電纜及其溝井智能監測技術研究與應用

時 翔 趙生傳 陳志勇 韓克存

（1.青島供電公司，山東 青島 266002；2.山東電力集團公司，濟南 250001）

目前國內對于電纜的管理還處于計劃檢修階段，一般采用定期進行主絕緣和交叉互聯系統的預防性試驗以及測溫測負荷的方法對電纜的運行狀況進行檢查。通過將上述檢查結果與規程中的標準值進行比較，若是超標則安排維修計劃對設備進行停電檢修[1]。從經濟角度和技術角度來說，計劃檢修都有很大的局限性。例如定期試驗和檢修造成了巨大的經濟浪費：據統計在定期檢查和維修中，僅有60%的花費是必要的。此外，在不同于設備運行條件的低壓下檢查，許多絕緣缺陷和潛在的故障無法及時發現，且為了對電纜進行預防性試驗，還要定期安排運行電纜停電，增加了電纜設備的停電時間，與社會發展對電網高可靠性，低停電率的要求越來越不相適應[2]，因此，提高監測電纜狀態的技術水平，實現電纜的智能化監測及狀態檢修勢在必行。

青島市電力隧道數量和規模在國內外都處于領先地位，目前已實現分散的變電站及電力電纜監控，但仍然沒有實現全市電纜網監控。山東省集團公司生技部正在建設山東省配電網指揮調度系統，目前青島市生產PMS已正常投入運行，深入開展電纜及其溝井智能監測技術研究已具備條件。本文在積累電纜網狀態監測數據及狀態診斷的基礎上，開發電纜網運行狀態診斷評估系統，實現了電纜網系統的運行專家庫、設備評估、狀態檢修等功能。

1 系統架構分析

1.1 總體架構分析

電力電纜隧道集控中心采用分布式分層設計的原則，總體架構如圖1所示。

圖1 總體架構圖

1.2 軟件結構

系統通過模塊化設計、使用標準產品和接口、遵循國際軟硬件標準、使用標準工具箱，盡可能地提高軟、硬件的相互獨立程度，使得系統易于擴充和升級。組成系統的各節點統一的、風格一致的運行信息輸出體系，方便使用及對系統的日常管理。

圖2 軟件架構圖

1.3 網絡安全架構設計

電纜隧道集控系統從電網二次系統安全防護體系的角度進行設計，采用了以下的安全管理措施：

1）依據全國電力二次系統安全防護總體框架的“三層四安全區”，采取整體規劃設計[3]。電纜隧道集控系統屬于安全區Ⅱ，與屬于安全區Ⅲ的各業務系統采用硬件防火墻，安全區Ⅱ與屬于安全區Ⅲ的 WEB服務器間采用網絡安全物理隔離設備。電纜隧道集控系統與外部邊界通信、訪問其它不同安全等級系統都采取嚴格的安全措施。“三層四區”安全防護體系不降低電纜隧道集控系統運行的可靠性，并保證系統實時、連續的運行，不影響電纜隧道集控系統本身業務的運行，采取的安全隔離措施可以適應未來電纜隧道集控系統的升級和新技術的應用。

2）通過系統統一的身份認證，判斷登入網絡的人的身分，驗證用戶的身份與所宣稱的是否一致，以保證非法者無法進入。

3）數據通信使用電力系統專用調度數據網絡，配置高性能防火墻或具有物理隔離功能的網關，防止外部非法入侵，這種網關/防火墻對網絡控制管理是透明的。

圖3 網絡安全架構

2 系統功能分析

2.1 基本功能分析

1）井蓋監控子系統

集中式井蓋監控子系統主要實現電纜通道電纜井蓋的集中監控和管理，在總站主機授權核準的情況下完成遠程主控開啟命令的下達。方便的實時監視井蓋鎖的狀態，實現維護人員與井蓋控制終端的檔案管理、工作記錄、非法開啟報警等功能。

