劉俊俊，黃新波，趙隆，朱永燦，王孝敬

(1.西安工程大學(xué) 電子信息學(xué)院，陜西 西安 710048；2.西安金源電氣股份有限公司，陜西 西安 710117)

隨著我國(guó)電力行業(yè)的飛速發(fā)展，城市供電設(shè)施不斷完善，電纜已經(jīng)成為了主要的送電體；與架空方式相比，電纜隧道方式輸電的優(yōu)勢(shì)越來(lái)越明顯[1]，因此電纜隧道的建設(shè)也越來(lái)越廣泛；這種地下隧道工作環(huán)境比較復(fù)雜[2]，對(duì)電纜以及隧道運(yùn)行維護(hù)提出了更高的要求。傳統(tǒng)的周期巡視和檢修管理模式存在很大的局限性，人工維護(hù)需要停電，費(fèi)時(shí)費(fèi)力，危險(xiǎn)大。同時(shí)，數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)不完整，裝置間缺乏必要的聯(lián)系和有效的協(xié)調(diào)，無(wú)法直觀(guān)展示實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)及進(jìn)行綜合評(píng)估。因不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)電纜及隧道環(huán)境存在的隱患，易導(dǎo)致因電纜缺陷引發(fā)的事故，從而造成不必要的損失；所以，采用電纜隧道環(huán)境綜合監(jiān)測(cè)系統(tǒng)來(lái)運(yùn)維管理，對(duì)保障供電可靠性具有十分重要的意義[3-5]。

目前，國(guó)內(nèi)電纜隧道監(jiān)測(cè)系統(tǒng)還不能做到及時(shí)有效地發(fā)現(xiàn)電纜的缺陷和隱患[6-7]，電纜隧道系統(tǒng)監(jiān)測(cè)工作面臨巨大壓力[8]。文獻(xiàn)[9]雖然實(shí)現(xiàn)了對(duì)全隧道的監(jiān)控和指揮，但缺乏對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的綜合運(yùn)行狀態(tài)的診斷。為此，在電力電纜診斷檢測(cè)技術(shù)[10-11]、電纜的光纖測(cè)溫[12-13]、電纜護(hù)層電流的檢測(cè)[14-15]等方面都有不同的研究。文獻(xiàn)[16]對(duì)電纜隧道環(huán)境進(jìn)行了綜合監(jiān)測(cè)，但只是對(duì)電纜及隧道環(huán)境進(jìn)行單一運(yùn)行數(shù)據(jù)的采集及監(jiān)測(cè)，缺乏對(duì)數(shù)據(jù)的分析和整個(gè)電纜隧道系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)的綜合評(píng)估。

為了提升電纜隧道智能化故障處理的能力[17]，本文設(shè)計(jì)了1套智能化隧道環(huán)境綜合監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，能夠?qū)崟r(shí)采集隧道環(huán)境的各種數(shù)據(jù)，處理后向相關(guān)人員直觀(guān)地展示隧道內(nèi)情況，能進(jìn)行數(shù)據(jù)分析、自動(dòng)報(bào)警、自動(dòng)聯(lián)動(dòng)控制隧道中的硬件設(shè)備排除警情。在河南試運(yùn)行的某電纜隧道環(huán)境綜合監(jiān)測(cè)系統(tǒng)顯示，此系統(tǒng)滿(mǎn)足智能電網(wǎng)對(duì)輸電線(xiàn)路的安全性、經(jīng)濟(jì)性和智能性的要求。

1 隧道環(huán)境對(duì)電纜隧道運(yùn)行的影響

1.1 電纜隧道的重要組成

電纜隧道顧名思義就是由電纜和隧道兩大部分組成。其中電纜是電纜隧道中的核心部分，現(xiàn)有的許多電纜在線(xiàn)監(jiān)測(cè)都是為了保證電纜運(yùn)行的穩(wěn)定性。電纜隧道結(jié)構(gòu)主要包括主體建筑和附屬設(shè)備兩部分：主題建筑物由洞身和洞門(mén)組成，附屬設(shè)備包括消防設(shè)施、應(yīng)急通信、排水設(shè)施以及通風(fēng)照明設(shè)備等。

