電力電纜隧道智能監(jiān)控預警系統(tǒng)剖析

□ 文/江智洲

應用背景

城市電網(wǎng)是現(xiàn)代城市公共基礎設施的重要組成，目前所面臨的主要問題是如何妥善解決電力負荷高速增長而電源點、電力通道資源日趨緊張，以及人們綠色環(huán)保的生存空間和城市環(huán)境要求之間日趨增長的矛盾。在國外大型城市的發(fā)展中，以地下電纜方式取代傳統(tǒng)的架空線路已經(jīng)成為世界潮流，據(jù)調(diào)查，在一些現(xiàn)代化都市，如柏林、東京、大阪、哥本哈根等，地下輸電線路的比例已經(jīng)超過70%。隨著我國城市化的快速發(fā)展，城市架空線路已經(jīng)對城市建設造成了局限和困擾，過去城區(qū)供電線路的輸送容量還相對不大，建筑物布局可調(diào)整空間也更為靈活。但如今城市規(guī)劃對功能性和美觀性的重視程度越來越高，架空下路在應用空間和輸送容量方面都已經(jīng)越來越跟不上社會需要。因此從實際輸送功率和美觀的角度看，采用地下電纜的形式來替代架空線路已經(jīng)顯現(xiàn)出其必要性，近幾年很多城市都不同規(guī)模地建設了電力電纜隧道。電力電纜隧道是解決城市內(nèi)大容量電力輸送的有效形式，能夠為電力電纜提供安全的庇護，使之具有良好的工作環(huán)境。我國在電力電纜隧道的建設初期，一般只能依靠人工沿著隧道沿線進行排查，對電纜的運行狀態(tài)進行常規(guī)巡視。隨著電力電纜隧道的快速發(fā)展以及智能化建設，隧道內(nèi)的各類設備數(shù)量已經(jīng)到了靠人工排查無法有效應付的階段。各類監(jiān)控系統(tǒng)（如視頻監(jiān)控、環(huán)境監(jiān)測、在線測溫、智能控制等）廣泛應用，讓電力電纜隧道的安全監(jiān)控具有非常重要的現(xiàn)實意義，同時也是未來電力電纜隧道的建設、管理中的重要發(fā)展方向。

需求分析

智能電網(wǎng)的全面建設，對配套輔助監(jiān)控系統(tǒng)也提出了全新的要求。通過和客戶的需求溝通及現(xiàn)場的實地勘察，對于需求歸納如下：

（1）隧道內(nèi)各類監(jiān)控系統(tǒng)種類眾多，但各系統(tǒng)間存在缺乏有效協(xié)調(diào)、信息共享能力不夠等情況，需進行有效整合，形成真正意義上的電力電纜隧道智能監(jiān)控預警系統(tǒng)；

（2）針對電纜火災故障預測，需采用分布式光纜測溫系統(tǒng)；

（3）針對隧道環(huán)境監(jiān)測，部署有溫濕度傳感器、水浸傳感器等，并配合相應的智能控制，需部署高穩(wěn)定性的PLC系統(tǒng)；

（4）針對工作井出入口的安全防范要求，需部署門禁系統(tǒng)，防止無關人員進入；

（5）視頻監(jiān)控系統(tǒng)的建設需考慮穩(wěn)定性、先進性、經(jīng)濟性，同時還需考慮應用環(huán)境的適應性，并能實現(xiàn)原有系統(tǒng)的利舊接入；

（6）因隧道環(huán)境的特殊性，需考慮監(jiān)控點調(diào)試、維護的便捷性；

（7）電纜運維人員能夠通過工作井分控中心顯示器監(jiān)控該段隧道內(nèi)的視頻；

（8）運維中心將部署服務器，完成對前端相關視頻設備的配置、管理工作；

（9）監(jiān)控中心將部署大屏，實現(xiàn)對隧道全線的全局監(jiān)控；

（10）系統(tǒng)需提供對外接口，以便與分布式光纜測溫、PLC、SCADA系統(tǒng)實現(xiàn)系統(tǒng)對接。

系統(tǒng)設計

設計思路

?？低曤娏﹄娎|隧道智能監(jiān)控預警系統(tǒng)是集硬件、軟件、網(wǎng)絡于一體的大型聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)，以iVMS-8800平臺軟件為核心，實現(xiàn)聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控，在監(jiān)控中心即可對現(xiàn)場環(huán)境進行集中監(jiān)控，在運維中心即可對現(xiàn)場設備進行統(tǒng)一管理，為智能電網(wǎng)保駕護航。

