電纜及其溝井智能監(jiān)測技術(shù)研究與應(yīng)用

時(shí) 翔 趙生傳 陳志勇 韓克存

（1.青島供電公司，山東 青島 266002；2.山東電力集團(tuán)公司，濟(jì)南 250001）

目前國內(nèi)對于電纜的管理還處于計(jì)劃檢修階段，一般采用定期進(jìn)行主絕緣和交叉互聯(lián)系統(tǒng)的預(yù)防性試驗(yàn)以及測溫測負(fù)荷的方法對電纜的運(yùn)行狀況進(jìn)行檢查。通過將上述檢查結(jié)果與規(guī)程中的標(biāo)準(zhǔn)值進(jìn)行比較，若是超標(biāo)則安排維修計(jì)劃對設(shè)備進(jìn)行停電檢修[1]。從經(jīng)濟(jì)角度和技術(shù)角度來說，計(jì)劃檢修都有很大的局限性。例如定期試驗(yàn)和檢修造成了巨大的經(jīng)濟(jì)浪費(fèi)：據(jù)統(tǒng)計(jì)在定期檢查和維修中，僅有60%的花費(fèi)是必要的。此外，在不同于設(shè)備運(yùn)行條件的低壓下檢查，許多絕緣缺陷和潛在的故障無法及時(shí)發(fā)現(xiàn)，且為了對電纜進(jìn)行預(yù)防性試驗(yàn)，還要定期安排運(yùn)行電纜停電，增加了電纜設(shè)備的停電時(shí)間，與社會(huì)發(fā)展對電網(wǎng)高可靠性，低停電率的要求越來越不相適應(yīng)[2]，因此，提高監(jiān)測電纜狀態(tài)的技術(shù)水平，實(shí)現(xiàn)電纜的智能化監(jiān)測及狀態(tài)檢修勢在必行。

青島市電力隧道數(shù)量和規(guī)模在國內(nèi)外都處于領(lǐng)先地位，目前已實(shí)現(xiàn)分散的變電站及電力電纜監(jiān)控，但仍然沒有實(shí)現(xiàn)全市電纜網(wǎng)監(jiān)控。山東省集團(tuán)公司生技部正在建設(shè)山東省配電網(wǎng)指揮調(diào)度系統(tǒng)，目前青島市生產(chǎn)PMS已正常投入運(yùn)行，深入開展電纜及其溝井智能監(jiān)測技術(shù)研究已具備條件。本文在積累電纜網(wǎng)狀態(tài)監(jiān)測數(shù)據(jù)及狀態(tài)診斷的基礎(chǔ)上，開發(fā)電纜網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)診斷評估系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了電纜網(wǎng)系統(tǒng)的運(yùn)行專家?guī)?、設(shè)備評估、狀態(tài)檢修等功能。

1 系統(tǒng)架構(gòu)分析

1.1 總體架構(gòu)分析

電力電纜隧道集控中心采用分布式分層設(shè)計(jì)的原則，總體架構(gòu)如圖1所示。

圖1 總體架構(gòu)圖

1.2 軟件結(jié)構(gòu)

系統(tǒng)通過模塊化設(shè)計(jì)、使用標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品和接口、遵循國際軟硬件標(biāo)準(zhǔn)、使用標(biāo)準(zhǔn)工具箱，盡可能地提高軟、硬件的相互獨(dú)立程度，使得系統(tǒng)易于擴(kuò)充和升級(jí)。組成系統(tǒng)的各節(jié)點(diǎn)統(tǒng)一的、風(fēng)格一致的運(yùn)行信息輸出體系，方便使用及對系統(tǒng)的日常管理。

圖2 軟件架構(gòu)圖

1.3 網(wǎng)絡(luò)安全架構(gòu)設(shè)計(jì)