電纜和隧道兩者密不可分，可以通過(guò)對(duì)電纜本體和隧道環(huán)境的監(jiān)測(cè)，將兩者緊密結(jié)合起來(lái)更全面地評(píng)估電纜的安全性，這既可以加強(qiáng)電纜的穩(wěn)定運(yùn)行，大大增加電纜的運(yùn)行壽命，也很好地保證工作人員進(jìn)入隧道的安全性。

1.2 電力電纜故障分析

電纜故障主要分為電纜本體故障和電纜附件故障兩方面。電纜本體故障原因包括外力破壞、產(chǎn)品質(zhì)量、施工安裝、受潮、自然災(zāi)害、交叉互聯(lián)接線(xiàn)方式錯(cuò)誤等，其中：外力破壞為電纜本體發(fā)生故障的主要原因，占比高達(dá)70%以上；其次是產(chǎn)品質(zhì)量故障，占比約為12%。產(chǎn)品質(zhì)量故障主要原因如下：電纜絕緣屏蔽與金屬護(hù)套接觸不良、電纜外護(hù)套材質(zhì)不良導(dǎo)致裂開(kāi)、絕緣材料性能不合格、本體制造缺陷等。

南方電網(wǎng)科學(xué)研究院有限責(zé)任公司對(duì)2006—2016年間發(fā)生的231起故障案例統(tǒng)計(jì)顯示：計(jì)及外力破壞導(dǎo)致的故障時(shí)，電纜附件(含接頭和終端)故障占比達(dá)64.5%；不考慮外力破壞的故障時(shí)，電纜附件故障占比高達(dá)85.5%?？梢钥闯觯瑹o(wú)論是否考慮外力破壞，目前電纜線(xiàn)路中電纜附件已成為最大的薄弱環(huán)節(jié)，所以本系統(tǒng)在設(shè)計(jì)時(shí)更多地考慮隧道環(huán)境因素對(duì)電纜附件的影響。電纜附件故障原因包括外力破壞、產(chǎn)品質(zhì)量、施工安裝、受潮、自然災(zāi)害等，如圖1所示，其中，施工安裝和產(chǎn)品質(zhì)量是2個(gè)主要因素，附件安裝尺寸與設(shè)計(jì)圖紙不一致、附件安裝時(shí)電纜處理不當(dāng)、預(yù)制件與電纜絕緣界面壓力控制不當(dāng)、預(yù)制件安裝嚴(yán)重偏心、電纜或終端彎曲半徑過(guò)小等都會(huì)導(dǎo)致施工安裝時(shí)出現(xiàn)問(wèn)題。隧道環(huán)境中的溫濕度也對(duì)電纜接頭的安全運(yùn)行有很大影響，如圖1所示，當(dāng)電纜隧道內(nèi)濕度較大或天氣原因，電纜接頭與電纜絕緣界面處混入水分，使電纜接頭密封受潮導(dǎo)致電纜的絕緣出現(xiàn)問(wèn)題。綜上所述，本系統(tǒng)需要對(duì)電纜接頭本體和隧道環(huán)境參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)在線(xiàn)監(jiān)測(cè)以確保電纜的安全運(yùn)行。

圖1 電纜接頭故障原因分布圖Fig.1 Fault cause distribution of cable joint

1.3 電力電纜隧道監(jiān)測(cè)參數(shù)分析

該系統(tǒng)監(jiān)測(cè)的參數(shù)主要分為電纜本體參數(shù)和電纜隧道環(huán)境參數(shù)兩大方面。電纜本體的監(jiān)測(cè)參數(shù)為電纜接頭溫度和電纜護(hù)層電流：電纜接頭溫度能夠反映電纜接頭的運(yùn)行狀況，一般其溫度不能超過(guò)90 ℃；通過(guò)監(jiān)測(cè)護(hù)層電流可及時(shí)發(fā)現(xiàn)電纜線(xiàn)路的潛在故障,有效避免非計(jì)劃性停電，加強(qiáng)對(duì)電纜本體的有效性監(jiān)測(cè)。

