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(fù)責(zé)城區(qū)各變電站之間的電源聯(lián)絡(luò);電纜隧道34km，61%的高壓電纜敷設(shè)在電纜隧道內(nèi)。隨著城市快速發(fā)展，電力基礎(chǔ)設(shè)施投入逐年增加，電纜及電纜隧道的長(zhǎng)度在不斷增加，其傳統(tǒng)運(yùn)行模式面臨著越來(lái)越大的壓力。

1)電纜等附屬設(shè)施被盜嚴(yán)重，嚴(yán)重影響電纜安全運(yùn)行。

2)其他施工單位私自對(duì)隧道開(kāi)孔，對(duì)運(yùn)行電纜也帶來(lái)安全隱患。

3)電力負(fù)荷急劇增加導(dǎo)致電纜過(guò)載、過(guò)熱，隧道內(nèi)積水、產(chǎn)生有害氣體等會(huì)影響到電纜安全運(yùn)行。

4)電纜管理、控制手段薄弱，無(wú)法實(shí)時(shí)了解電纜隧道內(nèi)電纜及附屬設(shè)施的運(yùn)行情況。

目前國(guó)內(nèi)參數(shù)采集終端設(shè)備的精確性已經(jīng)能如實(shí)反映電纜及環(huán)境運(yùn)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(wèn)題，有效提高了電纜運(yùn)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(jī)，設(shè)在電纜隧道附近變電站內(nèi))及監(jiān)控終端層 (各監(jiān)控終端，設(shè)在各電纜隧道內(nèi))三層結(jié)構(gòu)組成。

2.1 中心控制層

中心控制層是整個(gè)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(chǔ)，通過(guò)模塊化擴(kuò)展，可構(gòu)建多個(gè)應(yīng)用子系統(tǒng)和并實(shí)現(xiàn)多種監(jiān)控功能實(shí)時(shí)遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)電纜運(yùn)行參數(shù)及電纜隧道內(nèi)環(huán)境變化，實(shí)現(xiàn)各監(jiān)控子系統(tǒng)(含防盜電子井蓋、高壓電纜線路運(yùn)行電流、護(hù)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(yīng)急通信、隧道智能視頻監(jiān)控子系統(tǒng)等)之間的聯(lián)動(dòng)功能。

2.2 區(qū)域監(jiān)控層

2.2.1 分控主機(jī)

分控主機(jī)安裝在變電站內(nèi)，是介于中心控制層和隧道監(jiān)控終端設(shè)備之間，通過(guò)通信電纜與隧道內(nèi)的各類(lèi)采集器連接，每個(gè)分控主機(jī)可帶48個(gè)回路，每個(gè)回路最遠(yuǎn)可達(dá)10km。同時(shí)分控主機(jī)還負(fù)責(zé)對(duì)前端采集器進(jìn)行遠(yuǎn)程供電、控制和自動(dòng)監(jiān)測(cè)，從而實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)控。

各變電站的區(qū)域分控主機(jī)通過(guò)已經(jīng)建成的自動(dòng)化通信系統(tǒng)，使用TCP/IP實(shí)現(xiàn)與電纜集中監(jiān)控中心的連接，形成覆蓋整個(gè)監(jiān)控網(wǎng)的監(jiān)控系統(tǒng)，網(wǎng)絡(luò)與外界隔離，沒(méi)有黑客攻擊和病毒感染的危險(xiǎn)。

2.2.2 系統(tǒng)供電和數(shù)據(jù)傳輸

采集終端設(shè)備一般安裝在電力隧道或者管溝內(nèi)，距離變電站達(dá)十幾公里遠(yuǎn)，各種現(xiàn)場(chǎng)采集單元分布十分分散，如用普通的低壓交流供電方式，長(zhǎng)距離供電會(huì)使供電質(zhì)量下降，影響系統(tǒng)的可靠性。且部分管溝段甚至沒(méi)有低壓電源，無(wú)法實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)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(yuǎn)程供電和通訊共纜傳輸技術(shù)。采用低壓遠(yuǎn)程供電 (10km以上)和載波通訊通過(guò)一對(duì)雙絞線傳輸;一對(duì)雙絞線可掛接多個(gè)監(jiān)控終端，通過(guò)主機(jī)配置通訊和終端供電的時(shí)間比來(lái)保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