電纜隧道集控系統(tǒng)從電網(wǎng)二次系統(tǒng)安全防護(hù)體系的角度進(jìn)行設(shè)計(jì)，采用了以下的安全管理措施：

1）依據(jù)全國電力二次系統(tǒng)安全防護(hù)總體框架的“三層四安全區(qū)”，采取整體規(guī)劃設(shè)計(jì)[3]。電纜隧道集控系統(tǒng)屬于安全區(qū)Ⅱ，與屬于安全區(qū)Ⅲ的各業(yè)務(wù)系統(tǒng)采用硬件防火墻，安全區(qū)Ⅱ與屬于安全區(qū)Ⅲ的 WEB服務(wù)器間采用網(wǎng)絡(luò)安全物理隔離設(shè)備。電纜隧道集控系統(tǒng)與外部邊界通信、訪問其它不同安全等級(jí)系統(tǒng)都采取嚴(yán)格的安全措施?！叭龑铀膮^(qū)”安全防護(hù)體系不降低電纜隧道集控系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性，并保證系統(tǒng)實(shí)時(shí)、連續(xù)的運(yùn)行，不影響電纜隧道集控系統(tǒng)本身業(yè)務(wù)的運(yùn)行，采取的安全隔離措施可以適應(yīng)未來電纜隧道集控系統(tǒng)的升級(jí)和新技術(shù)的應(yīng)用。

2）通過系統(tǒng)統(tǒng)一的身份認(rèn)證，判斷登入網(wǎng)絡(luò)的人的身分，驗(yàn)證用戶的身份與所宣稱的是否一致，以保證非法者無法進(jìn)入。

3）數(shù)據(jù)通信使用電力系統(tǒng)專用調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)，配置高性能防火墻或具有物理隔離功能的網(wǎng)關(guān)，防止外部非法入侵，這種網(wǎng)關(guān)/防火墻對網(wǎng)絡(luò)控制管理是透明的。

圖3 網(wǎng)絡(luò)安全架構(gòu)

2 系統(tǒng)功能分析

2.1 基本功能分析

1）井蓋監(jiān)控子系統(tǒng)

集中式井蓋監(jiān)控子系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)電纜通道電纜井蓋的集中監(jiān)控和管理，在總站主機(jī)授權(quán)核準(zhǔn)的情況下完成遠(yuǎn)程主控開啟命令的下達(dá)。方便的實(shí)時(shí)監(jiān)視井蓋鎖的狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)維護(hù)人員與井蓋控制終端的檔案管理、工作記錄、非法開啟報(bào)警等功能。

2）視頻監(jiān)控子系統(tǒng)

電力電纜隧道視頻監(jiān)控是在隧道內(nèi)安裝監(jiān)控?cái)z像機(jī)和智能視頻分析服務(wù)器，形電纜隧道提供狀態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)控管理系統(tǒng)，是基于數(shù)字視頻、語音信號(hào)、遠(yuǎn)程監(jiān)控等技術(shù)，監(jiān)控?cái)z像機(jī)采集各點(diǎn)的實(shí)時(shí)狀況視頻信號(hào)，將視頻信號(hào)接入到電纜運(yùn)行監(jiān)控總控中心，相關(guān)監(jiān)控部門和人員通過遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)瀏覽視頻圖像；圖像監(jiān)控報(bào)警聯(lián)動(dòng)功能，起到對突發(fā)事件及時(shí)預(yù)警和及時(shí)處理的作用，避免人工值守的傳統(tǒng)方式容易因疲勞或疏忽而錯(cuò)失及時(shí)發(fā)現(xiàn)并制止安全事件的時(shí)機(jī)。

圖4 事故信號(hào)回路圖

3）告警管理。所有告警信息均在告警窗實(shí)時(shí)顯示，顯示內(nèi)容包括日期時(shí)間、地區(qū)及廠站名、監(jiān)控設(shè)備、告警內(nèi)容及其它信息；不同級(jí)別的告警信息分色顯示，其色可設(shè)置；可按分層分區(qū)分類選擇顯示，以卡片方式分類提示和選擇

