電力電纜隧道綜合監控系統的設計及應用

陳曉霞 林鋒

摘要：近年來，地下電纜隧道以其安全、可靠、環保、美觀、管線易于維護管理等優點，逐漸成為城市電網電力電纜項目改造、新建及擴建的首選方式。由于電纜隧道修建于地下，內部往往是封閉的，且距離長、電纜及管線多、空氣環境復雜，如不能有效利用遠程監控通信技術對地下隧道內部各節點的電力電纜運行、環境質量、防火防盜等進行有效監測、預防及遇到險情及時準確處理，將會嚴重影響城市電網安全穩定運行，重則危害人民生命財產安全。所以，在電纜隧道工程中，智能化綜合監控系統的配置及應用將成為保障電纜隧道安全運行的關鍵技術。基于此，本文主要對電力電纜隧道綜合監控系統的設計及應用進行分析探討。

關鍵詞：電力電纜隧道;綜合監控系統;設計;應用

1、前言

電力電纜隧道綜合監控系統以電力設備狀態監測、故障診斷、分析決策為主線，以分散監測、集中管理為基本模式，以安全預控為原則，將在線監測、離線檢測信息、缺陷信息、維修預試信息、設備臺帳信息在平臺上進行集成與融合應用，識別設備故障的早期征兆，對故障部位、故障程度和發展趨勢做出判斷，指導，檢修計劃的編制：通過對電網設備運行狀態的實時分析與評估，實現電網危機因素的捕捉，做到預判、預警;通過設備運行信息的全景化監控和可視化展現，幫助運行管理人員提升運行管理效率，降低系統的控制難度，最終達到輸、變電專業安全運行的可控和預控，提升電網的防風險能力。

2、電力電纜隧道綜臺監控系統的設計

電纜隧道需要積極運用科技手段加強對隧道的監控力度，建設健全合理的隧道監控系統。就目前國內形勢來看，電力電纜隧道監控系統的存在形式以光纖為主，監控和在線測試項目則是以溝井可燃氣體濃度和電纜接頭溫度為主，往往欠缺對綜合因素的實時監控，而且受安裝位置的限制，監控范圍也存在一定的局限性。因此，采用合理的控制策略以及先進的自動化技術是對電纜隧道進行有效監控的根本手段。針對同監控對象的監控系統，通過對現有隧道監控系統的研究，優化隧道監控系統的控制策略：結合隧道通風控制系統，設計隧道通風模糊控制算法;結合隧道視頻監控系統，設計隧道視頻監控聯動策略;結合隧道防入侵系統，設計隧道安全策略：結隧道應急通訊系統，設計攝像頭滅火彈等相關系統的聯動策略。

電力電纜隧道綜合監控系統分為：隧道環境監控子系統、接地電流監測子系統、隧道安防監控子系統。其結構如圖l所示。

電力電纜隧道綜合監控系統采用分布式分層設計的原則，主要分為五個功能模塊，具體包括硬件平臺、操作系統平臺、通用中間件層、支撐層以及應用層。其中硬件平臺可以是現今流行的各種硬件平臺，如RISC體系結構的計算機，或CISC體系結構的計算機：可以是32位機，也可以是64位機：操作系統平臺兼容目前所有主流操作系統;通用中間件層可以確保電力電纜隧道綜合監控系統具有應用組件技術所帶來的優越性：統一支撐平臺層位于通用中間件層之上，為電力電纜隧道綜合監控系統的軟件開發和運行提供支撐。統一支撐平臺層的主要工作涵蓋了數據庫管理、網絡管理、系統管理、報警等，應用層構筑在支撐層之上，實現各類電纜隧道監控的應用，如分布式電纜監測、環境監測、安防、應急通信等。

3、電力電纜隧道綜合監控系統的應用

3.1分布式光纖測溫系統

電纜隧道中設備以電力電纜為主，電力電纜長時間過載或絕緣層磨損、受潮等均易引起電纜溫度升高，嚴重時引起火災，危害生命財產安全。所以，運用一種能實時有效監測電力電纜溫度變化，并能在溫度異常升高時準確判斷故障位置的裝置是必要的。分布式光纖測溫系統主要由測溫主機、測溫系統軟件、測溫光纜組成，通過在電纜表面敷設的測溫光纜實現對電纜隧道中電力電纜本體、附件、環境等溫度的監測，測溫光纜由測溫主機中引出。分布式光纖測溫系統主要利用拉曼散射和光時域反射（0TDR）原理實現溫度和距離的測定，能夠實現對電纜表面溫度的實時有效監測、電纜全長無盲區監測，可進行連續測溫，當檢測到溫度異常時，能夠迅速定位并發出報警信號，提醒監控中心值班人員采取有效手段，用以確保電纜線路的安全運行。

