基于全場景應用的智慧電纜隧道監控預警平臺

摘要：本文基于某智慧電纜線路建設項目，闡述智慧電纜隧道監控預警平臺的技術方案和實現過程。依據“集中監控+立體巡檢”輸電監控模式，采用智慧監控研判與風險防控策略，該平臺可以實現電纜線路的實時監控和動態維護，實時監測線路運行的溫度，并且可以在監控環境狀況，發現異常時進行預警，減少人工巡視的工作強度，在節約電力企業運營成本的同時提升電纜線路的維護效率。鑒于此，本文對基于全場景應用的智慧電纜隧道監控預警平臺設計進行詳細分析。

關鍵詞：全場景；智慧；電纜隧道；預警

一、引言

隨著城市化進程的不斷加快，用電需求不斷增加，對電纜線路日常營運的維護與管理工作提出了更高的要求。如何提升電纜隧道的智能化管理水平，在確保城市用電的前提下緩解電力公司的營運壓力，成為人們關注的焦點。在智能電網建設過程中，應使用電纜隧道監控預警平臺對電纜線路運行狀態信息進行匯總和分析，及時發現電纜線路的絕緣缺陷和潛在的故障隱患，實現動態檢修，最大限度降低電纜線路的故障概率，減少停電造成的損失。為積極貫徹國家電網智慧電力戰略部署，構建全方位電纜管網，本文以邯鄲市某中站智慧電纜項目為背景，對隧道電纜智慧預警平臺進行研究。

二、電纜隧道監管現狀評價

一直以來，電纜隧道監管主要是監測電纜線路的溫度和電纜運行負荷，通過將監測數據與標準值進行對比分析，判斷電纜運行的狀態，但是不能對電纜隧道內的綜合因素進行實時監測，存在較大的局限性。監測過程中如果出現超過標準值的情況，需要停電進行檢修，這不僅會產生高昂的維修成本，還會對社會生產和日常生活造成一定的負面影響。進行電纜隧道狀態監測方面的研究，可以借助遠程監測手段實現對電纜線路及環境的實時監測，對電纜絕緣特性、運行溫度、局部放電、接地低鈉硫等狀態信息進行分析和診斷，綜合判斷電纜線路的運行狀態，為電纜隧道的狀態監測和管理奠定堅實的基礎。

本文以邯鄲市某電力管廊工程為例，對全場景應用的智慧電纜隧道監控預警平臺設計與應用進行研究。該項目是河北南部電網首條電力盾構隧道，下穿主城區，全長1.78km，起于京港澳高速路東始發井，下穿世紀大街，止于人民路立交橋西接收井。每年為城區提供36萬千瓦供電量，輻射影響居民約30萬戶。該隧道中220kV電纜長度16.2km，110kV電纜長度13.6km，中間接頭21組，終端接頭16組，因此，保障電網安全可靠運行，提升電網運維檢修質量是必然趨勢。電纜隧道監控預警平臺的應用，可以實現電纜線路保護層接地電流、表面溫度、隧道環境內有毒氣體含量、積水水位等信息的實時監測，可以對異常信號進行實時報警，及時發現問題并解決問題，為轄區內居民、用戶提供優質的用電保障。

三、平臺架構設計

基于全場景應用的智慧電纜隧道監控預警平臺，利用可視化設備、電纜本體監測、電纜通道監測、通信、應急5大類21種在線檢測裝置，實現了設備狀態全面感知和監測、數據融合，全面提升電纜通道本體設備狀態智能感知能力。立足高壓電纜專業特點，聚焦班組常態業務、核心業務，遵循“建平臺、促共享、強應用”的工作思路，貫通專業信息系統，推進狀態實時感知，深化移動終端應用，強化智能分析支撐，挖掘數據資產價值，切實打通班組應用的“最后一公里”，推進班組由“作業執行單元”向“價值創造單元”轉變，支撐高壓電纜數字化班組建設。基于全場景應用的智慧電纜隧道監控預警平臺架構如圖1所示。

電纜隧道監控預警平臺采用開放式、分布式結構設計，具有易維護、可擴容等特點。平臺服務器和各工作站之間通過電力光纖網絡進行通信，平臺從上到下分別為應用層、平臺層、網絡層、感知層。

（一）應用層

電纜隧道監控預警平臺的應用層面向用戶提供應用、管理服務，具體包括電纜資源中心應用、電纜作業中心應用、電纜監測中心應用、電纜評價中心應用等。應用層實現對電纜隧道的監控管理功能。現場裝置參數描述和操作步驟，通過光纖通信與主站實現信息互通，可以使現場裝置實現真正的互操作性。