該系統(tǒng)主要監(jiān)測(cè)的環(huán)境參數(shù)包括環(huán)境溫度、環(huán)境濕度、隧道內(nèi)有害氣體含量、水位以及煙霧。環(huán)境溫濕度和水位對(duì)電纜絕緣有較大影響，當(dāng)溫濕度過(guò)高或水位高時(shí)，會(huì)加快腐蝕隧道內(nèi)的電氣設(shè)備，更會(huì)加快電纜的老化速度；電纜隧道內(nèi)由于內(nèi)部絕緣材料老化產(chǎn)生的有害氣體會(huì)在隧道內(nèi)積聚，不但會(huì)直接影響電纜的運(yùn)行安全，提高隧道發(fā)生火災(zāi)的幾率，還會(huì)威脅到進(jìn)入隧道工作人員的生命安全，因此電纜隧道內(nèi)應(yīng)安裝有害氣體監(jiān)測(cè)裝置。

在隧道內(nèi)電纜的運(yùn)行過(guò)程中，該系統(tǒng)對(duì)電纜本體和環(huán)境的監(jiān)測(cè)同樣重要，就像一個(gè)整體密不可分，對(duì)電纜本體監(jiān)測(cè)可及時(shí)發(fā)現(xiàn)電纜運(yùn)行中的問(wèn)題，防止事故擴(kuò)大，對(duì)隧道環(huán)境監(jiān)測(cè)可及時(shí)優(yōu)化隧道環(huán)境，延長(zhǎng)電纜的壽命，對(duì)兩者的監(jiān)測(cè)缺一不可。

2 系統(tǒng)總體架構(gòu)

電纜隧道運(yùn)行環(huán)境綜合監(jiān)測(cè)系統(tǒng)對(duì)隧道中的電纜及其運(yùn)行環(huán)境進(jìn)行全面監(jiān)控，對(duì)其運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行綜合評(píng)估，對(duì)相關(guān)聯(lián)動(dòng)設(shè)備進(jìn)行智能控制及事故處理，系統(tǒng)整體架構(gòu)如圖2所示。

該系統(tǒng)包括數(shù)據(jù)展示層、管理層和采集層[18]。數(shù)據(jù)采集層是對(duì)電纜隧道中的溫度、濕度、有害氣體含量、煙霧、水位、電纜接頭溫度[19-20]和護(hù)層接地電流等各項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，并通過(guò)RS485通信總線(xiàn)將采集到的數(shù)據(jù)傳入數(shù)據(jù)管理層。數(shù)據(jù)管理層是對(duì)采集到的狀態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行閾值處理，并通過(guò)光纖網(wǎng)絡(luò)通信上傳至數(shù)據(jù)展示層。若遇到電纜溫度過(guò)高、火災(zāi)或漏水等緊急情況，能夠及時(shí)制動(dòng)相關(guān)聯(lián)動(dòng)設(shè)備并報(bào)警。數(shù)據(jù)展示層是通過(guò)該系統(tǒng)監(jiān)測(cè)到的數(shù)據(jù)對(duì)電纜隧道運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行綜合評(píng)估，并保存歷史數(shù)據(jù)。

2.1 監(jiān)測(cè)主機(jī)

監(jiān)測(cè)主機(jī)完成對(duì)電纜運(yùn)行狀態(tài)參數(shù)和電纜隧道環(huán)境信息的采集和數(shù)據(jù)傳輸。主要由微處理器、電源、電纜及隧道環(huán)境監(jiān)測(cè)單元、自動(dòng)控制模塊以及通信模塊組成，如圖3所示。硬件設(shè)計(jì)核心微處理器選用32位高性能ARM處理器STM32F407，該處理器不僅有工作模式，還有睡眠、停止和待機(jī)3種低功耗模式，可以有效配合傳感器采集數(shù)據(jù)。

