基于全場(chǎng)景應(yīng)用的智慧電纜隧道監(jiān)控預(yù)警平臺(tái)

摘要：本文基于某智慧電纜線路建設(shè)項(xiàng)目，闡述智慧電纜隧道監(jiān)控預(yù)警平臺(tái)的技術(shù)方案和實(shí)現(xiàn)過(guò)程。依據(jù)“集中監(jiān)控+立體巡檢”輸電監(jiān)控模式，采用智慧監(jiān)控研判與風(fēng)險(xiǎn)防控策略，該平臺(tái)可以實(shí)現(xiàn)電纜線路的實(shí)時(shí)監(jiān)控和動(dòng)態(tài)維護(hù)，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)線路運(yùn)行的溫度，并且可以在監(jiān)控環(huán)境狀況，發(fā)現(xiàn)異常時(shí)進(jìn)行預(yù)警，減少人工巡視的工作強(qiáng)度，在節(jié)約電力企業(yè)運(yùn)營(yíng)成本的同時(shí)提升電纜線路的維護(hù)效率。鑒于此，本文對(duì)基于全場(chǎng)景應(yīng)用的智慧電纜隧道監(jiān)控預(yù)警平臺(tái)設(shè)計(jì)進(jìn)行詳細(xì)分析。

關(guān)鍵詞：全場(chǎng)景；智慧；電纜隧道；預(yù)警

一、引言

隨著城市化進(jìn)程的不斷加快，用電需求不斷增加，對(duì)電纜線路日常營(yíng)運(yùn)的維護(hù)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(yíng)運(yùn)壓力，成為人們關(guān)注的焦點(diǎn)。在智能電網(wǎng)建設(shè)過(guò)程中，應(yīng)使用電纜隧道監(jiān)控預(yù)警平臺(tái)對(duì)電纜線路運(yùn)行狀態(tài)信息進(jìn)行匯總和分析，及時(shí)發(fā)現(xiàn)電纜線路的絕緣缺陷和潛在的故障隱患，實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)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(guó)家電網(wǎng)智慧電力戰(zhàn)略部署，構(gòu)建全方位電纜管網(wǎng)，本文以邯鄲市某中站智慧電纜項(xiàng)目為背景，對(duì)隧道電纜智慧預(yù)警平臺(tái)進(jìn)行研究。

二、電纜隧道監(jiān)管現(xiàn)狀評(píng)價(jià)

一直以來(lái)，電纜隧道監(jiān)管主要是監(jiān)測(cè)電纜線路的溫度和電纜運(yùn)行負(fù)荷，通過(guò)將監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)與標(biāo)準(zhǔn)值進(jìn)行對(duì)比分析，判斷電纜運(yùn)行的狀態(tài)，但是不能對(duì)電纜隧道內(nèi)的綜合因素進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，存在較大的局限性。監(jiān)測(cè)過(guò)程中如果出現(xiàn)超過(guò)標(biāo)準(zhǔn)值的情況，需要停電進(jìn)行檢修，這不僅會(huì)產(chǎn)生高昂的維修成本，還會(huì)對(duì)社會(huì)生產(chǎn)和日常生活造成一定的負(fù)面影響。進(jìn)行電纜隧道狀態(tài)監(jiān)測(cè)方面的研究，可以借助遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)手段實(shí)現(xiàn)對(duì)電纜線路及環(huán)境的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，對(duì)電纜絕緣特性、運(yùn)行溫度、局部放電、接地低鈉硫等狀態(tài)信息進(jìn)行分析和診斷，綜合判斷電纜線路的運(yùn)行狀態(tài)，為電纜隧道的狀態(tài)監(jiān)測(cè)和管理奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