針對(duì)信號(hào)傳輸中帶來(lái)的諧波、傳導(dǎo)、輻射、串?dāng)_等干擾問(wèn)題，采取端口輸出設(shè)有共、差模濾波器的方式來(lái)消除能量反射，駐波。同時(shí)采用脈沖分時(shí)復(fù)用技術(shù)和獨(dú)特的脈寬檢波算法，有效濾除高壓電纜運(yùn)行過(guò)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(yīng)電力隧道、溝道內(nèi)的復(fù)雜電磁干擾環(huán)境。

分布在電力隧道內(nèi)的現(xiàn)場(chǎng)采集單元采用低功耗設(shè)計(jì)，對(duì)于充電、發(fā)送、接收、控制等各功能電路實(shí)行控制分時(shí)上電，待機(jī)時(shí)關(guān)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(chǔ)的控制終端、采集終端及通信鏈路，實(shí)現(xiàn)對(duì)風(fēng)機(jī)、水泵、井蓋等的開(kāi)閉管理和對(duì)電纜運(yùn)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(duì)隧道檢查井、防盜門(mén)加裝電子鎖以及控制器，具有應(yīng)急鑰匙 (工具)開(kāi)啟、狀態(tài) (開(kāi)啟或關(guān)閉)監(jiān)測(cè)、電控開(kāi)啟、非法進(jìn)入報(bào)警及自鎖閉功能?？梢约皶r(shí)、有效的制止電力隧道偷盜事件發(fā)生，規(guī)范電力隧道內(nèi)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(yùn)行。

電控人井內(nèi)蓋由人井專(zhuān)用電子鎖+定制專(zhuān)用內(nèi)井蓋+智能控制模塊組成。智能控制模塊通過(guò)通信線與監(jiān)控主機(jī)通信，實(shí)現(xiàn)對(duì)井蓋的監(jiān)控，可實(shí)現(xiàn)井蓋全集中管理，在授權(quán)登記下由監(jiān)控管理中心遠(yuǎn)程統(tǒng)一開(kāi)啟，開(kāi)啟事由記錄可查，安全性強(qiáng)，杜絕管理漏洞。

多種組網(wǎng)方式 (PSTN/TCP IP/DCN)適應(yīng)不同需要，告警方式靈活可選，可實(shí)現(xiàn)PDA，短信通知，語(yǔ)音通知等多種告警模式。在緊急情況下，可以用應(yīng)急鑰匙現(xiàn)場(chǎng)開(kāi)啟井蓋，保證緊急搶修的需要，應(yīng)急鑰匙采用定制磁性密碼鑰匙，具備40萬(wàn)種密碼組合，普通用戶無(wú)法復(fù)制，安全性高。

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

3.2 電纜參數(shù)監(jiān)測(cè)子系統(tǒng)