3.2護層接地電流監測系統

單芯電纜的金屬護套在正常一點接地情況下其上環流很小，而一旦出現多點接地與大地形成回路后，環流將明顯增加，電纜環流會加劇電纜損耗發熱，加速絕緣老化，危及電纜運行安全，所以，需采取措施實時監測電纜護層電流，發現故障及時預警。護層接地電流監測系統主要由監測主機、通信單元、信號采集裝置、電流互感器組成。護層接地電流監測裝置可對金屬護套環流及其變化量進行實時監測，即實現對單芯電纜多點接地故障的在線監測，從而進行電纜接地故障的快速預警、準確定位，為線路搶修縮短時間，從根本上避免電纜事故的發生，保證電纜安全、可靠運行。在接地線上安裝防盜割傳感器，可使本系統同時實現接地線防盜割功能。

3.3環境監測系統

電纜隧道為地下封閉結構，設備運行期間會產生有毒有害氣體，如不能有效檢測有害氣體含量及隧道內含氧量濃度，并聯動風機系統進行通風換氣，將會對設備維護人員人身安全造成威脅。環境監測系統主要由監測主機、通信單元、區域控制單元、數據采集單元、氣體傳感器、溫濕度傳感器、水位傳感器、水泵聯動控制單元、風機聯動控制單元組成。環境監測系統可以對隧道內有毒有害氣體、環境含氧量、溫濕度、水位等進行在線監測，通過對隧道內環境參數的監測，如有害氣體濃度超標或含氧量不足，能進行聯動風機排風換氣，進而改善隧道內的空氣環境，為維護人員人身安全提供有效保障。

（1）通過氣體傳感器可對電纜隧道內一氧化碳、硫化氫、甲烷等有害氣體濃度及空氣含氧量濃度進行監測，一旦檢測到有害氣體濃度超標或空氣含氧量不足，可立即報警提示，并通過風機聯動單元聯動通風系統進行通風換氣，通風系統主要由風機和風機控制器構成。

（2）通過溫濕度傳感器可對電纜隧道內部溫度及濕度進行在線監測，使監控中心值班人員能實時監看隧道內部環境溫濕度。

（3）通過水位傳感器可以對電纜隧道內集水井的水位進行在線監測，一旦監測到水位異常，可立即報警提示，并通過水泵聯動控制單元聯動水泵系統進行排水，水泵系統主要由水泵和水泵控制系統構成。

3.4視頻監控系統

由于電纜隧道的封閉性、距離長、巡檢難度大等特點，需加裝視頻監控系統。視頻監控系統主要由視頻服務器、視頻監控顯示屏、網絡錄像機、遠紅外高清攝像機組成。視頻監控系統可通過電纜隧道內的紅外網絡攝像機，實時監測電纜隧道內重要節點安全情況和設備運行情況，使監控中心值班人員能夠清楚監控整個電纜隧道，發現險情可以及時處理，能有效保證電纜隧道內設備運行防護及維護人員安全。

3.5應急通信及廣播系統

當維修工人在地下電纜隧道進行設備搶修和巡檢時，如發生緊急險情，如灌水、火情、有毒有害氣體超標等，監控中心值班人員能立即做出應急處理，通過應急通信廣播系統呼叫隧道內工作人員，組織人員緊急疏散撤離，隧道內工作人員也可通過隧道內分機應急通信系統呼叫外部救援。應急通信及廣播系統包括應急通信電話主站、應急通信電話主機、應急通信電話分機、揚聲器等。當發生險情時，監控中心值班人員可通過主機及時向隧道分機系統發起呼叫，隧道分機終端啟動警報，通過揚聲器發起應急廣播，指揮疏導施工人員迅速撤離。該系統可同時具備電話對講功能、外界呼叫功能、一鍵報警功能，也可與其他公網系統對接，有效保障隧道內部的通信功能。

4、結語

綜上所述，綜合監控系統的應用是電纜隧道安全可靠運行的必要條件，如何提升監控智能化、便捷化、網絡通信安全化水平將是未來隧道綜合監控系統研究的主要方向。