4）隧道多氣體監(jiān)測。多氣體監(jiān)測系統(tǒng)采用近紅外光譜吸收技術(shù)，用半導(dǎo)體激光器和光纖進(jìn)行測量和傳輸，在測量現(xiàn)場實(shí)現(xiàn)了傳感器不帶電檢測，安全可靠。具有測量精度高，測量范圍大，響應(yīng)時(shí)間短，不受環(huán)境中其他氣體影響，穩(wěn)定性好，校正周期長等特點(diǎn)。

2.2 高級(jí)應(yīng)用功能分析

1）載流量分析。載流量分析基于分布式光纖測溫得到的實(shí)時(shí)及歷史數(shù)據(jù)。測得電纜的外護(hù)套表面溫度或絕緣表面溫度后，一項(xiàng)重要的工作就是要建立護(hù)套表面溫度或絕緣表面溫度與電纜線芯溫度或載流量之間的對應(yīng)關(guān)系，從而可以根據(jù)測得的溫度值推算電纜線芯溫度，評估實(shí)際負(fù)荷情況，了解負(fù)載裕度，并進(jìn)一步對負(fù)荷進(jìn)行合理調(diào)度。

2）事故追憶與重演。事故追憶功能將事件發(fā)生前后較長一段時(shí)間內(nèi)的電纜隧道系統(tǒng)的運(yùn)行狀況記錄下來，供值班員事后真實(shí)、方便地分析、研究、重演。重演內(nèi)容包括電纜隧道集中監(jiān)控系統(tǒng)功能、告警功能，輔助功能有告警報(bào)告一覽、追憶過程趨勢曲線記錄、追憶文件管理等。

追憶重演通過專用的播放器完成，操作簡單直觀，類似于電影播放機(jī)?？梢钥刂浦匮莸乃羞^程，包括：前行、回退、暫停、播放、停止、退出等功能；演示模式有單步、連續(xù)兩種；可以按時(shí)間尋找演示點(diǎn)。

3）電力電纜分析預(yù)警?；诟倪M(jìn)非等間隔差分方程的高壓電力電纜溫度預(yù)測，通過對專家?guī)斓姆治龊陀?jì)算，結(jié)合影響數(shù)據(jù)變化的其它因素，預(yù)測未來指定時(shí)間段內(nèi)的溫度變化情況。有助于了解系統(tǒng)未來的運(yùn)行狀況，尤其是對可能發(fā)生的運(yùn)行缺陷提前掌握，做好應(yīng)對準(zhǔn)備，保證電纜的可靠運(yùn)行。

圖5 電力電纜分析預(yù)警圖

3 結(jié)論

青島市供電公司對電纜及其溝井智能監(jiān)測技術(shù)研究可以保證電力電纜系統(tǒng)正常運(yùn)行，確保城市供電安全，提升智能化城市電纜網(wǎng)管理。更好開展輸電電纜的狀態(tài)檢修、強(qiáng)化高壓電纜運(yùn)行維護(hù)管理、細(xì)化高壓電纜及附屬設(shè)施方面的缺陷管理、完善高壓電纜集中監(jiān)控管理，逐步實(shí)現(xiàn)電力電纜網(wǎng)的自動(dòng)化、智能化管理，建立統(tǒng)一完善的電力電纜網(wǎng)的遠(yuǎn)程監(jiān)控管理中心。青島市供電公司對電纜及其溝井智能監(jiān)測技術(shù)研究填補(bǔ)了國內(nèi)空白，其中該系統(tǒng)中的電力電纜溫度分析預(yù)警、電力電纜安全運(yùn)行評估的建立在國內(nèi)都是首次提出的，相關(guān)技術(shù)在國內(nèi)處于領(lǐng)先水平，應(yīng)用系統(tǒng)完成了由被動(dòng)搶修變?yōu)橹鲃?dòng)搶修的轉(zhuǎn)化，實(shí)現(xiàn)了電力電纜及電纜隧道監(jiān)控管理模式的創(chuàng)新。

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