淺談基于遠(yuǎn)程聯(lián)動(dòng)研判的塞止井智能綜合監(jiān)測(cè)及控制系統(tǒng)

李紅亮

（國網(wǎng)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(wǎng)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(shè)備，其設(shè)備的運(yùn)行狀況直接關(guān)系到充油電纜的安全運(yùn)行。因此，如何提高塞止井的運(yùn)行安全可靠性是當(dāng)前的重要課題。目前，上海市共有16 個(gè)塞止井，巡視周期為15 天。每次巡視都需要從開井、通風(fēng)、測(cè)量參數(shù)，到關(guān)井等步驟，平均需要花費(fèi)75 分鐘的時(shí)間。這意味著每15 天，運(yùn)行人員需要花費(fèi)1875 分鐘在塞止井的巡視上，工作強(qiáng)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(wǎng)中扮演著越來越重要的角色，如何提高電纜的運(yùn)行安全可靠性成為當(dāng)前最重要的課題。傳統(tǒng)的人力巡檢存在很多缺點(diǎn)，其中包括依靠驅(qū)車巡視、現(xiàn)場(chǎng)通風(fēng)排水、費(fèi)時(shí)費(fèi)力、維護(hù)工作效率低等問題。此外，分管線路多，對(duì)于每個(gè)塞止井巡視間隔時(shí)間長，也是傳統(tǒng)巡檢的不足之處。

電纜井內(nèi)的各類電子設(shè)備所處的空間環(huán)境較差，時(shí)常處于高溫高濕度的狀態(tài)。由于缺乏對(duì)電纜及其附屬件以外電器設(shè)備的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，無法快速獲取電器設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，也無法智能研判或遠(yuǎn)程手動(dòng)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(nèi)電器設(shè)備的損壞。在惡劣天氣影響下，無法得知天氣對(duì)井內(nèi)設(shè)備及空間環(huán)境的影響，不及時(shí)響應(yīng)將對(duì)電纜和各類電器設(shè)備造成嚴(yán)重危害。

針對(duì)上述問題，我們需要利用現(xiàn)代技術(shù)進(jìn)行改進(jìn)。首先，可以通過在電纜井內(nèi)安裝傳感器來實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，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(wěn)定性和可靠性，能夠滿足井內(nèi)環(huán)境監(jiān)測(cè)的要求。此外，建立智能綜合監(jiān)測(cè)及控制系統(tǒng)對(duì)塞止工井進(jìn)行智能化的管理也是非常有必要的。該系統(tǒng)可以通過收集井內(nèi)環(huán)境數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)環(huán)境數(shù)據(jù)的智能自主研判，及遠(yuǎn)程預(yù)警和控制的綜合監(jiān)控平臺(tái)，有效降低維護(hù)工作的難度和風(fēng)險(xiǎn)，提升管理效率。

對(duì)于充油電纜塞止接頭工井這類特殊工井，其內(nèi)部環(huán)境通常會(huì)處于高溫高濕度狀態(tài)，而且缺乏能夠?qū)υ擃愒O(shè)備自身運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)測(cè)。為了解決這個(gè)問題，可以在工井內(nèi)安裝照明、排水、排風(fēng)等一次設(shè)備、監(jiān)控報(bào)警設(shè)備以及土建附屬設(shè)備，并建立智能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)對(duì)工井內(nèi)各種電器設(shè)備進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，以確保它們的正常運(yùn)行。智能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)應(yīng)該包括傳感器、數(shù)據(jù)采集模塊、數(shù)據(jù)傳輸模塊和遠(yuǎn)程控制平臺(tái)等，這些模塊可以通過互聯(lián)網(wǎng)連接并實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)傳輸和遠(yuǎn)程控制。

在智能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中，各種傳感器可以用來實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)工井內(nèi)部的溫度、濕度、氣壓等環(huán)境參數(shù)，以及各種設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)和電器參數(shù)，如電壓、電流、功率等。傳感器將監(jiān)測(cè)到的數(shù)據(jù)通過數(shù)據(jù)采集模塊采集并傳輸?shù)竭h(yuǎn)程控制平臺(tái)上，通過算法分析實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，并將分析結(jié)果以可視化的方式呈現(xiàn)給操作人員。操作人員可以根據(jù)分析結(jié)果進(jìn)行及時(shí)處理，如發(fā)現(xiàn)異常情況時(shí)，及時(shí)啟動(dòng)報(bào)警和遠(yuǎn)程控制設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，以確保工井內(nèi)部設(shè)備的安全運(yùn)行。