本文以邯鄲市某電力管廊工程為例，對(duì)全場(chǎng)景應(yīng)用的智慧電纜隧道監(jiān)控預(yù)警平臺(tái)設(shè)計(jì)與應(yīng)用進(jìn)行研究。該項(xiàng)目是河北南部電網(wǎng)首條電力盾構(gòu)隧道，下穿主城區(qū)，全長(zhǎng)1.78km，起于京港澳高速路東始發(fā)井，下穿世紀(jì)大街，止于人民路立交橋西接收井。每年為城區(qū)提供36萬(wàn)千瓦供電量，輻射影響居民約30萬(wàn)戶。該隧道中220kV電纜長(zhǎng)度16.2km，110kV電纜長(zhǎng)度13.6km，中間接頭21組，終端接頭16組，因此，保障電網(wǎng)安全可靠運(yùn)行，提升電網(wǎng)運(yùn)維檢修質(zhì)量是必然趨勢(shì)。電纜隧道監(jiān)控預(yù)警平臺(tái)的應(yīng)用，可以實(shí)現(xiàn)電纜線路保護(hù)層接地電流、表面溫度、隧道環(huán)境內(nèi)有毒氣體含量、積水水位等信息的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，可以對(duì)異常信號(hào)進(jìn)行實(shí)時(shí)報(bào)警，及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題并解決問(wèn)題，為轄區(qū)內(nèi)居民、用戶提供優(yōu)質(zhì)的用電保障。

三、平臺(tái)架構(gòu)設(shè)計(jì)

基于全場(chǎng)景應(yīng)用的智慧電纜隧道監(jiān)控預(yù)警平臺(tái)，利用可視化設(shè)備、電纜本體監(jiān)測(cè)、電纜通道監(jiān)測(cè)、通信、應(yīng)急5大類21種在線檢測(cè)裝置，實(shí)現(xiàn)了設(shè)備狀態(tài)全面感知和監(jiān)測(cè)、數(shù)據(jù)融合，全面提升電纜通道本體設(shè)備狀態(tài)智能感知能力。立足高壓電纜專業(yè)特點(diǎn)，聚焦班組常態(tài)業(yè)務(wù)、核心業(yè)務(wù)，遵循“建平臺(tái)、促共享、強(qiáng)應(yīng)用”的工作思路，貫通專業(yè)信息系統(tǒng)，推進(jìn)狀態(tài)實(shí)時(shí)感知，深化移動(dòng)終端應(yīng)用，強(qiáng)化智能分析支撐，挖掘數(shù)據(jù)資產(chǎn)價(jià)值，切實(shí)打通班組應(yīng)用的“最后一公里”，推進(jìn)班組由“作業(yè)執(zhí)行單元”向“價(jià)值創(chuàng)造單元”轉(zhuǎn)變，支撐高壓電纜數(shù)字化班組建設(shè)?；谌珗?chǎng)景應(yīng)用的智慧電纜隧道監(jiān)控預(yù)警平臺(tái)架構(gòu)如圖1所示。

電纜隧道監(jiān)控預(yù)警平臺(tái)采用開(kāi)放式、分布式結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，具有易維護(hù)、可擴(kuò)容等特點(diǎn)。平臺(tái)服務(wù)器和各工作站之間通過(guò)電力光纖網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通信，平臺(tái)從上到下分別為應(yīng)用層、平臺(tái)層、網(wǎng)絡(luò)層、感知層。

（一）應(yīng)用層

電纜隧道監(jiān)控預(yù)警平臺(tái)的應(yīng)用層面向用戶提供應(yīng)用、管理服務(wù)，具體包括電纜資源中心應(yīng)用、電纜作業(yè)中心應(yīng)用、電纜監(jiān)測(cè)中心應(yīng)用、電纜評(píng)價(jià)中心應(yīng)用等。應(yīng)用層實(shí)現(xiàn)對(duì)電纜隧道的監(jiān)控管理功能?，F(xiàn)場(chǎng)裝置參數(shù)描述和操作步驟，通過(guò)光纖通信與主站實(shí)現(xiàn)信息互通，可以使現(xiàn)場(chǎng)裝置實(shí)現(xiàn)真正的互操作性。

