電力電纜隧道綜合在線監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計與應(yīng)用

（蘇州光格設(shè)備有限公司 215000）

摘要：近年來，隨著我國對電力電纜基礎(chǔ)設(shè)施的不斷投入，電力隧道的長度也在不斷地增長中。電力電纜隧道在運行和維護過程中的增長速率不成正比，使其在經(jīng)濟快速發(fā)展的前景下出現(xiàn)諸多運行和維護工作方面的問題。因此，讓供電公司的各個部門也遭遇了更多的挑戰(zhàn)和壓力。隨著智能電網(wǎng)建設(shè)工作的不斷發(fā)展，電力電纜的在線監(jiān)測需求也在不斷地增加中。目前，使用電力電纜隧道綜合在線監(jiān)測系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)對系統(tǒng)電纜的監(jiān)測工作。但是，此類系統(tǒng)仍然存在一定問題，在理論方面無法及時收集相關(guān)信息的動態(tài)數(shù)據(jù)，導(dǎo)致電力電纜隧道綜合系統(tǒng)成為一個信息孤島。通過電力電纜隧道在線監(jiān)測數(shù)據(jù)不難發(fā)現(xiàn)，動態(tài)安排相應(yīng)的設(shè)備檢修工作，能夠在很大程度上降低電纜設(shè)備故障。通過一定的監(jiān)測技術(shù)手段，將潛在的隱患進行提前預(yù)警處理，再制定出針對性地預(yù)防措施，將損失降低到最小，從根本上改變傳統(tǒng)的周期性監(jiān)測模式，既能夠節(jié)約電力系統(tǒng)的運行成本，還能夠防止人為事故的發(fā)生。

關(guān)鍵詞：電力電纜隧道；綜合在線監(jiān)測系統(tǒng)；設(shè)計與應(yīng)用

電力電纜隧道在生活當(dāng)中較為常見，尤其是對于一些大型電力設(shè)備工況企業(yè)而言，往往在電纜隧道中被鋪設(shè)一段距離又長走向又很復(fù)雜的電力電纜。電纜隧道是電纜高度集中的地方，發(fā)生災(zāi)害事故也較為頻繁[1]。電力電纜隧道的火災(zāi)事故發(fā)生主要集中在電纜橫截面上，電纜溫度升高。在電纜著火時，其局部輻射作用非常強，再加上電纜著火時局部的熱輻射比較強，所以使得電纜很快被燃燒。在電力電纜接頭位置之處，由于電阻過高導(dǎo)致散熱不好和接觸不良等情況出現(xiàn)。溫度一旦過高時就會引起電纜線頭炸裂問題，從而引起電纜火災(zāi)的情況出現(xiàn)。在造成比較大的經(jīng)濟損失之后，一定要掌握好電力電纜的運行狀態(tài)，以期能夠更好地維護好電力系統(tǒng)的安全與穩(wěn)定運行。對電力電纜和電力隧道的溫度進行實時監(jiān)控，能夠?qū)馂?zāi)實施預(yù)警和報警行為，在溫度監(jiān)控方面和異常報警功能方面能夠達到更好的效果。通過對電纜溫度的測量，制定出相關(guān)計劃，從而經(jīng)濟方面和技術(shù)方面加以考慮，能夠加大對電力電纜的運行狀態(tài)監(jiān)測[2]。

一、 電力電纜隧道運行狀態(tài)在線監(jiān)測系統(tǒng)功能的基本需求

利用先進的通信技術(shù)和數(shù)字傳感器技術(shù)等完成電纜隧道運行狀態(tài)在線監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計與開發(fā)，在線監(jiān)測系統(tǒng)中主要包括以下幾個方面：其一，光纖測溫；其二，水位、氣體、溫濕度傳感；其三，視頻監(jiān)控；其四，處理單元等。光纖測溫系統(tǒng)，利用拉曼散射測溫原理、光時域反射定位原理和載流量評估原理。通過在電纜上敷設(shè)感溫光纖，分布式光纖主機上連續(xù)測電纜沿線所有點的溫度值。測量精度±1℃，空間分辨率和定位精度分別為1m。傳感器傳輸路線不收到電磁的干擾。實時采集電纜工作環(huán)境的相關(guān)參數(shù)，傳送到后臺監(jiān)控系統(tǒng)中。在后臺監(jiān)測系統(tǒng)中，實時處理且分析好溫度數(shù)據(jù)，再查詢基本歷史數(shù)據(jù)，能夠建立長期的數(shù)據(jù)庫，再提出預(yù)警功能[3]。