此外，智能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)還應(yīng)該包括智能預(yù)警和遠(yuǎn)程控制平臺(tái)。預(yù)警系統(tǒng)可以通過對(duì)歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，對(duì)可能出現(xiàn)的故障進(jìn)行預(yù)測(cè)和預(yù)警，及時(shí)采取措施避免設(shè)備損壞，提高系統(tǒng)的可靠性。遠(yuǎn)程控制平臺(tái)可以對(duì)工井內(nèi)設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程控制和管理，如對(duì)照明、排風(fēng)、排水等設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程開關(guān)，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和控制設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，提高設(shè)備的使用效率和管理效率。

2 國內(nèi)外研究概況

原有的塞止接頭工井的各個(gè)檢測(cè)點(diǎn)，已經(jīng)安裝了各類監(jiān)測(cè)傳感器，但是缺乏一套綜合性的管理、分析和控制平臺(tái)，將設(shè)備狀態(tài)信息通過自動(dòng)化采集裝置進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換傳送并進(jìn)行數(shù)據(jù)分析報(bào)警和控制，對(duì)于已檢測(cè)到的歷史數(shù)據(jù)已有手段無法進(jìn)行存儲(chǔ)、分析和趨勢(shì)研判，從而無法實(shí)現(xiàn)正常巡視和應(yīng)急搶修的快速反應(yīng)。

塞止井內(nèi)往往會(huì)有大量積水，在水泵不工作的情況下，嚴(yán)重積水將影響塞止井內(nèi)設(shè)備的運(yùn)行安全；工井被非法開啟往往會(huì)威脅現(xiàn)場(chǎng)電纜設(shè)備的安全運(yùn)行；此外，工井電源失壓斷電將導(dǎo)致系統(tǒng)無法監(jiān)控報(bào)警。而上海地區(qū)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(xù)較復(fù)雜，人員進(jìn)出需做好現(xiàn)場(chǎng)安全措施、工作許可等各項(xiàng)安全工作，且在巡視周期外發(fā)生的異常情況不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)。目前，沒有一套能實(shí)現(xiàn)環(huán)境類數(shù)據(jù)智能自主研判及遠(yuǎn)程預(yù)警和控制的綜合監(jiān)控平臺(tái)。

3 主要研究內(nèi)容

基于遠(yuǎn)程聯(lián)動(dòng)研判的塞止接頭工井智能綜合監(jiān)測(cè)及控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)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(yuǎn)程通信和研判）和監(jiān)控平臺(tái)。

塞止井信息采集及智能分析裝置（含圖像識(shí)別的可視化裝置等其他信號(hào)采集裝置）設(shè)置在充油電纜塞止井內(nèi)，采集塞止井內(nèi)照明情況、集水井水位情況和風(fēng)機(jī)運(yùn)行情況及其他環(huán)境情況。并且裝置內(nèi)含邊緣計(jì)算芯片和基于微功率ARM 主處理芯片，經(jīng)過邊緣計(jì)算與智能電網(wǎng)融合的方案充分利用了云計(jì)算的存儲(chǔ)和計(jì)算能力，同時(shí)吸收了邊緣計(jì)算的實(shí)時(shí)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(duì)歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行分析運(yùn)算，可對(duì)往后排風(fēng)、排水、照明等環(huán)境輔控裝置進(jìn)行信號(hào)輸出的研判依據(jù)（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(yuǎn)程通信和研判）設(shè)置在塞止井上的電力換位箱內(nèi)，主要用于控制塞止井信息采集裝置采集的照明、水位和風(fēng)機(jī)等環(huán)境輔控，并可通過監(jiān)控平臺(tái)或就地研判控制照明、排水和排風(fēng)系統(tǒng)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(jiān)控平臺(tái)連接采用NB-IoT 電力專網(wǎng)或2.4GHz 頻段LoRa專網(wǎng)等多種電力專網(wǎng)的通信方式。

圖2 塞止井控制裝置

監(jiān)控平臺(tái)設(shè)置在運(yùn)維人員的微信小程序內(nèi)，需要通過運(yùn)維班組分級(jí)授權(quán)（查看權(quán)限、控制權(quán)限和施工遠(yuǎn)程交互權(quán)限等）對(duì)塞止井智能綜合監(jiān)測(cè)及控制系統(tǒng)進(jìn)行操作（如圖3）。

圖3 監(jiān)控平臺(tái)

4 智能管控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

4.1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)思路

為了實(shí)現(xiàn)對(duì)塞止接頭井的智能化管理，需要建立一個(gè)完整的管控系統(tǒng)。該系統(tǒng)應(yīng)該能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)控塞止接頭井的運(yùn)行情況，并對(duì)異常情況進(jìn)行預(yù)警和處理。同時(shí)，系統(tǒng)還應(yīng)該具備數(shù)據(jù)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(nèi)的情況，并做出相應(yīng)的決策。