（二）平臺(tái)層

平臺(tái)層用于連接應(yīng)用層和網(wǎng)絡(luò)層，起到承上啟下的作用，為應(yīng)用層提供數(shù)據(jù)接口，為電纜隧道監(jiān)控預(yù)警提供數(shù)據(jù)分析和電網(wǎng)資源服務(wù)，并提供軟件開(kāi)發(fā)平臺(tái)。用戶能快速控制運(yùn)行應(yīng)用程序和配置信息。

（三）網(wǎng)絡(luò)層

網(wǎng)絡(luò)層提供物聯(lián)網(wǎng)安全接入網(wǎng)關(guān)和信息網(wǎng)絡(luò)安全隔離裝置，通過(guò)電力光纖網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸。光纖傳輸具有頻帶寬、容量大、速率高、距離遠(yuǎn)等特點(diǎn)，安裝方便，且易于維護(hù)。光纖還具有較高的抗電磁干擾和化學(xué)腐蝕能力，可以有效解決不同安裝地點(diǎn)設(shè)備接地和防雷電入侵問(wèn)題。

（四）感知層

感知層是電纜隧道數(shù)據(jù)產(chǎn)生的核心環(huán)節(jié)，包括電纜隧道視頻監(jiān)控、設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)、隧道環(huán)境監(jiān)測(cè)、通信應(yīng)急等?，F(xiàn)場(chǎng)裝置電纜溫度傳感器能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)隧道內(nèi)電纜溫度實(shí)時(shí)、連續(xù)的測(cè)溫。

基于全場(chǎng)景應(yīng)用的智慧電纜隧道監(jiān)控預(yù)警平臺(tái)，以邊緣物聯(lián)智慧終端為核心，解決了感知層設(shè)備種類眾多、數(shù)據(jù)量龐雜、高價(jià)值數(shù)據(jù)難以甄別、感知數(shù)據(jù)孤立分散等難題，具備邊緣計(jì)算、AI智能識(shí)別和區(qū)域自治能力。可通過(guò)自動(dòng)圖像識(shí)別技術(shù)對(duì)通道環(huán)境、電力設(shè)備進(jìn)行實(shí)時(shí)采集以獲取周邊環(huán)境的運(yùn)行狀態(tài)，通過(guò)智能AI實(shí)現(xiàn)人員和行為識(shí)別、火焰和煙霧識(shí)別、地面雜物、障礙物識(shí)別等，并將識(shí)別結(jié)果自動(dòng)推送到管理平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)自主預(yù)警。

四、模塊終端設(shè)計(jì)

基于全場(chǎng)景應(yīng)用的智慧電纜隧道監(jiān)控預(yù)警平臺(tái)，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)電纜本體實(shí)時(shí)感知與分析診斷，以及電纜隧道環(huán)境的實(shí)時(shí)監(jiān)控。具體包括：分布式光纖測(cè)溫系統(tǒng)、接地環(huán)流監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、電纜局放監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、電纜接頭紅外測(cè)溫系統(tǒng)，以及電纜通道環(huán)境水位監(jiān)控及自動(dòng)排水、溫度及有毒有害氣體、智能電子井蓋、圖像的識(shí)別和視頻監(jiān)控。下文將對(duì)電纜隧道監(jiān)控預(yù)警平臺(tái)的模塊終端設(shè)計(jì)進(jìn)行詳細(xì)分析。