整個系統(tǒng)采用雙層總線結(jié)構(gòu)，軟件內(nèi)置國際通用的技術(shù)協(xié)議（IEC61850、Modbus TCP等），具有高度開放性，既可兼容第三方廠家，又可方便與上層自動化系統(tǒng)、電力綜合監(jiān)控系統(tǒng)等無縫對接。當(dāng)隧道內(nèi)設(shè)備出現(xiàn)異常時，聯(lián)動隧道內(nèi)相關(guān)設(shè)備改善異常。光纖通訊網(wǎng)實時地將現(xiàn)場監(jiān)控數(shù)據(jù)傳送至電纜隧道監(jiān)控中心，實現(xiàn)集中監(jiān)控、統(tǒng)一管理。

二、 電力電纜隧道監(jiān)控系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)

1. 高壓電纜監(jiān)控子系統(tǒng)

高壓電纜監(jiān)控子系統(tǒng)分為：電纜測溫DTS、載流量計算AgiCAP、局放監(jiān)控APD、護套環(huán)流監(jiān)測ASC。分布式光纖測溫系統(tǒng)（DTS）由光纖測溫主機、測溫光纖、監(jiān)控管理軟件及相關(guān)附件組成，能準(zhǔn)確探測高壓電纜沿線所有測量點的溫度，具有實時在線、測溫精度高、本征安全、不受電磁干擾等優(yōu)點。電纜測溫DTS系統(tǒng)本身具備超強的信號傳輸功能，與此同時也就具備感溫功能。將測溫光纜緊密地固定在隧道頂部之處，能夠測量出電力電纜隧道內(nèi)的表面溫度[4]。一旦被監(jiān)測的溫度達到預(yù)警值，能夠立即進行報警發(fā)送處理，發(fā)送短信，也能夠通過網(wǎng)絡(luò)的形式發(fā)送到主網(wǎng)站中。

載流量計算AgiCAP通過分布式光纖測得的電纜表面溫度計算出電纜芯線溫度，通過載流量評估軟件計算出電纜允許通過的最大穩(wěn)態(tài)載流量。

局放監(jiān)控APD由局放傳感器、局放采集器、局放監(jiān)測主機等組成。局放傳感器實時采集高壓電纜、電纜接頭處局部放電脈沖信號并將數(shù)據(jù)傳送給局放采集器，再將數(shù)據(jù)上傳至局放監(jiān)測主機作進一步數(shù)據(jù)分析。

護套環(huán)流監(jiān)測ASC由護層接地電流傳感器、護層接地電流采集器以及護層接地電流監(jiān)測主機組成，監(jiān)測三相電纜的金屬護層接地電流與三相運行電流，實時數(shù)據(jù)傳輸至監(jiān)控中心。

2. 隧道環(huán)境監(jiān)控子系統(tǒng)

隧道環(huán)境監(jiān)控子系統(tǒng)分為：氣體監(jiān)測、煙感探測、水位監(jiān)測、井蓋監(jiān)測和溫濕度監(jiān)測。隧道環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)可通過各種傳感器對電力隧道內(nèi)有害氣體、空氣含氧量、溫濕度、水位等環(huán)境參量進行監(jiān)測，可有效實時監(jiān)測隧道內(nèi)情況，并根據(jù)監(jiān)控狀況，通過手動或自動進行遠(yuǎn)程，啟動風(fēng)機通風(fēng)、水泵排水、防火門阻斷火勢發(fā)展等。

3. 視頻監(jiān)控子系統(tǒng)

