電力電纜隧道綜合在線監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用

（蘇州光格設(shè)備有限公司 215000）

摘要：近年來，隨著我國對(duì)電力電纜基礎(chǔ)設(shè)施的不斷投入，電力隧道的長度也在不斷地增長中。電力電纜隧道在運(yùn)行和維護(hù)過程中的增長速率不成正比，使其在經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展的前景下出現(xiàn)諸多運(yùn)行和維護(hù)工作方面的問題。因此，讓供電公司的各個(gè)部門也遭遇了更多的挑戰(zhàn)和壓力。隨著智能電網(wǎng)建設(shè)工作的不斷發(fā)展，電力電纜的在線監(jiān)測需求也在不斷地增加中。目前，使用電力電纜隧道綜合在線監(jiān)測系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)系統(tǒng)電纜的監(jiān)測工作。但是，此類系統(tǒng)仍然存在一定問題，在理論方面無法及時(shí)收集相關(guān)信息的動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)，導(dǎo)致電力電纜隧道綜合系統(tǒng)成為一個(gè)信息孤島。通過電力電纜隧道在線監(jiān)測數(shù)據(jù)不難發(fā)現(xiàn)，動(dòng)態(tài)安排相應(yīng)的設(shè)備檢修工作，能夠在很大程度上降低電纜設(shè)備故障。通過一定的監(jiān)測技術(shù)手段，將潛在的隱患進(jìn)行提前預(yù)警處理，再制定出針對(duì)性地預(yù)防措施，將損失降低到最小，從根本上改變傳統(tǒng)的周期性監(jiān)測模式，既能夠節(jié)約電力系統(tǒng)的運(yùn)行成本，還能夠防止人為事故的發(fā)生。

關(guān)鍵詞：電力電纜隧道；綜合在線監(jiān)測系統(tǒng)；設(shè)計(jì)與應(yīng)用

電力電纜隧道在生活當(dāng)中較為常見，尤其是對(duì)于一些大型電力設(shè)備工況企業(yè)而言，往往在電纜隧道中被鋪設(shè)一段距離又長走向又很復(fù)雜的電力電纜。電纜隧道是電纜高度集中的地方，發(fā)生災(zāi)害事故也較為頻繁[1]。電力電纜隧道的火災(zāi)事故發(fā)生主要集中在電纜橫截面上，電纜溫度升高。在電纜著火時(shí)，其局部輻射作用非常強(qiáng)，再加上電纜著火時(shí)局部的熱輻射比較強(qiáng)，所以使得電纜很快被燃燒。在電力電纜接頭位置之處，由于電阻過高導(dǎo)致散熱不好和接觸不良等情況出現(xiàn)。溫度一旦過高時(shí)就會(huì)引起電纜線頭炸裂問題，從而引起電纜火災(zāi)的情況出現(xiàn)。在造成比較大的經(jīng)濟(jì)損失之后，一定要掌握好電力電纜的運(yùn)行狀態(tài)，以期能夠更好地維護(hù)好電力系統(tǒng)的安全與穩(wěn)定運(yùn)行。對(duì)電力電纜和電力隧道的溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，能夠?qū)馂?zāi)實(shí)施預(yù)警和報(bào)警行為，在溫度監(jiān)控方面和異常報(bào)警功能方面能夠達(dá)到更好的效果。通過對(duì)電纜溫度的測量，制定出相關(guān)計(jì)劃，從而經(jīng)濟(jì)方面和技術(shù)方面加以考慮，能夠加大對(duì)電力電纜的運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測[2]。

一、 電力電纜隧道運(yùn)行狀態(tài)在線監(jiān)測系統(tǒng)功能的基本需求

利用先進(jìn)的通信技術(shù)和數(shù)字傳感器技術(shù)等完成電纜隧道運(yùn)行狀態(tài)在線監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與開發(fā)，在線監(jiān)測系統(tǒng)中主要包括以下幾個(gè)方面：其一，光纖測溫；其二，水位、氣體、溫濕度傳感；其三，視頻監(jiān)控；其四，處理單元等。光纖測溫系統(tǒng)，利用拉曼散射測溫原理、光時(shí)域反射定位原理和載流量評(píng)估原理。通過在電纜上敷設(shè)感溫光纖，分布式光纖主機(jī)上連續(xù)測電纜沿線所有點(diǎn)的溫度值。測量精度±1℃，空間分辨率和定位精度分別為1m。傳感器傳輸路線不收到電磁的干擾。實(shí)時(shí)采集電纜工作環(huán)境的相關(guān)參數(shù)，傳送到后臺(tái)監(jiān)控系統(tǒng)中。在后臺(tái)監(jiān)測系統(tǒng)中，實(shí)時(shí)處理且分析好溫度數(shù)據(jù)，再查詢基本歷史數(shù)據(jù)，能夠建立長期的數(shù)據(jù)庫，再提出預(yù)警功能[3]。

