電力電纜隧道智能監(jiān)控預(yù)警系統(tǒng)剖析

□ 文/江智洲

應(yīng)用背景

城市電網(wǎng)是現(xiàn)代城市公共基礎(chǔ)設(shè)施的重要組成，目前所面臨的主要問題是如何妥善解決電力負(fù)荷高速增長而電源點(diǎn)、電力通道資源日趨緊張，以及人們綠色環(huán)保的生存空間和城市環(huán)境要求之間日趨增長的矛盾。在國外大型城市的發(fā)展中，以地下電纜方式取代傳統(tǒng)的架空線路已經(jīng)成為世界潮流，據(jù)調(diào)查，在一些現(xiàn)代化都市，如柏林、東京、大阪、哥本哈根等，地下輸電線路的比例已經(jīng)超過70%。隨著我國城市化的快速發(fā)展，城市架空線路已經(jīng)對(duì)城市建設(shè)造成了局限和困擾，過去城區(qū)供電線路的輸送容量還相對(duì)不大，建筑物布局可調(diào)整空間也更為靈活。但如今城市規(guī)劃對(duì)功能性和美觀性的重視程度越來越高，架空下路在應(yīng)用空間和輸送容量方面都已經(jīng)越來越跟不上社會(huì)需要。因此從實(shí)際輸送功率和美觀的角度看，采用地下電纜的形式來替代架空線路已經(jīng)顯現(xiàn)出其必要性，近幾年很多城市都不同規(guī)模地建設(shè)了電力電纜隧道。電力電纜隧道是解決城市內(nèi)大容量電力輸送的有效形式，能夠?yàn)殡娏﹄娎|提供安全的庇護(hù)，使之具有良好的工作環(huán)境。我國在電力電纜隧道的建設(shè)初期，一般只能依靠人工沿著隧道沿線進(jìn)行排查，對(duì)電纜的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行常規(guī)巡視。隨著電力電纜隧道的快速發(fā)展以及智能化建設(shè)，隧道內(nèi)的各類設(shè)備數(shù)量已經(jīng)到了靠人工排查無法有效應(yīng)付的階段。各類監(jiān)控系統(tǒng)（如視頻監(jiān)控、環(huán)境監(jiān)測、在線測溫、智能控制等）廣泛應(yīng)用，讓電力電纜隧道的安全監(jiān)控具有非常重要的現(xiàn)實(shí)意義，同時(shí)也是未來電力電纜隧道的建設(shè)、管理中的重要發(fā)展方向。

需求分析

智能電網(wǎng)的全面建設(shè)，對(duì)配套輔助監(jiān)控系統(tǒng)也提出了全新的要求。通過和客戶的需求溝通及現(xiàn)場的實(shí)地勘察，對(duì)于需求歸納如下：

（1）隧道內(nèi)各類監(jiān)控系統(tǒng)種類眾多，但各系統(tǒng)間存在缺乏有效協(xié)調(diào)、信息共享能力不夠等情況，需進(jìn)行有效整合，形成真正意義上的電力電纜隧道智能監(jiān)控預(yù)警系統(tǒng)；

（2）針對(duì)電纜火災(zāi)故障預(yù)測，需采用分布式光纜測溫系統(tǒng)；

（3）針對(duì)隧道環(huán)境監(jiān)測，部署有溫濕度傳感器、水浸傳感器等，并配合相應(yīng)的智能控制，需部署高穩(wěn)定性的PLC系統(tǒng)；

（4）針對(duì)工作井出入口的安全防范要求，需部署門禁系統(tǒng)，防止無關(guān)人員進(jìn)入；

（5）視頻監(jiān)控系統(tǒng)的建設(shè)需考慮穩(wěn)定性、先進(jìn)性、經(jīng)濟(jì)性，同時(shí)還需考慮應(yīng)用環(huán)境的適應(yīng)性，并能實(shí)現(xiàn)原有系統(tǒng)的利舊接入；

