淺談基于遠程聯動研判的塞止井智能綜合監測及控制系統

李紅亮

（國網上海市電力公司電纜分公司，上海 200072）

隨著城市電纜化率的不斷提高，超高壓電纜在城市電網中扮演著越來越重要的角色。而塞止井作為超高壓充油電纜的附屬設備，其設備的運行狀況直接關系到充油電纜的安全運行。因此，如何提高塞止井的運行安全可靠性是當前的重要課題。目前，上海市共有16 個塞止井，巡視周期為15 天。每次巡視都需要從開井、通風、測量參數，到關井等步驟，平均需要花費75 分鐘的時間。這意味著每15 天，運行人員需要花費1875 分鐘在塞止井的巡視上，工作強度極大。

1 研究的目的

隨著城市電纜化率的不斷提高，超高壓電纜在城市電網中扮演著越來越重要的角色，如何提高電纜的運行安全可靠性成為當前最重要的課題。傳統的人力巡檢存在很多缺點，其中包括依靠驅車巡視、現場通風排水、費時費力、維護工作效率低等問題。此外，分管線路多，對于每個塞止井巡視間隔時間長，也是傳統巡檢的不足之處。

電纜井內的各類電子設備所處的空間環境較差，時常處于高溫高濕度的狀態。由于缺乏對電纜及其附屬件以外電器設備的實時監測系統，無法快速獲取電器設備運行狀態，也無法智能研判或遠程手動控制照明、空氣凈化、排水等裝置，這將造成電纜本體及其附屬件和井內電器設備的損壞。在惡劣天氣影響下，無法得知天氣對井內設備及空間環境的影響，不及時響應將對電纜和各類電器設備造成嚴重危害。

針對上述問題，我們需要利用現代技術進行改進。首先，可以通過在電纜井內安裝傳感器來實現實時監測系統，包括溫度、濕度、氣壓和流量傳感器等。這些傳感器具有高精度、穩定性和可靠性，能夠滿足井內環境監測的要求。此外，建立智能綜合監測及控制系統對塞止工井進行智能化的管理也是非常有必要的。該系統可以通過收集井內環境數據，實現對環境數據的智能自主研判，及遠程預警和控制的綜合監控平臺，有效降低維護工作的難度和風險，提升管理效率。

對于充油電纜塞止接頭工井這類特殊工井，其內部環境通常會處于高溫高濕度狀態，而且缺乏能夠對該類設備自身運行狀態的監測。為了解決這個問題，可以在工井內安裝照明、排水、排風等一次設備、監控報警設備以及土建附屬設備，并建立智能監測系統對工井內各種電器設備進行實時監測，以確保它們的正常運行。智能監測系統應該包括傳感器、數據采集模塊、數據傳輸模塊和遠程控制平臺等，這些模塊可以通過互聯網連接并實現數據的實時傳輸和遠程控制。

在智能監測系統中，各種傳感器可以用來實時監測工井內部的溫度、濕度、氣壓等環境參數，以及各種設備的運行狀態和電器參數，如電壓、電流、功率等。傳感器將監測到的數據通過數據采集模塊采集并傳輸到遠程控制平臺上，通過算法分析實時數據，并將分析結果以可視化的方式呈現給操作人員。操作人員可以根據分析結果進行及時處理，如發現異常情況時，及時啟動報警和遠程控制設備的運行狀態，以確保工井內部設備的安全運行。

此外，智能監測系統還應該包括智能預警和遠程控制平臺。預警系統可以通過對歷史數據進行分析，對可能出現的故障進行預測和預警，及時采取措施避免設備損壞，提高系統的可靠性。遠程控制平臺可以對工井內設備進行遠程控制和管理，如對照明、排風、排水等設備進行遠程開關，實時監測和控制設備運行狀態，提高設備的使用效率和管理效率。

2 國內外研究概況

原有的塞止接頭工井的各個檢測點，已經安裝了各類監測傳感器，但是缺乏一套綜合性的管理、分析和控制平臺，將設備狀態信息通過自動化采集裝置進行數據轉換傳送并進行數據分析報警和控制，對于已檢測到的歷史數據已有手段無法進行存儲、分析和趨勢研判，從而無法實現正常巡視和應急搶修的快速反應。

塞止井內往往會有大量積水，在水泵不工作的情況下，嚴重積水將影響塞止井內設備的運行安全；工井被非法開啟往往會威脅現場電纜設備的安全運行；此外，工井電源失壓斷電將導致系統無法監控報警。而上海地區塞止工井多位于市中心車道或人行道上，每次開啟工井檢查辦理的手續較復雜，人員進出需做好現場安全措施、工作許可等各項安全工作，且在巡視周期外發生的異常情況不能及時發現。目前，沒有一套能實現環境類數據智能自主研判及遠程預警和控制的綜合監控平臺。