整個(gè)系統(tǒng)采用雙層總線結(jié)構(gòu)，軟件內(nèi)置國際通用的技術(shù)協(xié)議（IEC61850、Modbus TCP等），具有高度開放性，既可兼容第三方廠家，又可方便與上層自動(dòng)化系統(tǒng)、電力綜合監(jiān)控系統(tǒng)等無縫對(duì)接。當(dāng)隧道內(nèi)設(shè)備出現(xiàn)異常時(shí)，聯(lián)動(dòng)隧道內(nèi)相關(guān)設(shè)備改善異常。光纖通訊網(wǎng)實(shí)時(shí)地將現(xiàn)場監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)傳送至電纜隧道監(jiān)控中心，實(shí)現(xiàn)集中監(jiān)控、統(tǒng)一管理。

二、 電力電纜隧道監(jiān)控系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)

1. 高壓電纜監(jiān)控子系統(tǒng)

高壓電纜監(jiān)控子系統(tǒng)分為：電纜測溫DTS、載流量計(jì)算AgiCAP、局放監(jiān)控APD、護(hù)套環(huán)流監(jiān)測ASC。分布式光纖測溫系統(tǒng)（DTS）由光纖測溫主機(jī)、測溫光纖、監(jiān)控管理軟件及相關(guān)附件組成，能準(zhǔn)確探測高壓電纜沿線所有測量點(diǎn)的溫度，具有實(shí)時(shí)在線、測溫精度高、本征安全、不受電磁干擾等優(yōu)點(diǎn)。電纜測溫DTS系統(tǒng)本身具備超強(qiáng)的信號(hào)傳輸功能，與此同時(shí)也就具備感溫功能。將測溫光纜緊密地固定在隧道頂部之處，能夠測量出電力電纜隧道內(nèi)的表面溫度[4]。一旦被監(jiān)測的溫度達(dá)到預(yù)警值，能夠立即進(jìn)行報(bào)警發(fā)送處理，發(fā)送短信，也能夠通過網(wǎng)絡(luò)的形式發(fā)送到主網(wǎng)站中。

載流量計(jì)算AgiCAP通過分布式光纖測得的電纜表面溫度計(jì)算出電纜芯線溫度，通過載流量評(píng)估軟件計(jì)算出電纜允許通過的最大穩(wěn)態(tài)載流量。

局放監(jiān)控APD由局放傳感器、局放采集器、局放監(jiān)測主機(jī)等組成。局放傳感器實(shí)時(shí)采集高壓電纜、電纜接頭處局部放電脈沖信號(hào)并將數(shù)據(jù)傳送給局放采集器，再將數(shù)據(jù)上傳至局放監(jiān)測主機(jī)作進(jìn)一步數(shù)據(jù)分析。

護(hù)套環(huán)流監(jiān)測ASC由護(hù)層接地電流傳感器、護(hù)層接地電流采集器以及護(hù)層接地電流監(jiān)測主機(jī)組成，監(jiān)測三相電纜的金屬護(hù)層接地電流與三相運(yùn)行電流，實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸至監(jiān)控中心。

2. 隧道環(huán)境監(jiān)控子系統(tǒng)

隧道環(huán)境監(jiān)控子系統(tǒng)分為：氣體監(jiān)測、煙感探測、水位監(jiān)測、井蓋監(jiān)測和溫濕度監(jiān)測。隧道環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)可通過各種傳感器對(duì)電力隧道內(nèi)有害氣體、空氣含氧量、溫濕度、水位等環(huán)境參量進(jìn)行監(jiān)測，可有效實(shí)時(shí)監(jiān)測隧道內(nèi)情況，并根據(jù)監(jiān)控狀況，通過手動(dòng)或自動(dòng)進(jìn)行遠(yuǎn)程，啟動(dòng)風(fēng)機(jī)通風(fēng)、水泵排水、防火門阻斷火勢發(fā)展等。

3. 視頻監(jiān)控子系統(tǒng)