（二）平臺層

平臺層用于連接應用層和網絡層，起到承上啟下的作用，為應用層提供數據接口，為電纜隧道監控預警提供數據分析和電網資源服務，并提供軟件開發平臺。用戶能快速控制運行應用程序和配置信息。

（三）網絡層

網絡層提供物聯網安全接入網關和信息網絡安全隔離裝置，通過電力光纖網絡實現數據傳輸。光纖傳輸具有頻帶寬、容量大、速率高、距離遠等特點，安裝方便，且易于維護。光纖還具有較高的抗電磁干擾和化學腐蝕能力，可以有效解決不同安裝地點設備接地和防雷電入侵問題。

（四）感知層

感知層是電纜隧道數據產生的核心環節，包括電纜隧道視頻監控、設備狀態監測、隧道環境監測、通信應急等。現場裝置電纜溫度傳感器能夠實現對隧道內電纜溫度實時、連續的測溫。

基于全場景應用的智慧電纜隧道監控預警平臺，以邊緣物聯智慧終端為核心，解決了感知層設備種類眾多、數據量龐雜、高價值數據難以甄別、感知數據孤立分散等難題，具備邊緣計算、AI智能識別和區域自治能力。可通過自動圖像識別技術對通道環境、電力設備進行實時采集以獲取周邊環境的運行狀態，通過智能AI實現人員和行為識別、火焰和煙霧識別、地面雜物、障礙物識別等，并將識別結果自動推送到管理平臺，實現自主預警。

四、模塊終端設計

基于全場景應用的智慧電纜隧道監控預警平臺，可以實現對電纜本體實時感知與分析診斷，以及電纜隧道環境的實時監控。具體包括：分布式光纖測溫系統、接地環流監測系統、電纜局放監測系統、電纜接頭紅外測溫系統，以及電纜通道環境水位監控及自動排水、溫度及有毒有害氣體、智能電子井蓋、圖像的識別和視頻監控。下文將對電纜隧道監控預警平臺的模塊終端設計進行詳細分析。

（一）電纜設備主動預警模塊

電纜設備主動預警模塊通過紅外測溫儀實現測溫，利用紅外傳感器產生的紅外熱像圖，對電纜隧道進行定期或者不定期巡測。紅外測溫儀用于隧道內電纜線路接頭溫度的監測，測溫儀以雙光譜熱成像機為核心，實現對可見光視頻監控和紅外熱成像雙光監測，并對高壓電纜接頭進行實時測溫，實現超溫報警。在火災發生前的升溫階段即可自動預警，快速、準確地定位高溫隱患區域，便于運維人員及時處理，防止發生電纜火災。測溫儀包括微型紅外溫度傳感器和處理模塊，其中微型紅外溫度傳感器負責采集電纜隧道內重要區域的溫度信息，處理模塊則是對這些區域的數據信息進行分析處理，并用液晶屏顯示。處理模塊內嵌無線通信模塊，通過電力光纖通信方式及專用規程，將各個微型紅外溫度監測傳感器與監控預警平臺中的信息模塊連接。

（二）隧道運行環境監控模塊

隧道運行環境監控模塊包括有毒氣體監測、水位監測、煙感監測、風機、防火門、視頻聯動控制系統，針對隧道內設備和環境監控，并與輔助設備進行聯動和安防等控制。隧道環境內設置環境監測傳感器，對甲烷、一氧化碳、硫化氫、氧氣等氣體濃度進行監測。氣體在近紅外波段有不同吸收峰值，根據不同光源對不同氣體濃度的吸收量判斷隧道內氣體濃度。為防止電纜隧道積水過多，隧道內加裝水位監測裝置，對水位線進行實時監測。氧含量過低或者有毒氣體含量過高時將開啟智能排風，水位越線時將開啟智能排水。

（三）人員行為監控預警模塊

人員行為監控預警模塊包括人員定位、圖像識別、人數統計、軌跡巡查、滯留報警、異常告警、應急呼救等功能。在電纜隧道內安裝監控攝像機和智能視頻分析服務器，利用數字視頻、語音信號及遠程監控等技術，將視頻信號接入電纜運行監控總控中心，形成一個全方位、立體化的隧道監控體系，能夠對電纜隧道內的日常狀況、突發事件進行實時監控、及時發現和處理，提高電纜運行的安全性和穩定性。