3 主要研究內容

基于遠程聯動研判的塞止接頭工井智能綜合監測及控制系統，該系統包括相互連接塞止井信息采集及智能分析裝置、控制裝置（含遠程通信和研判）和監控平臺。

塞止井信息采集及智能分析裝置（含圖像識別的可視化裝置等其他信號采集裝置）設置在充油電纜塞止井內，采集塞止井內照明情況、集水井水位情況和風機運行情況及其他環境情況。并且裝置內含邊緣計算芯片和基于微功率ARM 主處理芯片，經過邊緣計算與智能電網融合的方案充分利用了云計算的存儲和計算能力，同時吸收了邊緣計算的實時性和分布式特性，在一定程度上解決了通信信道過于擁塞的問題，并可對歷史數據進行分析運算，可對往后排風、排水、照明等環境輔控裝置進行信號輸出的研判依據（如圖1）。

圖1 塞止井信息采集及智能分析裝置

控制裝置（含遠程通信和研判）設置在塞止井上的電力換位箱內，主要用于控制塞止井信息采集裝置采集的照明、水位和風機等環境輔控，并可通過監控平臺或就地研判控制照明、排水和排風系統的啟停（如圖2）。與塞止井信息采集裝置連接采用RS485 有線通信，與監控平臺連接采用NB-IoT 電力專網或2.4GHz 頻段LoRa專網等多種電力專網的通信方式。

圖2 塞止井控制裝置

監控平臺設置在運維人員的微信小程序內，需要通過運維班組分級授權（查看權限、控制權限和施工遠程交互權限等）對塞止井智能綜合監測及控制系統進行操作（如圖3）。

圖3 監控平臺

4 智能管控系統的設計與實現

4.1 系統設計思路

為了實現對塞止接頭井的智能化管理，需要建立一個完整的管控系統。該系統應該能夠實時監控塞止接頭井的運行情況，并對異常情況進行預警和處理。同時，系統還應該具備數據分析和決策支持的功能，以便于管理人員能夠更好地了解井內的情況，并做出相應的決策。

基于以上要求，本文設計的智能管控系統包括以下模塊。

（1）數據采集模塊。該模塊負責實時采集塞止接頭井的運行數據，包括井內溫度、濕度、氣壓、流量等信息，并將其上傳至系統數據庫。

（2）數據處理模塊。該模塊對采集的數據進行處理，提取出有用信息，并進行分析和統計。同時，該模塊還可以對數據進行預處理，如去噪、平滑等操作，以提高數據的質量和可靠性。

（3）異常監測模塊。該模塊通過對采集的數據進行分析，能夠及時發現井內的異常情況，并對其進行預警和處理。例如，當井內溫度超過一定閾值時，系統可以發出警報，并自動切斷供電，以避免設備過熱或爆炸等危險情況的發生。

（4）決策支持模塊。該模塊基于采集的數據和分析結果，提供給管理人員決策支持。例如，根據歷史數據和趨勢預測，系統可以為管理人員提供未來一段時間內井內設備的故障概率，以便于制定維護計劃和預算。

（5）人機交互模塊。該模塊提供給管理人員一個友好的界面，以方便其查看數據、分析結果和制定決策。界面應該簡單易用，具有良好的交互性和可視化效果。

4.2 系統實現技術

為了實現以上功能，本文選用了以下技術進行系統實現。

（1）傳感器技術。傳感器是數據采集的基礎。本文選用了多種傳感器進行數據采集，包括溫度傳感器、濕度傳感器、氣壓傳感器和流量傳感器等。這些傳感器具有高精度、穩定性和可靠性，能夠滿足井內環境監測的要求。

（2）嵌入式技術。本文采用了基于ARM 嵌入式系統進行系統實現。這種嵌入式系統具有體積小、功耗低、可靠性高等特點，能夠滿足在井下環境中長時間穩定運行的要求。

（3）通信技術。為了實現井下數據的實時傳輸和監控，本文采用了無線傳輸技術進行數據傳輸，包括藍牙和WiFi 技術。同時，為了保證數據的安全性，本文采用了數據加密技術進行數據加密和解密。

（4）云計算技術。為了實現數據的統一管理和分析，本文采用了云計算技術進行數據存儲和處理。通過將數據上傳到云端進行存儲和處理，實現了對數據的集中管理和分析，提高了數據利用率和管理效率。

（5）人機交互技術。為了方便用戶對系統進行操作和管理，本文采用了人機交互技術，包括觸摸屏和語音識別技術。這種技術能夠方便用戶進行交互操作，提高了用戶體驗和操作效率。

4.3 系統實現流程

首先，通過傳感器采集井下環境數據，并通過無線傳輸技術將數據傳輸到云端進行存儲和處理。然后，通過人機交互技術實現用戶對系統的操作和管理。用戶可以通過觸摸屏或語音識別技術對系統進行操作和管理，包括對井下環境數據的查看、監控和分析等。同時，系統也可以通過云計算技術對數據進行分析和處理，并將分析結果反饋給用戶。

5 結語

本文針對塞止接頭井環境監測和管控問題，提出了一種基于智能化管理的塞止接頭井智能管控系統。該系統通過采用傳感器技術、嵌入式技術、通信技術、云計算技術和人機交互技術等多種技術，實現了對塞止接頭井環境數據的實時監控和管控。通過系統的實現和應用，本文驗證了該系統的可行性和有效性。該系統可以為塞止接頭井的管理和維護提供可靠的技術支持，具有廣泛的應用前景。