電力隧道出入口、電纜接頭等重要部位內(nèi)安裝監(jiān)控?cái)z像機(jī)，進(jìn)行實(shí)時(shí)的監(jiān)控管理系統(tǒng)，能夠?qū)⑦h(yuǎn)程監(jiān)控功能技術(shù)和數(shù)字視頻技術(shù)等運(yùn)用起來，將監(jiān)控?cái)z像機(jī)的各個(gè)采集點(diǎn)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，將視頻的信號(hào)接入到運(yùn)行監(jiān)控中心，最終形成一個(gè)立體化的隧道監(jiān)控體系?；诖?，對(duì)電力電纜隧道的日常狀況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控處理，顯著提高電纜隧道的基本運(yùn)行安全。將隧道內(nèi)的各個(gè)監(jiān)控點(diǎn)從視頻服務(wù)器和防水設(shè)施等進(jìn)行數(shù)字信號(hào)的模擬處理，再通過光纖傳送到變電站中，通過磁盤儲(chǔ)備方式來保存好視頻監(jiān)控錄像。通過數(shù)字矩陣將數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)，再承接到電視屏上，實(shí)施電纜隧道的在線監(jiān)控。通過數(shù)據(jù)分析，及時(shí)發(fā)現(xiàn)電力電纜系統(tǒng)的絕緣缺陷，分析潛在的隱患和故障，從而顯著降低電力電纜的設(shè)備故障。通過監(jiān)測技術(shù)手段，實(shí)施未雨綢繆行為，將潛在的安全隱患進(jìn)行提前預(yù)警，制定出預(yù)防措施之后，將損失減到最小[5]。

4. 門禁子系統(tǒng)

對(duì)隧道出入口進(jìn)行有限的權(quán)限管理，防止非法入侵。

三、 電力電纜隧道運(yùn)行狀態(tài)在線監(jiān)測系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)和應(yīng)用

根據(jù)系統(tǒng)功能的實(shí)際發(fā)展?fàn)顩r，將電纜隧道的運(yùn)行監(jiān)測系統(tǒng)的工作原理弄清。電纜測溫DTS是激光器發(fā)出一束激光，通過耦合器調(diào)制，射入感溫光纖中，反射回的拉曼散射光通過光譜分離模塊分解成不同波長的Stokes和Antistokes反射光，其分別與溫度和傳輸介質(zhì)產(chǎn)生關(guān)系，計(jì)算出溫度分布曲線。激光器發(fā)出的脈沖光信號(hào)在光纖中傳輸時(shí)，將后向散射光到達(dá)探測器與激光器發(fā)出光脈沖的時(shí)間差乘以光在光纖中的傳輸速度再除以2，就得到散射點(diǎn)在光纖上的位置。將采集到的溫度數(shù)據(jù)進(jìn)行深入分析，再得出數(shù)據(jù)曲線，根據(jù)不同的設(shè)定值來進(jìn)行分級(jí)報(bào)警處理。針對(duì)電纜隧道的基本狀況，實(shí)施監(jiān)控電纜隧道的環(huán)境運(yùn)行狀況。將實(shí)時(shí)監(jiān)測到的氣體、溫濕度、水位等信息傳送到處理單元，并傳送至綜合監(jiān)控平臺(tái)。

電力電纜隧道綜合在線監(jiān)測系統(tǒng)以云計(jì)算和物聯(lián)網(wǎng)為基礎(chǔ)，在設(shè)備層實(shí)現(xiàn)了隧道內(nèi)各類設(shè)備的物聯(lián)互通、智慧傳感；在數(shù)據(jù)層實(shí)現(xiàn)了各類數(shù)據(jù)的高速上傳、海量存儲(chǔ)；在應(yīng)用層實(shí)現(xiàn)了跨部門之間、多平臺(tái)之間的信息互通與共享。

四、 結(jié)束語

綜上所述，在電力電纜專業(yè)的管理與維護(hù)方面，主要通過溫度監(jiān)測來檢查運(yùn)行狀態(tài)，超過標(biāo)準(zhǔn)之后必須進(jìn)行停電處理。開展電力電纜運(yùn)行狀態(tài)綜合監(jiān)測技術(shù)研究，對(duì)電纜接頭的表面溫度和有害氣體信息等進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測，能夠及時(shí)地發(fā)現(xiàn)其中存在的問題，保證電力電纜系統(tǒng)的供電安全。

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作者簡介：朱祎（生于1979年5月2日）女、漢族，江蘇省蘇州市人、2004年畢業(yè)于蘇州大學(xué) 電子信息工程專業(yè)，現(xiàn)供職于蘇州光格設(shè)備有限公司 投標(biāo)主管 工程師，郵編：215000