對(duì)電力電纜運(yùn)行過(guò)程中的重要參數(shù)進(jìn)行在線實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，參數(shù)包括:護(hù)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(hào)，通過(guò)在電纜本體及接頭位置安裝采集器，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)電纜運(yùn)行狀態(tài)，防止電纜長(zhǎng)期過(guò)載發(fā)熱降低電纜絕緣性能，局部放電信號(hào)的測(cè)量可以反映多種局部絕緣劣化的發(fā)展?fàn)顩r，可作為一個(gè)重要指標(biāo)來(lái)檢測(cè)一些危及電纜整體絕緣的有害缺陷，有效實(shí)時(shí)掌握電纜運(yùn)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(hào)首先送到光端機(jī)，利用通信光纖光端機(jī)把視頻信號(hào)傳輸?shù)阶冸娬疽曨l編碼器，再把模擬信號(hào)轉(zhuǎn)化成為可以達(dá)到DVD畫(huà)質(zhì)的D1格式數(shù)字信號(hào)，完成本地存儲(chǔ)的同時(shí)，把視頻信號(hào)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)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(chǔ)、報(bào)警、聯(lián)動(dòng)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(diǎn)部位上進(jìn)行配置，利用系統(tǒng)的周界警戒和圖像處理軟件，可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)跨越用戶預(yù)設(shè)的、無(wú)形警戒邊界的目標(biāo)，在圖像上發(fā)出報(bào)警信號(hào)并自動(dòng)記錄到存儲(chǔ)設(shè)備。它吸取了“人盯畫(huà)面”和傳感器報(bào)警的綜合優(yōu)點(diǎn)，對(duì)可疑目標(biāo)的智能報(bào)警和自動(dòng)記錄。

3.4 隧道環(huán)境綜合監(jiān)控子系統(tǒng)

對(duì)電力隧道內(nèi)的有害氣體、空氣含氧量、水位等環(huán)境參量進(jìn)行監(jiān)測(cè)，并根據(jù)監(jiān)測(cè)結(jié)果聯(lián)動(dòng)控制隧道內(nèi)相應(yīng)的風(fēng)機(jī)、水泵等前端設(shè)備，為電纜的良好運(yùn)行環(huán)境及維護(hù)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(nèi)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(cè)量精度要求較高，對(duì)人體有害的微量存在時(shí)就需要探測(cè)出并報(bào)警。傳感器的變送器為PPM級(jí)微功耗有毒氣體變送器系列產(chǎn)品之一，可檢測(cè)0～500×10－6一氧化碳、甲烷、硫化氫氣體濃度，結(jié)果顯示于LCD液晶窗口，同時(shí)輸出對(duì)應(yīng)的 (0～1)V信號(hào)，當(dāng)被測(cè)氣體濃度達(dá)到報(bào)警點(diǎn)時(shí)，顯示器給出報(bào)警提示。并聯(lián)動(dòng)相應(yīng)隧道區(qū)段內(nèi)風(fēng)機(jī)動(dòng)作。

3.4.2 空氣含氧量傳感器

空氣含氧量傳感器通過(guò)探測(cè)隧道空氣內(nèi)的氧氣濃度，當(dāng)濃度下降到危險(xiǎn)區(qū)間時(shí)自動(dòng)報(bào)警，聯(lián)動(dòng)隧道內(nèi)通風(fēng)設(shè)施開(kāi)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(nèi)集水井及水位低點(diǎn)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(shè)備級(jí)輔助設(shè)施安全。

3.5 隧道有線應(yīng)急指揮通信子系統(tǒng)

通過(guò)在電纜隧道內(nèi)每隔200米、水泵、風(fēng)機(jī)、電纜中間接頭位置處設(shè)置呼叫對(duì)講終端及便攜電話插頭盒，實(shí)現(xiàn)電纜隧道內(nèi)工作人員能夠使用應(yīng)急通信終端與監(jiān)控室人工坐席 (值班人員)語(yǔ)音通話;電纜隧道內(nèi)人員使用不同應(yīng)急通信終端，可以相互呼叫并語(yǔ)音通話功能。

3.6 分布式測(cè)溫集中監(jiān)控系統(tǒng)

通過(guò)在隧道內(nèi)沿線敷設(shè)分布式測(cè)溫光纖對(duì)電纜隧道運(yùn)行環(huán)境溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)在線監(jiān)控，當(dāng)隧道溫度超過(guò)設(shè)置的告警值時(shí)系統(tǒng)將告警，并在電纜通道走向上閃爍提醒運(yùn)行人員溫度超限位置，為異常核實(shí)及搶修提供有效信息。