在系統(tǒng)設計過程中，除根據(jù)原有系統(tǒng)運行現(xiàn)狀、發(fā)現(xiàn)問題進行升級改造并增設監(jiān)控點外，還將適當技術創(chuàng)新，設計思路如下：

（1）高清視頻：建議采用720P及以上高清攝像機，提升視頻質(zhì)量和安防水平，滿足細節(jié)監(jiān)控需求，硬盤錄像機需匹配支持高清錄像存儲；

（2）充分考慮環(huán)境：選用攝像機時，需充分考慮地下隧道潮濕、攝像機易進水、鏡頭易起霧的情況，還需考慮冬季潮濕環(huán)境下易結(jié)冰的情況，同時工作井及隧道內(nèi)的燈光在正常情況下將關閉，需考慮攝像機的夜視功能；

（3）低碼率技術：部署采用低碼率技術的攝像機后，720P高清攝像機最高輸出碼率將不超過2Mbps，為傳統(tǒng)碼率（4 Mbps）的一半，大大降低帶寬占用及硬盤容量；

（4）可視對講門禁：在工作井大門部署可視對講門禁，便于持卡人員刷卡進入，未持卡人員和運維中心進行對講及可視化核實后，由運維中心開啟大門；

（5）就地管理優(yōu)先：故障情況下，運檢班會第一時間趕赴現(xiàn)場，工作井分控中心有助于班組成員及時、準確了解現(xiàn)場情況，所以保障區(qū)段視頻監(jiān)控系統(tǒng)的網(wǎng)絡尤為重要；

（6）可視化運行管理：可視化運行管理有助于提高日常管理工作的高效性，視頻監(jiān)控子系統(tǒng)與分布式光纜測溫、PLC、SCADA子系統(tǒng)，互相開放接口實現(xiàn)系統(tǒng)對接后，報警信息能夠及時聯(lián)動視頻，第一時間掌握現(xiàn)場真實情況；

（7）立體監(jiān)管模式：實現(xiàn)分控中心、運維中心、監(jiān)控中心多級管理，分控中心采用設備外接顯示器呈現(xiàn)某一隧道區(qū)段的實況，運維中心采用PC呈現(xiàn)隧道全線的實況便于故障派工，監(jiān)控中心采用大屏呈現(xiàn)隧道全線的實況便于調(diào)度指揮；

（8）資源充分共享：MIS網(wǎng)用戶（運維檢修部、安全監(jiān)察質(zhì)量部等）可按需授權(quán)，通過視頻監(jiān)控系統(tǒng)對現(xiàn)場運行情況、安全情況進行抽查，避免重復建設；

（9）移動工作助手：通過手持終端（手機、平板等）進行實時監(jiān)管，便于運檢班成員派工前及時了解現(xiàn)場情況、制定檢修方案，也便于領導、專家隨時隨地對突發(fā)事件進行應急指揮；

（10）系統(tǒng)運維管理：視頻監(jiān)控系統(tǒng)建議部署視頻質(zhì)量診斷系統(tǒng)，該系統(tǒng)具備完善的運維管理功能，對數(shù)量龐大的視頻監(jiān)控設備進行自動化巡檢，當巡檢結(jié)束后自動生成報表，以便系統(tǒng)運維部門及時處理。

系統(tǒng)架構(gòu)

（1）系統(tǒng)拓撲圖（見圖1）。

（2）系統(tǒng)組成。

電力電纜隧道智能監(jiān)控預警系統(tǒng)主要由前端系統(tǒng)、網(wǎng)絡系統(tǒng)、中心系統(tǒng)三部分組成。

· 前端系統(tǒng)。前端系統(tǒng)主要負責采集電力隧道內(nèi)的電纜運行環(huán)境及人員情況，以及采集工作井內(nèi)的設備運行環(huán)境及人員情況。這些視頻信息通過光纖環(huán)網(wǎng)方式，在工作井分控中心的網(wǎng)絡硬盤錄像機匯聚存儲后，統(tǒng)一上傳至中心軟件平臺，并將在現(xiàn)場顯示器呈現(xiàn)，便于隧道運維人員巡檢前的環(huán)境勘察。