基于以上要求，本文設(shè)計(jì)的智能管控系統(tǒng)包括以下模塊。

（1）數(shù)據(jù)采集模塊。該模塊負(fù)責(zé)實(shí)時(shí)采集塞止接頭井的運(yùn)行數(shù)據(jù)，包括井內(nèi)溫度、濕度、氣壓、流量等信息，并將其上傳至系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫。

（2）數(shù)據(jù)處理模塊。該模塊對(duì)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，提取出有用信息，并進(jìn)行分析和統(tǒng)計(jì)。同時(shí)，該模塊還可以對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，如去噪、平滑等操作，以提高數(shù)據(jù)的質(zhì)量和可靠性。

（3）異常監(jiān)測(cè)模塊。該模塊通過對(duì)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)井內(nèi)的異常情況，并對(duì)其進(jìn)行預(yù)警和處理。例如，當(dāng)井內(nèi)溫度超過一定閾值時(shí)，系統(tǒng)可以發(fā)出警報(bào)，并自動(dòng)切斷供電，以避免設(shè)備過熱或爆炸等危險(xiǎn)情況的發(fā)生。

（4）決策支持模塊。該模塊基于采集的數(shù)據(jù)和分析結(jié)果，提供給管理人員決策支持。例如，根據(jù)歷史數(shù)據(jù)和趨勢(shì)預(yù)測(cè)，系統(tǒng)可以為管理人員提供未來一段時(shí)間內(nèi)井內(nèi)設(shè)備的故障概率，以便于制定維護(hù)計(jì)劃和預(yù)算。

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

4.2 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)技術(shù)

為了實(shí)現(xiàn)以上功能，本文選用了以下技術(shù)進(jìn)行系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)。

（1）傳感器技術(shù)。傳感器是數(shù)據(jù)采集的基礎(chǔ)。本文選用了多種傳感器進(jìn)行數(shù)據(jù)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(wěn)定性和可靠性，能夠滿足井內(nèi)環(huán)境監(jiān)測(cè)的要求。

（2）嵌入式技術(shù)。本文采用了基于ARM 嵌入式系統(tǒng)進(jìn)行系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)。這種嵌入式系統(tǒng)具有體積小、功耗低、可靠性高等特點(diǎn)，能夠滿足在井下環(huán)境中長時(shí)間穩(wěn)定運(yùn)行的要求。

（3）通信技術(shù)。為了實(shí)現(xiàn)井下數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)傳輸和監(jiān)控，本文采用了無線傳輸技術(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，包括藍(lán)牙和WiFi 技術(shù)。同時(shí)，為了保證數(shù)據(jù)的安全性，本文采用了數(shù)據(jù)加密技術(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)加密和解密。

（4）云計(jì)算技術(shù)。為了實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的統(tǒng)一管理和分析，本文采用了云計(jì)算技術(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和處理。通過將數(shù)據(jù)上傳到云端進(jìn)行存儲(chǔ)和處理，實(shí)現(xiàn)了對(duì)數(shù)據(jù)的集中管理和分析，提高了數(shù)據(jù)利用率和管理效率。

（5）人機(jī)交互技術(shù)。為了方便用戶對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行操作和管理，本文采用了人機(jī)交互技術(shù)，包括觸摸屏和語音識(shí)別技術(shù)。這種技術(shù)能夠方便用戶進(jìn)行交互操作，提高了用戶體驗(yàn)和操作效率。

4.3 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)流程

首先，通過傳感器采集井下環(huán)境數(shù)據(jù)，并通過無線傳輸技術(shù)將數(shù)據(jù)傳輸?shù)皆贫诉M(jìn)行存儲(chǔ)和處理。然后，通過人機(jī)交互技術(shù)實(shí)現(xiàn)用戶對(duì)系統(tǒng)的操作和管理。用戶可以通過觸摸屏或語音識(shí)別技術(shù)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行操作和管理，包括對(duì)井下環(huán)境數(shù)據(jù)的查看、監(jiān)控和分析等。同時(shí)，系統(tǒng)也可以通過云計(jì)算技術(shù)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和處理，并將分析結(jié)果反饋給用戶。

5 結(jié)語

本文針對(duì)塞止接頭井環(huán)境監(jiān)測(cè)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(tǒng)。該系統(tǒng)通過采用傳感器技術(shù)、嵌入式技術(shù)、通信技術(shù)、云計(jì)算技術(shù)和人機(jī)交互技術(shù)等多種技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)塞止接頭井環(huán)境數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)監(jiān)控和管控。通過系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)和應(yīng)用，本文驗(yàn)證了該系統(tǒng)的可行性和有效性。該系統(tǒng)可以為塞止接頭井的管理和維護(hù)提供可靠的技術(shù)支持，具有廣泛的應(yīng)用前景。