圖2 系統(tǒng)整體架構(gòu)圖Fig.2 System overall architecture

圖3 電纜隧道在線(xiàn)監(jiān)測(cè)裝置的內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖Fig.3 Internal structure diagram of on-line monitoring device for cable tunnel

a)裝置電源模塊。微處理器供電模塊和傳感器供電模塊構(gòu)成整個(gè)裝置的供電模塊。本裝置需要24 V、5 V、3.3 V電源。先將裝置外220 V交流電經(jīng)過(guò)空氣開(kāi)關(guān)引入該裝置，供電模塊通過(guò)AC/DC開(kāi)關(guān)電源將220 V交流電轉(zhuǎn)成48 V直流電，通過(guò)DC/DC電源模塊將48 V轉(zhuǎn)成24 V和5 V,再通過(guò)低壓穩(wěn)壓芯片將5 V轉(zhuǎn)成3.3 V。該裝置用微處理器來(lái)控制傳感器供電模塊，通過(guò)DC/DC電源芯片將24 V轉(zhuǎn)換成±12 V給傳感器供電。微處理器通過(guò)光耦控制各類(lèi)傳感器的數(shù)據(jù)采集。

b)自動(dòng)控制模塊。通過(guò)AD模塊將采集到的傳感器數(shù)據(jù)傳入微處理器并進(jìn)行判斷，當(dāng)數(shù)據(jù)超過(guò)或低于隧道環(huán)境正常閾值時(shí)，微處理器會(huì)及時(shí)通過(guò)繼電器做出反應(yīng)。例如，當(dāng)水位超過(guò)閾值時(shí)，微處理器會(huì)通過(guò)繼電器讓水泵工作，降低水位；同理，當(dāng)隧道內(nèi)空氣中氣體含量異?；驕貪穸冗^(guò)高時(shí)，微處理器會(huì)通過(guò)繼電器讓風(fēng)機(jī)工作來(lái)優(yōu)化隧道內(nèi)的空氣質(zhì)量及溫濕度。將所有采集到的數(shù)據(jù)通過(guò)網(wǎng)口通信模塊上傳到信息管理服務(wù)器，在系統(tǒng)后臺(tái)對(duì)電纜隧道運(yùn)行狀態(tài)做進(jìn)一步的綜合評(píng)估。

c)數(shù)據(jù)通信模塊。電纜隧道監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的傳輸采用“光纖+電力載波+RS485”的綜合通信方式：前端監(jiān)測(cè)設(shè)備和傳感器之間采用RS485總線(xiàn)通信；各前端監(jiān)測(cè)設(shè)備到隧道內(nèi)的監(jiān)測(cè)主機(jī)采用電力載波通信；各監(jiān)測(cè)主機(jī)到站控層的后臺(tái)服務(wù)器之間采用光纖網(wǎng)絡(luò)(光纖環(huán)網(wǎng))通信。

2.2 傳感器單元

通過(guò)各種傳感器對(duì)電纜隧道內(nèi)的電纜接頭溫度、電纜護(hù)層電流、氣體含量[21]、溫濕度、水位等進(jìn)行數(shù)據(jù)采集及實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。

電纜隧道環(huán)境要求：相對(duì)濕度10%～100%，溫度0～75 ℃?？紤]到監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的高精度、高性?xún)r(jià)比的要求，選擇準(zhǔn)確度和穩(wěn)定性較好的SHT15數(shù)字溫濕度傳感器，其測(cè)量相對(duì)濕度界限為0～100%，測(cè)量溫度范圍為-40～123.8 ℃，溫度分辨率為0.01 ℃。氣體傳感器選用KQ500點(diǎn)型氣體探測(cè)器，其輸出4～20 mA的電信號(hào)，檢測(cè)范圍為體積分?jǐn)?shù)0～30%。水位傳感器采用投入式液位計(jì)，其輸出4～20 mA的電信號(hào)，檢測(cè)范圍0～5 m。電流傳感器采用穿心式電流互感器，安裝方便。電纜接頭測(cè)溫采用PT100溫度傳感器，以“8”字方式纏繞于電纜接頭，測(cè)溫精度可達(dá)±0.03 ℃。