（6）因隧道環(huán)境的特殊性，需考慮監(jiān)控點(diǎn)調(diào)試、維護(hù)的便捷性；

（7）電纜運(yùn)維人員能夠通過工作井分控中心顯示器監(jiān)控該段隧道內(nèi)的視頻；

（8）運(yùn)維中心將部署服務(wù)器，完成對(duì)前端相關(guān)視頻設(shè)備的配置、管理工作；

（9）監(jiān)控中心將部署大屏，實(shí)現(xiàn)對(duì)隧道全線的全局監(jiān)控；

（10）系統(tǒng)需提供對(duì)外接口，以便與分布式光纜測溫、PLC、SCADA系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)對(duì)接。

系統(tǒng)設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)思路

?？低曤娏﹄娎|隧道智能監(jiān)控預(yù)警系統(tǒng)是集硬件、軟件、網(wǎng)絡(luò)于一體的大型聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)，以iVMS-8800平臺(tái)軟件為核心，實(shí)現(xiàn)聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控，在監(jiān)控中心即可對(duì)現(xiàn)場環(huán)境進(jìn)行集中監(jiān)控，在運(yùn)維中心即可對(duì)現(xiàn)場設(shè)備進(jìn)行統(tǒng)一管理，為智能電網(wǎng)保駕護(hù)航。

在系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程中，除根據(jù)原有系統(tǒng)運(yùn)行現(xiàn)狀、發(fā)現(xiàn)問題進(jìn)行升級(jí)改造并增設(shè)監(jiān)控點(diǎn)外，還將適當(dāng)技術(shù)創(chuàng)新，設(shè)計(jì)思路如下：

（1）高清視頻：建議采用720P及以上高清攝像機(jī)，提升視頻質(zhì)量和安防水平，滿足細(xì)節(jié)監(jiān)控需求，硬盤錄像機(jī)需匹配支持高清錄像存儲(chǔ)；

（2）充分考慮環(huán)境：選用攝像機(jī)時(shí)，需充分考慮地下隧道潮濕、攝像機(jī)易進(jìn)水、鏡頭易起霧的情況，還需考慮冬季潮濕環(huán)境下易結(jié)冰的情況，同時(shí)工作井及隧道內(nèi)的燈光在正常情況下將關(guān)閉，需考慮攝像機(jī)的夜視功能；

（3）低碼率技術(shù)：部署采用低碼率技術(shù)的攝像機(jī)后，720P高清攝像機(jī)最高輸出碼率將不超過2Mbps，為傳統(tǒng)碼率（4 Mbps）的一半，大大降低帶寬占用及硬盤容量；

（4）可視對(duì)講門禁：在工作井大門部署可視對(duì)講門禁，便于持卡人員刷卡進(jìn)入，未持卡人員和運(yùn)維中心進(jìn)行對(duì)講及可視化核實(shí)后，由運(yùn)維中心開啟大門；

（5）就地管理優(yōu)先：故障情況下，運(yùn)檢班會(huì)第一時(shí)間趕赴現(xiàn)場，工作井分控中心有助于班組成員及時(shí)、準(zhǔn)確了解現(xiàn)場情況，所以保障區(qū)段視頻監(jiān)控系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)尤為重要；

（6）可視化運(yùn)行管理：可視化運(yùn)行管理有助于提高日常管理工作的高效性，視頻監(jiān)控子系統(tǒng)與分布式光纜測溫、PLC、SCADA子系統(tǒng)，互相開放接口實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)對(duì)接后，報(bào)警信息能夠及時(shí)聯(lián)動(dòng)視頻，第一時(shí)間掌握現(xiàn)場真實(shí)情況；

（7）立體監(jiān)管模式：實(shí)現(xiàn)分控中心、運(yùn)維中心、監(jiān)控中心多級(jí)管理，分控中心采用設(shè)備外接顯示器呈現(xiàn)某一隧道區(qū)段的實(shí)況，運(yùn)維中心采用PC呈現(xiàn)隧道全線的實(shí)況便于故障派工，監(jiān)控中心采用大屏呈現(xiàn)隧道全線的實(shí)況便于調(diào)度指揮；

（8）資源充分共享：MIS網(wǎng)用戶（運(yùn)維檢修部、安全監(jiān)察質(zhì)量部等）可按需授權(quán)，通過視頻監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)現(xiàn)場運(yùn)行情況、安全情況進(jìn)行抽查，避免重復(fù)建設(shè)；