（四）電纜接頭智能消防模塊

電纜隧道火災危害大、滲透性強、難以補救，所以對消防設施有較高要求。基于全場景應用的電纜隧道監控預警平臺，可以通過紅外線攝像頭對密閉空間內的火災進行探測和監測，實現及時響應、統一管理、信息共享、實時通信、火情確認和滅火確認等功能。該模塊有效利用光輻射特性與火焰色譜特征，對穩定性、紋理特征和蔓延趨勢進行分析，通過智能算法進行判斷。相較于傳統的火災探測器，視頻圖像技術對火焰的探測面積更大，提供的信息更加豐富，包括火災位置信息、火勢蔓延趨勢及周圍環境信息，便于在早期控制火勢，降低損失，并有效降低火災的誤報率和漏報率。基于視頻圖像的電纜隧道火災識別技術，通過紅外線監測實現火災實時監測和自動報警，并通過計算機完成火災數據分析；利用視頻圖像進行探測，不會受到空間范圍及環境等外界因素的干擾；利用數字通信和圖像處理技術，可以對火災進行圖形特征分析。

五、平臺應用價值

基于全場景應用的智慧電纜隧道監控預警平臺，實現電纜專業電器設備和非電氣設備的管理，基于移動和物聯網技術的應用，實現電纜運維作業智能化，全面接入電纜及通道設備監測數據，結合運檢作業信息，實現電纜全景信息監測立體化，基于電纜設備分析模型、精益化評價指標，實現電纜專業評價體系化。

高壓電纜數字孿生系統展示了電纜隧道整體及各個防火分區的電纜本體及隧道內附屬設施、監測設備的檔案臺賬信息、監測讀數信息、環境監控系統信息、安防系統監控狀態信息，以及各子系統相關告警信息。基于三維GIS地理信息系統，高壓電纜數字孿生系統支持全圖、視角切換、漫游、鏡頭等功能，能夠展示電纜本體、電纜接頭、其他附屬設施對應的地理位置，利用子站實時數據的交互，實現電纜本體及通道環境的實時數據、報警數據的展示。通過構建全方位電纜管網，實現電纜專業電氣設備和非電氣設備“一張網”管理；基于移動和物聯網技術應用，實現電纜運維作業智能化；全面接入電纜及通道設備監測數據，結合運檢作業信息，實現電纜全景信息監測立體化；基于電纜設備分析模型、精益化評價指標，實現電纜專業評價體系化。

此外，全場景應用的電纜隧道監控預警平臺利用智能分析、大數據等核心技術，對動態數據及歷史數據進行研判分析，實時診斷、分析和告知設備的健康狀態及異常發展趨勢，輸出差異化、精細化的檢修策略，由預防性檢修轉向預測性檢修。基于該平臺，可以充分發揮智能巡檢的優勢，對電纜線路和環境進行實時監控，及時發現電纜線路的絕緣缺陷、隧道環境隱患及潛在故障、降低停電事故的發生概率，提升電力企業的經濟效益和社會效益。

六、結束語

綜上所述，基于全場景應用的智慧電纜隧道監控預警平臺可以對電纜隧道內線路的溫度、絕緣狀況、電流負荷、有害氣體、水位等信息進行狀態監測，及時發現問題并解決問題，有效確保電網安全可靠運行，提升電網運檢質量。本文結合邯鄲市某電力管廊工程，設計研發基于全場景應用的智慧電纜隧道監控預警平臺，依托“集中監控+立體巡檢”輸電監控模式，深化智能電網建設，切實打通檢修班組應用的“最后一公里”，推進班組由“作業執行單元”向“價值創造單元”轉變，具有實時監測、統一平臺、及時響應、信息共享等特性，形成智能化的電纜數據綜合管理平臺，進一步提高電纜智能化管理水平。

作者單位：韓衛星 郝春生 王亞瀟 陳恒 馬濤 河北省電力有限公司邯鄲供電分公司

參考文獻

[1]趙洋，周弋，王金雙，等.基于非線性狀態估計的電纜隧道火災隱患監控預警方法[J].電力信息與通信技術，2022，20（03）：104-109.

[2]黃雙得，汪家銀.電纜隧道智能可視化移動檢測系統研究應用分析[J].電氣時代，2023（02）：80-82.

[3]洪渠成，沈國欣，宋天金.以電纜數字化班組建設為目標的高壓電纜智慧隧道群應用管理[C]//中國電力企業管理創新實踐（2021年）.國網溫州供電公司輸電運檢中心，2023：03.

[4]石大城.基于電磁場熱場耦合的隧道敷設電纜載流量計算及布置優化研究[D].石家莊鐵道大學，2022.

[5]陳喆.某長距離專用電力電纜隧道工程消防滅火系統設計與分析[J].上海建設科技，2021（06）：22-26.