電力隧道出入口、電纜接頭等重要部位內(nèi)安裝監(jiān)控攝像機，進行實時的監(jiān)控管理系統(tǒng)，能夠?qū)⑦h(yuǎn)程監(jiān)控功能技術(shù)和數(shù)字視頻技術(shù)等運用起來，將監(jiān)控攝像機的各個采集點進行實時監(jiān)控，將視頻的信號接入到運行監(jiān)控中心，最終形成一個立體化的隧道監(jiān)控體系。基于此，對電力電纜隧道的日常狀況進行實時監(jiān)控處理，顯著提高電纜隧道的基本運行安全。將隧道內(nèi)的各個監(jiān)控點從視頻服務(wù)器和防水設(shè)施等進行數(shù)字信號的模擬處理，再通過光纖傳送到變電站中，通過磁盤儲備方式來保存好視頻監(jiān)控錄像。通過數(shù)字矩陣將數(shù)字信號轉(zhuǎn)換成模擬信號，再承接到電視屏上，實施電纜隧道的在線監(jiān)控。通過數(shù)據(jù)分析，及時發(fā)現(xiàn)電力電纜系統(tǒng)的絕緣缺陷，分析潛在的隱患和故障，從而顯著降低電力電纜的設(shè)備故障。通過監(jiān)測技術(shù)手段，實施未雨綢繆行為，將潛在的安全隱患進行提前預(yù)警，制定出預(yù)防措施之后，將損失減到最小[5]。

4. 門禁子系統(tǒng)

對隧道出入口進行有限的權(quán)限管理，防止非法入侵。

三、 電力電纜隧道運行狀態(tài)在線監(jiān)測系統(tǒng)方案設(shè)計和應(yīng)用

根據(jù)系統(tǒng)功能的實際發(fā)展?fàn)顩r，將電纜隧道的運行監(jiān)測系統(tǒng)的工作原理弄清。電纜測溫DTS是激光器發(fā)出一束激光，通過耦合器調(diào)制，射入感溫光纖中，反射回的拉曼散射光通過光譜分離模塊分解成不同波長的Stokes和Antistokes反射光，其分別與溫度和傳輸介質(zhì)產(chǎn)生關(guān)系，計算出溫度分布曲線。激光器發(fā)出的脈沖光信號在光纖中傳輸時，將后向散射光到達探測器與激光器發(fā)出光脈沖的時間差乘以光在光纖中的傳輸速度再除以2，就得到散射點在光纖上的位置。將采集到的溫度數(shù)據(jù)進行深入分析，再得出數(shù)據(jù)曲線，根據(jù)不同的設(shè)定值來進行分級報警處理。針對電纜隧道的基本狀況，實施監(jiān)控電纜隧道的環(huán)境運行狀況。將實時監(jiān)測到的氣體、溫濕度、水位等信息傳送到處理單元，并傳送至綜合監(jiān)控平臺。

電力電纜隧道綜合在線監(jiān)測系統(tǒng)以云計算和物聯(lián)網(wǎng)為基礎(chǔ)，在設(shè)備層實現(xiàn)了隧道內(nèi)各類設(shè)備的物聯(lián)互通、智慧傳感；在數(shù)據(jù)層實現(xiàn)了各類數(shù)據(jù)的高速上傳、海量存儲；在應(yīng)用層實現(xiàn)了跨部門之間、多平臺之間的信息互通與共享。

四、 結(jié)束語

綜上所述，在電力電纜專業(yè)的管理與維護方面，主要通過溫度監(jiān)測來檢查運行狀態(tài)，超過標(biāo)準(zhǔn)之后必須進行停電處理。開展電力電纜運行狀態(tài)綜合監(jiān)測技術(shù)研究，對電纜接頭的表面溫度和有害氣體信息等進行實時監(jiān)測，能夠及時地發(fā)現(xiàn)其中存在的問題，保證電力電纜系統(tǒng)的供電安全。

參考文獻：

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[2] 楊斌，田杰，江健武等.基于全光纖傳感技術(shù)的電纜健康狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)的研究[J].光學(xué)儀器，2012，34（6）：71-75.

[3] 嚴(yán)國仙，付才，梁東青等.上海世博會電力電纜隧道一標(biāo)工程下穿越地鐵2號線施工技術(shù)[J].建筑施工，2009，31（1）：3-5.

[4] 王斌，張宇，賁飛等.基于虛擬現(xiàn)實技術(shù)的φ5.5m電力電纜隧道內(nèi)部布置方案研究[J].華東電力，2010，38（4）：540-542.

[5] 楊明.鎮(zhèn)江南徐變電站電力電纜隧道結(jié)構(gòu)設(shè)計[J].江蘇建筑，2012，18（2）：41-44

作者簡介：朱祎（生于1979年5月2日）女、漢族，江蘇省蘇州市人、2004年畢業(yè)于蘇州大學(xué) 電子信息工程專業(yè)，現(xiàn)供職于蘇州光格設(shè)備有限公司 投標(biāo)主管 工程師，郵編：215000