上述傳感器上傳的電信號(hào)為4～20 mA，再通過(guò)1個(gè)250 Ω的電阻將其轉(zhuǎn)換成1～5 V的電壓信號(hào)，并通過(guò)AD模塊轉(zhuǎn)換傳入微處理器。微處理器將采集到的數(shù)據(jù)通過(guò)網(wǎng)口通信模塊上傳到信息管理服務(wù)器，在系統(tǒng)后臺(tái)做進(jìn)一步的電纜隧道的狀態(tài)診斷。

3 電纜隧道綜合管理平臺(tái)設(shè)計(jì)

3.1 狀態(tài)評(píng)估及故障處理

故障評(píng)估與分析是對(duì)故障做出自動(dòng)處理的前提條件[22-24]。本文將電纜隧道監(jiān)測(cè)參數(shù)分為安全、告警和故障，并對(duì)10個(gè)參數(shù)進(jìn)行閾值判斷，見(jiàn)表1。其中氧氣含量(體積分?jǐn)?shù)，其他氣體相同)、電纜接頭溫度等參數(shù)閾值為定值，環(huán)境溫度、水位等參數(shù)閾值可根據(jù)具體情況做一定調(diào)整。

本系統(tǒng)應(yīng)用于電纜隧道環(huán)境綜合監(jiān)測(cè)[25]，通過(guò)分析電纜隧道的特點(diǎn)，根據(jù)電纜隧道可能發(fā)生的典型的報(bào)警情況，建立綜合評(píng)估報(bào)警體系，見(jiàn)表2。

表1 電纜隧道參數(shù)閾值判斷表Tab.1 Parameter threshold judgment table of cable tunnel

表2 綜合評(píng)估體系報(bào)警情況Tab.2 Alarm situations of comprehensive evaluation system

系統(tǒng)將電纜隧道運(yùn)行狀態(tài)分為正常狀態(tài)、亞正常狀態(tài)、緊急狀態(tài)、危急狀態(tài)4種狀態(tài)。正常狀態(tài)下，約束條件均能滿(mǎn)足，且具有適當(dāng)?shù)陌踩６龋軌虺惺芘既皇鹿蕝s不超出任何約束條件；亞正常狀態(tài)下，約束條件均能滿(mǎn)足，但安全裕度低，一旦發(fā)生偶然事故就會(huì)進(jìn)入緊急狀態(tài)；緊急狀態(tài)下，不滿(mǎn)足小部分約束條件的運(yùn)行狀態(tài)，運(yùn)行參數(shù)已經(jīng)超越警戒線(xiàn)；危急狀態(tài)下，不滿(mǎn)足大部分約束條件的運(yùn)行狀態(tài)，一旦發(fā)生故障會(huì)引起連鎖反應(yīng)，甚至?xí)斐上到y(tǒng)嚴(yán)重?fù)p壞。通過(guò)多參數(shù)的監(jiān)測(cè)達(dá)到對(duì)整體電纜隧道環(huán)境系統(tǒng)狀態(tài)的綜合診斷，見(jiàn)表3。

故障處理是整個(gè)系統(tǒng)的關(guān)鍵部分。當(dāng)事故發(fā)生時(shí)，系統(tǒng)將控制相關(guān)的聯(lián)動(dòng)設(shè)備，由綜合評(píng)估體系報(bào)警情況表可知，隧道內(nèi)部的報(bào)警類(lèi)型分為7種，每一種警情分別對(duì)應(yīng)不同的處理方式，見(jiàn)表4。