（9）移動(dòng)工作助手：通過手持終端（手機(jī)、平板等）進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)管，便于運(yùn)檢班成員派工前及時(shí)了解現(xiàn)場情況、制定檢修方案，也便于領(lǐng)導(dǎo)、專家隨時(shí)隨地對(duì)突發(fā)事件進(jìn)行應(yīng)急指揮；

（10）系統(tǒng)運(yùn)維管理：視頻監(jiān)控系統(tǒng)建議部署視頻質(zhì)量診斷系統(tǒng)，該系統(tǒng)具備完善的運(yùn)維管理功能，對(duì)數(shù)量龐大的視頻監(jiān)控設(shè)備進(jìn)行自動(dòng)化巡檢，當(dāng)巡檢結(jié)束后自動(dòng)生成報(bào)表，以便系統(tǒng)運(yùn)維部門及時(shí)處理。

系統(tǒng)架構(gòu)

（1）系統(tǒng)拓?fù)鋱D（見圖1）。

（2）系統(tǒng)組成。

電力電纜隧道智能監(jiān)控預(yù)警系統(tǒng)主要由前端系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、中心系統(tǒng)三部分組成。

· 前端系統(tǒng)。前端系統(tǒng)主要負(fù)責(zé)采集電力隧道內(nèi)的電纜運(yùn)行環(huán)境及人員情況，以及采集工作井內(nèi)的設(shè)備運(yùn)行環(huán)境及人員情況。這些視頻信息通過光纖環(huán)網(wǎng)方式，在工作井分控中心的網(wǎng)絡(luò)硬盤錄像機(jī)匯聚存儲(chǔ)后，統(tǒng)一上傳至中心軟件平臺(tái)，并將在現(xiàn)場顯示器呈現(xiàn)，便于隧道運(yùn)維人員巡檢前的環(huán)境勘察。

圖1 系統(tǒng)拓?fù)鋱D

· 網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)用于前端與運(yùn)維中心、運(yùn)維中心與監(jiān)控中心之間的通信。前端系統(tǒng)的視頻通過視頻專網(wǎng)上傳至運(yùn)維中心，再通過電力綜合數(shù)據(jù)網(wǎng)上傳至監(jiān)控中心并進(jìn)入MIS網(wǎng)，分別供運(yùn)維人員、調(diào)控人員及MIS網(wǎng)用戶調(diào)用查看?？紤]到全線隧道距離較長，各工作井間通過光纖級(jí)聯(lián)方式而非光纖環(huán)網(wǎng)方式，級(jí)聯(lián)的終點(diǎn)將在運(yùn)維中心，實(shí)現(xiàn)全線隧道視頻資源的匯聚、呈現(xiàn)。

· 中心系統(tǒng)。中心系統(tǒng)分為運(yùn)維中心及監(jiān)控中心。

運(yùn)維中心主要負(fù)責(zé)整套視頻監(jiān)控系統(tǒng)的運(yùn)行維護(hù)，并承擔(dān)部分監(jiān)控的職能。通過部署服務(wù)器，可管理隧道全線及工作井內(nèi)的所有視頻設(shè)備，接收由攝像機(jī)上傳的視頻信息并進(jìn)行分發(fā)，滿足監(jiān)控中心大屏呈現(xiàn)、中心值班人員及MIS網(wǎng)用戶視頻信息查看的需求。同時(shí)，通過接入服務(wù)器與分布式光纜測溫、PLC、SCADA系統(tǒng)進(jìn)行信息交互，實(shí)現(xiàn)環(huán)境數(shù)據(jù)統(tǒng)一呈現(xiàn)、報(bào)警視頻聯(lián)動(dòng)復(fù)核等功能。

監(jiān)控中心主要負(fù)責(zé)對(duì)隧道全線及工作井內(nèi)環(huán)境監(jiān)控、人員行為的監(jiān)控，并通過高清解碼實(shí)現(xiàn)大屏呈現(xiàn)，成為對(duì)內(nèi)管理、對(duì)外宣傳的窗口。