2）視頻監控子系統

電力電纜隧道視頻監控是在隧道內安裝監控攝像機和智能視頻分析服務器，形電纜隧道提供狀態實時監控管理系統，是基于數字視頻、語音信號、遠程監控等技術，監控攝像機采集各點的實時狀況視頻信號，將視頻信號接入到電纜運行監控總控中心，相關監控部門和人員通過遠程實時瀏覽視頻圖像；圖像監控報警聯動功能，起到對突發事件及時預警和及時處理的作用，避免人工值守的傳統方式容易因疲勞或疏忽而錯失及時發現并制止安全事件的時機。

圖4 事故信號回路圖

3）告警管理。所有告警信息均在告警窗實時顯示，顯示內容包括日期時間、地區及廠站名、監控設備、告警內容及其它信息；不同級別的告警信息分色顯示，其色可設置；可按分層分區分類選擇顯示，以卡片方式分類提示和選擇

4）隧道多氣體監測。多氣體監測系統采用近紅外光譜吸收技術，用半導體激光器和光纖進行測量和傳輸，在測量現場實現了傳感器不帶電檢測，安全可靠。具有測量精度高，測量范圍大，響應時間短，不受環境中其他氣體影響，穩定性好，校正周期長等特點。

2.2 高級應用功能分析

1）載流量分析。載流量分析基于分布式光纖測溫得到的實時及歷史數據。測得電纜的外護套表面溫度或絕緣表面溫度后，一項重要的工作就是要建立護套表面溫度或絕緣表面溫度與電纜線芯溫度或載流量之間的對應關系，從而可以根據測得的溫度值推算電纜線芯溫度，評估實際負荷情況，了解負載裕度，并進一步對負荷進行合理調度。

2）事故追憶與重演。事故追憶功能將事件發生前后較長一段時間內的電纜隧道系統的運行狀況記錄下來，供值班員事后真實、方便地分析、研究、重演。重演內容包括電纜隧道集中監控系統功能、告警功能，輔助功能有告警報告一覽、追憶過程趨勢曲線記錄、追憶文件管理等。

追憶重演通過專用的播放器完成，操作簡單直觀，類似于電影播放機。可以控制重演的所有過程，包括：前行、回退、暫停、播放、停止、退出等功能；演示模式有單步、連續兩種；可以按時間尋找演示點。

3）電力電纜分析預警。基于改進非等間隔差分方程的高壓電力電纜溫度預測，通過對專家庫的分析和計算，結合影響數據變化的其它因素，預測未來指定時間段內的溫度變化情況。有助于了解系統未來的運行狀況，尤其是對可能發生的運行缺陷提前掌握，做好應對準備，保證電纜的可靠運行。

圖5 電力電纜分析預警圖

3 結論

青島市供電公司對電纜及其溝井智能監測技術研究可以保證電力電纜系統正常運行，確保城市供電安全，提升智能化城市電纜網管理。更好開展輸電電纜的狀態檢修、強化高壓電纜運行維護管理、細化高壓電纜及附屬設施方面的缺陷管理、完善高壓電纜集中監控管理，逐步實現電力電纜網的自動化、智能化管理，建立統一完善的電力電纜網的遠程監控管理中心。青島市供電公司對電纜及其溝井智能監測技術研究填補了國內空白，其中該系統中的電力電纜溫度分析預警、電力電纜安全運行評估的建立在國內都是首次提出的，相關技術在國內處于領先水平，應用系統完成了由被動搶修變為主動搶修的轉化，實現了電力電纜及電纜隧道監控管理模式的創新。

[1]周雄明, 蘇文群, 徐俊, 楊峰. 基于分布式光纖測溫傳感器電纜溫度監控系統[J]. 供用電, 2010(4):61-62.

[2]張琪.防止電力電纜絕緣擊穿的幾點措施[J].農村電工, 2010(1):34-38.

[3]何海濤, 姚國珍. 光纖光柵解調技術在電力系統中的應用[J]. 電力系統通信, 2010(6) :42-45.

[4]張紅,李樹軍.交聯聚乙烯電纜在線監測的研究[J].機電設備, 2010(6):34-37

[5] 黃華勇,朱睿,張蔚春, 趙吉業,劉勇,趙闊.線路運行故障在線監測系統[J]. 重慶電力高等專科學校學報,2010(Z1):29-31.