表3 電纜隧道狀態(tài)綜合診斷表Tab.3 Comprehensive diagnosis table of cable tunnel conditions

3.2 系統(tǒng)平臺(tái)功能設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)平臺(tái)的設(shè)計(jì)具備以下功能：

a)電纜隧道三維建模及數(shù)據(jù)展示：結(jié)合地理信息系統(tǒng)(geographic information system ，GIS)構(gòu)建三維隧道模型，將電纜隧道中電纜本體、環(huán)境等各狀態(tài)量實(shí)時(shí)顯示，并在“GIS地圖”頁(yè)面顯示所有隧道監(jiān)控情況，如圖4所示。其中細(xì)線(xiàn)代表隧道及防區(qū)走向。

表4 報(bào)警類(lèi)型與處理方式對(duì)應(yīng)關(guān)系表Tab.4 Corresponding relationship between the alarm types and processing modes

圖4 綜合子系統(tǒng)GIS地圖Fig.4 GIS map of integrated subsystem

b)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)及報(bào)表生成：系統(tǒng)根據(jù)采集到的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)各狀態(tài)量特征值，生成相關(guān)報(bào)表，并顯示各監(jiān)測(cè)量的變化趨勢(shì)和報(bào)警內(nèi)容，方便管理人員進(jìn)行數(shù)據(jù)查詢(xún)分析。

c)歷史數(shù)據(jù)查詢(xún)：監(jiān)控上位機(jī)能永久保存數(shù)據(jù)。系統(tǒng)可使用界面右側(cè)設(shè)備樹(shù)進(jìn)行設(shè)備切換；同時(shí)，可根據(jù)用戶(hù)輸入的時(shí)間段進(jìn)行歷史數(shù)據(jù)搜索。當(dāng)電纜發(fā)生故障時(shí)，系統(tǒng)將自動(dòng)記錄并保存事故前后的設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)，用于故障分析。

4 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

電纜隧道在線(xiàn)監(jiān)測(cè)裝置主要由監(jiān)測(cè)主機(jī)和各類(lèi)傳感器構(gòu)成，如圖5所示。

將此系統(tǒng)應(yīng)用于河南某電纜隧道現(xiàn)場(chǎng)，系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，測(cè)試結(jié)果良好，可以實(shí)時(shí)、精確地采集電纜隧道狀態(tài)運(yùn)行數(shù)據(jù)?？赏ㄟ^(guò)此系統(tǒng)提取監(jiān)測(cè)到的時(shí)間段數(shù)據(jù)，并繪制曲線(xiàn)圖。

圖6為隧道內(nèi)低洼地方的水位在某一天中的變化?？梢钥闯?，由于天氣下雨，水位在上午05：00—07：00之間有明顯的漲幅。當(dāng)水位超過(guò)安全值時(shí)，該裝置控制繼電器讓水泵工作，將水位降低到安全值以下，在水位不再繼續(xù)上漲時(shí)，關(guān)閉水泵，保持隧道內(nèi)水位正常。

圖5 電纜隧道在線(xiàn)監(jiān)測(cè)裝置圖Fig.5 On-line monitoring device of cable tunnel

圖6 水位監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)圖Fig.6 Monitoring data of water level

隧道內(nèi)空氣質(zhì)量在某時(shí)間段中的變化如圖7所示?？梢钥闯?，監(jiān)測(cè)到的空氣質(zhì)量數(shù)據(jù)處于正常值，無(wú)需風(fēng)機(jī)工作。

圖7 空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)Fig.7 Monitoring data of air quality

圖8為隧道內(nèi)某段電纜多個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)某時(shí)刻的護(hù)層接地電流監(jiān)測(cè)值?？梢钥闯?，5、6、7這3個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)電纜護(hù)層接地電流明顯大于正常值，其余監(jiān)測(cè)點(diǎn)護(hù)層接地電流都基本正常。異常數(shù)據(jù)可能是由于交叉互聯(lián)電纜系統(tǒng)連接處發(fā)生松動(dòng)或者電纜接頭處環(huán)氧預(yù)制件被擊穿等情況所致，應(yīng)立即安排電纜檢修人員進(jìn)行檢修。