系統(tǒng)功能

（1）基礎(chǔ)功能。

· 實(shí)時(shí)監(jiān)控。采用高品質(zhì)攝像機(jī)，具有防水、防霧、防低溫等功能特性，實(shí)時(shí)獲得監(jiān)控區(qū)域內(nèi)清晰的監(jiān)控圖像，各種型號(hào)系統(tǒng)的攝像機(jī)可以滿足不同區(qū)域監(jiān)控點(diǎn)的監(jiān)控需求，實(shí)現(xiàn)24小時(shí)不間斷監(jiān)控，并且可以對(duì)帶云臺(tái)、鏡頭進(jìn)行操作，對(duì)視角、方位、焦距調(diào)整，實(shí)現(xiàn)全方位、多視角、無盲區(qū)、全天候式監(jiān)控。

· 行為分析。通過Smart攝像機(jī)，對(duì)于重要區(qū)域采用智能分析技術(shù)，通過行為分析和智能跟蹤的方式，實(shí)現(xiàn)安全防范監(jiān)控；本系統(tǒng)中主要對(duì)穿越警戒面、區(qū)域入侵、進(jìn)入?yún)^(qū)域、離開區(qū)域等多種行為進(jìn)行識(shí)別和觸發(fā)報(bào)警。

· 錄像存儲(chǔ)。本系統(tǒng)支持前端存儲(chǔ)和中心存儲(chǔ)兩種模式，前端的視音頻信號(hào)接入網(wǎng)絡(luò)硬盤錄像機(jī)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，達(dá)到前端存儲(chǔ)的需要，以供事后調(diào)查取證；也可部署網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)設(shè)備，適合對(duì)重要視頻信息冗余備份的中心存儲(chǔ)需求。

· 智能檢索。通過支持Smart功能的NVR，支持基于智能偵測事件的快速檢索；支持基于區(qū)域入侵、越界偵測的錄像后檢索，可在回放中自定義智能規(guī)則快速檢索，錄像搜索隨心所欲。

· 語音對(duì)講。通過語音對(duì)講，運(yùn)維中心客戶端能夠和分控中心NVR進(jìn)行溝通，運(yùn)維中心客戶端能夠和工作井大門口的可視對(duì)講門禁進(jìn)行溝通。

· 數(shù)據(jù)呈現(xiàn)。通過對(duì)接分布式光纜測溫、PLC系統(tǒng)，可在系統(tǒng)界面上統(tǒng)一呈現(xiàn)電纜溫度、隧道溫濕度、水位情況等環(huán)境數(shù)據(jù)。

· 環(huán)境控制。在管理職能允許的情況下，系統(tǒng)可以接管PLC系統(tǒng)的控制功能，實(shí)現(xiàn)水泵、風(fēng)機(jī)等設(shè)備遠(yuǎn)程開啟功能。

· 門禁管控。運(yùn)維中心可實(shí)現(xiàn)對(duì)運(yùn)維人員分配門禁權(quán)限，同時(shí)在通過身份核實(shí)后，對(duì)未持卡人員可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程開門。

· 聯(lián)動(dòng)預(yù)案。通過視頻監(jiān)控系統(tǒng)和分布式光纜測溫、PLC、SCADA系統(tǒng)的關(guān)聯(lián)，能夠提供豐富的視頻聯(lián)動(dòng)預(yù)案：客戶端聯(lián)動(dòng)、電視墻聯(lián)動(dòng)、報(bào)警錄像等。有助于相關(guān)部門第一時(shí)間發(fā)現(xiàn)事故點(diǎn)，迅速做出反應(yīng)，把事故損失控制到最小范圍，真正實(shí)現(xiàn)可視化運(yùn)行管理。

· 巡檢預(yù)案。系統(tǒng)支持可視化巡檢預(yù)案，按人工巡檢的路線，把沿途多個(gè)監(jiān)控點(diǎn)的多個(gè)預(yù)置位添加進(jìn)預(yù)案，一旦發(fā)現(xiàn)問題可截圖并標(biāo)注問題，及時(shí)通知相關(guān)部門。相較于人工巡檢、手工紙質(zhì)記錄的傳統(tǒng)巡檢方式，該預(yù)案可大大提高巡檢質(zhì)量及到位率。

