保電網(wǎng)安全可靠運行，提升電網(wǎng)運檢質(zhì)量。本文結(jié)合邯鄲市某電力管廊工程，設(shè)計研發(fā)基于全場景應用的智慧電纜隧道監(jiān)控預警平臺，依托“集中監(jiān)控+立體巡檢”輸電監(jiān)控模式，深化智能電網(wǎng)建設(shè)，切實打通檢修班組應用的“最后一公里”，推進班組由“作業(yè)執(zhí)行單元”向“價值創(chuàng)造單元”轉(zhuǎn)變，具有實時監(jiān)測、統(tǒng)一平臺、及時響應、信息共享等特性，形成智能化的電纜數(shù)據(jù)綜合管理平臺，進一步提高電纜智能化管理水平。

作者單位：韓衛(wèi)星 郝春生 王亞瀟 陳恒 馬濤 河北省電力有限公司邯鄲供電分公司

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