圖8 護(hù)層接地電流監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)Fig.8 Monitoring data of sheath grounding current

圖9為隧道內(nèi)電纜接頭溫度在某時(shí)間段中的變化?？梢钥闯觯O(jiān)測(cè)到的電纜接頭溫度處于正常值，可以繼續(xù)運(yùn)行。

圖9 電纜接頭溫度監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)Fig.9 Monitoring data of cable joint temperature

通過(guò)以上數(shù)據(jù)分析，可以得出：①隧道內(nèi)水位在短時(shí)間的測(cè)量中變化不大，所以該裝置對(duì)隧道水位的采集周期可設(shè)為12 h或者24 h，如果遇到雨季或者惡劣天氣可適當(dāng)縮短采樣周期；②隧道內(nèi)空氣質(zhì)量一般情況下也不會(huì)有較大變化，可將采樣周期設(shè)為10 min左右，若檢修人員需進(jìn)入隧道工作，應(yīng)在隧道空氣質(zhì)量正常時(shí)方可進(jìn)入；③因需要對(duì)電纜的運(yùn)行以及絕緣狀況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，可適當(dāng)縮短采樣周期，隧道內(nèi)護(hù)層接地電流和電纜接頭溫度監(jiān)測(cè)的采樣周期可設(shè)為30 s；④對(duì)電纜隧道環(huán)境的綜合評(píng)估可保障電纜及隧道環(huán)境運(yùn)行正常。

此系統(tǒng)在河南某電纜隧道現(xiàn)場(chǎng)試用后，通過(guò)對(duì)該系統(tǒng)采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，根據(jù)表1建立特征數(shù)據(jù)表，見(jiàn)表5。對(duì)特征數(shù)據(jù)進(jìn)行狀態(tài)評(píng)估，建立狀態(tài)綜合診斷表，見(jiàn)表6。

從表6可以看出，樣本4、5的電纜隧道運(yùn)行狀態(tài)不佳，對(duì)其進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)檢查發(fā)現(xiàn)，樣本4電纜接頭處環(huán)氧預(yù)制件被擊穿，樣本5的電纜接頭連接處發(fā)生松動(dòng)及護(hù)層回路金屬連接部分因腐蝕導(dǎo)致松動(dòng)，隧道內(nèi)有積水，與該系統(tǒng)監(jiān)測(cè)出來(lái)的結(jié)果一致。通過(guò)對(duì)其他多組監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)檢驗(yàn)，該裝置的數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)準(zhǔn)確率較高，能有效增強(qiáng)線(xiàn)路運(yùn)行、維護(hù)的安全性和可靠性。

表5 特征數(shù)據(jù)表Tab.5 Characteristic data table

表6 電纜隧道狀態(tài)綜合診斷表Tab.6 Comprehensive diagnosis table of cable tunnel conditions

5 結(jié)束語(yǔ)

本文介紹的智能化隧道環(huán)境綜合監(jiān)測(cè)系統(tǒng)不僅可以對(duì)電纜本體接頭溫度、護(hù)層電流進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，還集成了聯(lián)動(dòng)設(shè)備(風(fēng)機(jī)、水泵等)、環(huán)境監(jiān)測(cè)等子系統(tǒng)，保障電纜的安全運(yùn)行。

該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)電纜隧道狀態(tài)的全面監(jiān)測(cè)和狀態(tài)運(yùn)行管理，可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)電纜故障并對(duì)其運(yùn)行環(huán)境異常進(jìn)行智能化處理，提高了系統(tǒng)的智能性，增加了電纜隧道運(yùn)行環(huán)境的穩(wěn)定性和可靠性。