圖1 系統(tǒng)拓撲圖

· 網(wǎng)絡系統(tǒng)。網(wǎng)絡系統(tǒng)用于前端與運維中心、運維中心與監(jiān)控中心之間的通信。前端系統(tǒng)的視頻通過視頻專網(wǎng)上傳至運維中心，再通過電力綜合數(shù)據(jù)網(wǎng)上傳至監(jiān)控中心并進入MIS網(wǎng)，分別供運維人員、調(diào)控人員及MIS網(wǎng)用戶調(diào)用查看?？紤]到全線隧道距離較長，各工作井間通過光纖級聯(lián)方式而非光纖環(huán)網(wǎng)方式，級聯(lián)的終點將在運維中心，實現(xiàn)全線隧道視頻資源的匯聚、呈現(xiàn)。

· 中心系統(tǒng)。中心系統(tǒng)分為運維中心及監(jiān)控中心。

運維中心主要負責整套視頻監(jiān)控系統(tǒng)的運行維護，并承擔部分監(jiān)控的職能。通過部署服務器，可管理隧道全線及工作井內(nèi)的所有視頻設備，接收由攝像機上傳的視頻信息并進行分發(fā)，滿足監(jiān)控中心大屏呈現(xiàn)、中心值班人員及MIS網(wǎng)用戶視頻信息查看的需求。同時，通過接入服務器與分布式光纜測溫、PLC、SCADA系統(tǒng)進行信息交互，實現(xiàn)環(huán)境數(shù)據(jù)統(tǒng)一呈現(xiàn)、報警視頻聯(lián)動復核等功能。

監(jiān)控中心主要負責對隧道全線及工作井內(nèi)環(huán)境監(jiān)控、人員行為的監(jiān)控，并通過高清解碼實現(xiàn)大屏呈現(xiàn)，成為對內(nèi)管理、對外宣傳的窗口。

系統(tǒng)功能

（1）基礎功能。

· 實時監(jiān)控。采用高品質(zhì)攝像機，具有防水、防霧、防低溫等功能特性，實時獲得監(jiān)控區(qū)域內(nèi)清晰的監(jiān)控圖像，各種型號系統(tǒng)的攝像機可以滿足不同區(qū)域監(jiān)控點的監(jiān)控需求，實現(xiàn)24小時不間斷監(jiān)控，并且可以對帶云臺、鏡頭進行操作，對視角、方位、焦距調(diào)整，實現(xiàn)全方位、多視角、無盲區(qū)、全天候式監(jiān)控。

· 行為分析。通過Smart攝像機，對于重要區(qū)域采用智能分析技術，通過行為分析和智能跟蹤的方式，實現(xiàn)安全防范監(jiān)控；本系統(tǒng)中主要對穿越警戒面、區(qū)域入侵、進入?yún)^(qū)域、離開區(qū)域等多種行為進行識別和觸發(fā)報警。

· 錄像存儲。本系統(tǒng)支持前端存儲和中心存儲兩種模式，前端的視音頻信號接入網(wǎng)絡硬盤錄像機存儲數(shù)據(jù)，達到前端存儲的需要，以供事后調(diào)查取證；也可部署網(wǎng)絡存儲設備，適合對重要視頻信息冗余備份的中心存儲需求。

· 智能檢索。通過支持Smart功能的NVR，支持基于智能偵測事件的快速檢索；支持基于區(qū)域入侵、越界偵測的錄像后檢索，可在回放中自定義智能規(guī)則快速檢索，錄像搜索隨心所欲。

· 語音對講。通過語音對講，運維中心客戶端能夠和分控中心NVR進行溝通，運維中心客戶端能夠和工作井大門口的可視對講門禁進行溝通。

· 數(shù)據(jù)呈現(xiàn)。通過對接分布式光纜測溫、PLC系統(tǒng)，可在系統(tǒng)界面上統(tǒng)一呈現(xiàn)電纜溫度、隧道溫濕度、水位情況等環(huán)境數(shù)據(jù)。