4 系統(tǒng)功能

4.1 參數(shù)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)

系統(tǒng)運(yùn)用自身資源接收和處理采集單元傳送的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，通過(guò)監(jiān)控軟件實(shí)時(shí)顯示各個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的數(shù)據(jù)和曲線，也可以定義系統(tǒng)參數(shù)，并對(duì)各監(jiān)測(cè)點(diǎn)設(shè)定報(bào)警參數(shù)，并保存至數(shù)據(jù)庫(kù)，供用戶瀏覽使用。

在監(jiān)控中心可實(shí)現(xiàn)對(duì)高壓電纜接頭溫度、電纜接頭護(hù)層接地電流、瞬間故障電流信號(hào)、局放信號(hào)等參數(shù)監(jiān)測(cè)、實(shí)現(xiàn)超限鎖定及報(bào)警等功能。

4.1.1 參數(shù)歷史記錄和趨勢(shì)記錄

系統(tǒng)內(nèi)所有監(jiān)控點(diǎn)的歷史參數(shù)都自動(dòng)保存在服務(wù)器內(nèi)。用戶可以隨時(shí)調(diào)看歷史記錄供分析研究。

4.1.2 鏈路檢測(cè)功能

系統(tǒng)隨時(shí)對(duì)下位機(jī)及線路中的設(shè)備進(jìn)行巡檢，自動(dòng)診斷鏈路狀態(tài)，出現(xiàn)故障立即發(fā)出報(bào)警信號(hào)，保障監(jiān)控中心與現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備處于正常通信狀態(tài)。

4.2 報(bào)警管理

報(bào)警管理包括監(jiān)察、緩沖、儲(chǔ)存并將報(bào)警信號(hào)送至指定的操作站上，顯示所有報(bào)警監(jiān)控點(diǎn)的有關(guān)詳細(xì)資料，包括發(fā)生的時(shí)間及日期。根據(jù)報(bào)警分級(jí)，更有效地及時(shí)處理嚴(yán)重報(bào)警。報(bào)警發(fā)生后根據(jù)用戶的事前安排，自動(dòng)導(dǎo)向至指定的操作站上，若原來(lái)的操作站發(fā)生故障，報(bào)警自動(dòng)導(dǎo)向至其它指定的后備裝置上。在嚴(yán)重性級(jí)別最高的報(bào)警或特定的報(bào)警發(fā)生后，這些報(bào)警可以通過(guò)電話系統(tǒng)自動(dòng)傳到其它地方，使報(bào)警得到適當(dāng)及時(shí)的處理。整個(gè)傳送程序是自動(dòng)進(jìn)行的，不需操作員的介入。

5 結(jié)束語(yǔ)

1)目前電力電纜及隧道的運(yùn)行管理還處于計(jì)劃?rùn)z修階段，一般采用定期巡視的方法對(duì)電纜的運(yùn)行狀況進(jìn)行檢查。從經(jīng)濟(jì)和技術(shù)角度來(lái)說(shuō)，計(jì)劃?rùn)z修都有很大的局限性:例如定期試驗(yàn)和檢修造成了很大的直接和間接經(jīng)濟(jì)浪費(fèi)，許多絕緣缺陷和潛在的故障無(wú)法及時(shí)發(fā)現(xiàn)，通過(guò)在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)可及時(shí)了解電纜運(yùn)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(shí)現(xiàn)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，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(shè)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(cè)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(shè)和發(fā)展進(jìn)行了有益嘗試。

4)電纜隧道集中監(jiān)控系統(tǒng)的建設(shè)使電纜及隧道形成一體化的電纜網(wǎng)監(jiān)控平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)“自動(dòng)化監(jiān)控、智能化管理”，將傳統(tǒng)粗放的電纜運(yùn)行管理模式轉(zhuǎn)變?yōu)椤皩?zhuān)業(yè)化、精細(xì)化、規(guī)范化”的新模式。

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