· 遠(yuǎn)程維護(hù)。通過平臺(tái)軟件能夠?qū)η岸嗽O(shè)備進(jìn)行校時(shí)、重新啟動(dòng)、修改參數(shù)、軟件升級(jí)、遠(yuǎn)程維護(hù)等功能。設(shè)備提供遠(yuǎn)程訪問功能，運(yùn)維人員不必到達(dá)設(shè)備現(xiàn)場，就可修改設(shè)備的各項(xiàng)參數(shù)，提高的設(shè)備維護(hù)效率。

· 系統(tǒng)管理。通過平臺(tái)軟件能夠進(jìn)行全方位管理，提供中心管理、Web服務(wù)、認(rèn)證授權(quán)、日志管理、資產(chǎn)管理、地圖管理、流媒體服務(wù)、云臺(tái)代理、存儲(chǔ)管理、文件備份、設(shè)備代理、移動(dòng)服務(wù)、報(bào)警管理、電視墻代理、網(wǎng)管服務(wù)等系統(tǒng)服務(wù)，提高整套系統(tǒng)的工作效率。

（2）擴(kuò)展功能。

· 移動(dòng)助手。通過手持終端（手機(jī)、平板等）能夠隨時(shí)隨地遠(yuǎn)程監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)預(yù)覽、云臺(tái)控制，為應(yīng)急指揮、巡視檢修提供便捷的技術(shù)保障。

· 視頻質(zhì)量診斷。采用輪巡方式檢測設(shè)備工作異常，如清晰度異常（圖像模糊）、亮度異常（過亮、過暗）、偏色、噪聲干擾（雪花、條狀、滾屏）、畫面凍結(jié)、信號(hào)丟失、云臺(tái)失控等，及時(shí)檢測系統(tǒng)故障并報(bào)警通知，提高視頻監(jiān)控系統(tǒng)有效性。

成功案例

我國很多城市在地下電纜隧道方面也已經(jīng)做了嘗試，但全國范圍內(nèi)大規(guī)模的應(yīng)用還未出現(xiàn)。上海在地下電纜隧道方面的嘗試較多也較早，最早在1983年就建成了長度為100米的萬體館電纜隧道，用于支撐2回110kV充油電纜和35kV電纜。目前建成了比較有代表性的世博隧道、楊高中路隧道、新江灣隧道、西藏路隧道等，并嘗試建立放射狀的電力電纜隧道網(wǎng)絡(luò)，這些電力電纜隧道在實(shí)用中已經(jīng)取得了很好的社會(huì)效益。

北京西路——華夏西路電力隧道工程是上海市電力公司世博工程中的主要供電配套工程，于2010年4月建成投運(yùn)，是目前世界上規(guī)模最大的電力電纜專用隧道。隧道兩端連接500kV三林變電站和靜安（世博）地下變電站，全長15267m。隧道全線設(shè)置工作井15座，分別與上海浦東和浦西四條電纜隧道相連，形成上海地區(qū)電力隧道網(wǎng)絡(luò)。?？低暩咔逡曨l及紅外測溫系統(tǒng)已成功應(yīng)用于該工程（見圖2）。

圖2 世博隧道高清視頻及紅外測溫監(jiān)控

隧道內(nèi)安裝有多套先進(jìn)的24小時(shí)實(shí)時(shí)電子監(jiān)控系統(tǒng)，主要有視頻監(jiān)控、紅外測溫、門禁、消防監(jiān)控、無線通訊等子系統(tǒng)，并由電纜監(jiān)控中心統(tǒng)一監(jiān)控管理。海康威視高清視頻及紅外測溫監(jiān)控平臺(tái)對(duì)視頻監(jiān)控及紅外測溫系統(tǒng)進(jìn)行了有效融合，紅外測溫系統(tǒng)能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)電纜接頭的異常升溫，視頻監(jiān)控系統(tǒng)能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)控電力隧道的運(yùn)行情況并對(duì)報(bào)警進(jìn)行可視化復(fù)核，確保了電纜隧道的可靠運(yùn)行。