· 環(huán)境控制。在管理職能允許的情況下，系統(tǒng)可以接管PLC系統(tǒng)的控制功能，實現(xiàn)水泵、風機等設備遠程開啟功能。

· 門禁管控。運維中心可實現(xiàn)對運維人員分配門禁權(quán)限，同時在通過身份核實后，對未持卡人員可實現(xiàn)遠程開門。

· 聯(lián)動預案。通過視頻監(jiān)控系統(tǒng)和分布式光纜測溫、PLC、SCADA系統(tǒng)的關聯(lián)，能夠提供豐富的視頻聯(lián)動預案：客戶端聯(lián)動、電視墻聯(lián)動、報警錄像等。有助于相關部門第一時間發(fā)現(xiàn)事故點，迅速做出反應，把事故損失控制到最小范圍，真正實現(xiàn)可視化運行管理。

· 巡檢預案。系統(tǒng)支持可視化巡檢預案，按人工巡檢的路線，把沿途多個監(jiān)控點的多個預置位添加進預案，一旦發(fā)現(xiàn)問題可截圖并標注問題，及時通知相關部門。相較于人工巡檢、手工紙質(zhì)記錄的傳統(tǒng)巡檢方式，該預案可大大提高巡檢質(zhì)量及到位率。

· 遠程維護。通過平臺軟件能夠?qū)η岸嗽O備進行校時、重新啟動、修改參數(shù)、軟件升級、遠程維護等功能。設備提供遠程訪問功能，運維人員不必到達設備現(xiàn)場，就可修改設備的各項參數(shù)，提高的設備維護效率。

· 系統(tǒng)管理。通過平臺軟件能夠進行全方位管理，提供中心管理、Web服務、認證授權(quán)、日志管理、資產(chǎn)管理、地圖管理、流媒體服務、云臺代理、存儲管理、文件備份、設備代理、移動服務、報警管理、電視墻代理、網(wǎng)管服務等系統(tǒng)服務，提高整套系統(tǒng)的工作效率。

（2）擴展功能。

· 移動助手。通過手持終端（手機、平板等）能夠隨時隨地遠程監(jiān)控，實現(xiàn)預覽、云臺控制，為應急指揮、巡視檢修提供便捷的技術保障。

· 視頻質(zhì)量診斷。采用輪巡方式檢測設備工作異常，如清晰度異常（圖像模糊）、亮度異常（過亮、過暗）、偏色、噪聲干擾（雪花、條狀、滾屏）、畫面凍結(jié)、信號丟失、云臺失控等，及時檢測系統(tǒng)故障并報警通知，提高視頻監(jiān)控系統(tǒng)有效性。

成功案例

我國很多城市在地下電纜隧道方面也已經(jīng)做了嘗試，但全國范圍內(nèi)大規(guī)模的應用還未出現(xiàn)。上海在地下電纜隧道方面的嘗試較多也較早，最早在1983年就建成了長度為100米的萬體館電纜隧道，用于支撐2回110kV充油電纜和35kV電纜。目前建成了比較有代表性的世博隧道、楊高中路隧道、新江灣隧道、西藏路隧道等，并嘗試建立放射狀的電力電纜隧道網(wǎng)絡，這些電力電纜隧道在實用中已經(jīng)取得了很好的社會效益。

北京西路——華夏西路電力隧道工程是上海市電力公司世博工程中的主要供電配套工程，于2010年4月建成投運，是目前世界上規(guī)模最大的電力電纜專用隧道。隧道兩端連接500kV三林變電站和靜安（世博）地下變電站，全長15267m。隧道全線設置工作井15座，分別與上海浦東和浦西四條電纜隧道相連，形成上海地區(qū)電力隧道網(wǎng)絡。?？低暩咔逡曨l及紅外測溫系統(tǒng)已成功應用于該工程（見圖2）。

圖2 世博隧道高清視頻及紅外測溫監(jiān)控

隧道內(nèi)安裝有多套先進的24小時實時電子監(jiān)控系統(tǒng)，主要有視頻監(jiān)控、紅外測溫、門禁、消防監(jiān)控、無線通訊等子系統(tǒng)，并由電纜監(jiān)控中心統(tǒng)一監(jiān)控管理。海康威視高清視頻及紅外測溫監(jiān)控平臺對視頻監(jiān)控及紅外測溫系統(tǒng)進行了有效融合，紅外測溫系統(tǒng)能夠及時發(fā)現(xiàn)電纜接頭的異常升溫，視頻監(jiān)控系統(tǒng)能夠?qū)崟r監(jiān)控電力隧道的運行情況并對報警進行可視化復核，確保了電纜隧道的可靠運行。