（一）電纜設(shè)備主動(dòng)預(yù)警模塊

電纜設(shè)備主動(dòng)預(yù)警模塊通過(guò)紅外測(cè)溫儀實(shí)現(xiàn)測(cè)溫，利用紅外傳感器產(chǎn)生的紅外熱像圖，對(duì)電纜隧道進(jìn)行定期或者不定期巡測(cè)。紅外測(cè)溫儀用于隧道內(nèi)電纜線路接頭溫度的監(jiān)測(cè)，測(cè)溫儀以雙光譜熱成像機(jī)為核心，實(shí)現(xiàn)對(duì)可見(jiàn)光視頻監(jiān)控和紅外熱成像雙光監(jiān)測(cè)，并對(duì)高壓電纜接頭進(jìn)行實(shí)時(shí)測(cè)溫，實(shí)現(xiàn)超溫報(bào)警。在火災(zāi)發(fā)生前的升溫階段即可自動(dòng)預(yù)警，快速、準(zhǔn)確地定位高溫隱患區(qū)域，便于運(yùn)維人員及時(shí)處理，防止發(fā)生電纜火災(zāi)。測(cè)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(fù)責(zé)采集電纜隧道內(nèi)重要區(qū)域的溫度信息，處理模塊則是對(duì)這些區(qū)域的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行分析處理，并用液晶屏顯示。處理模塊內(nèi)嵌無(wú)線通信模塊，通過(guò)電力光纖通信方式及專用規(guī)程，將各個(gè)微型紅外溫度監(jiān)測(cè)傳感器與監(jiān)控預(yù)警平臺(tái)中的信息模塊連接。

（二）隧道運(yùn)行環(huán)境監(jiān)控模塊

隧道運(yùn)行環(huán)境監(jiān)控模塊包括有毒氣體監(jiān)測(cè)、水位監(jiān)測(cè)、煙感監(jiān)測(cè)、風(fēng)機(jī)、防火門、視頻聯(lián)動(dòng)控制系統(tǒng)，針對(duì)隧道內(nèi)設(shè)備和環(huán)境監(jiān)控，并與輔助設(shè)備進(jìn)行聯(lián)動(dòng)和安防等控制。隧道環(huán)境內(nèi)設(shè)置環(huán)境監(jiān)測(cè)傳感器，對(duì)甲烷、一氧化碳、硫化氫、氧氣等氣體濃度進(jìn)行監(jiān)測(cè)。氣體在近紅外波段有不同吸收峰值，根據(jù)不同光源對(duì)不同氣體濃度的吸收量判斷隧道內(nèi)氣體濃度。為防止電纜隧道積水過(guò)多，隧道內(nèi)加裝水位監(jiān)測(cè)裝置，對(duì)水位線進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。氧含量過(guò)低或者有毒氣體含量過(guò)高時(shí)將開(kāi)啟智能排風(fēng)，水位越線時(shí)將開(kāi)啟智能排水。

（三）人員行為監(jiān)控預(yù)警模塊

人員行為監(jiān)控預(yù)警模塊包括人員定位、圖像識(shí)別、人數(shù)統(tǒng)計(jì)、軌跡巡查、滯留報(bào)警、異常告警、應(yīng)急呼救等功能。在電纜隧道內(nèi)安裝監(jiān)控?cái)z像機(jī)和智能視頻分析服務(wù)器，利用數(shù)字視頻、語(yǔ)音信號(hào)及遠(yuǎn)程監(jiān)控等技術(shù)，將視頻信號(hào)接入電纜運(yùn)行監(jiān)控總控中心，形成一個(gè)全方位、立體化的隧道監(jiān)控體系，能夠?qū)﹄娎|隧道內(nèi)的日常狀況、突發(fā)事件進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控、及時(shí)發(fā)現(xiàn)和處理，提高電纜運(yùn)行的安全性和穩(wěn)定性。

（四）電纜接頭智能消防模塊

電纜隧道火災(zāi)危害大、滲透性強(qiáng)、難以補(bǔ)救，所以對(duì)消防設(shè)施有較高要求?；谌珗?chǎng)景應(yīng)用的電纜隧道監(jiān)控預(yù)警平臺(tái)，可以通過(guò)紅外線攝像頭對(duì)密閉空間內(nèi)的火災(zāi)進(jìn)行探測(cè)和監(jiān)測(cè)，實(shí)現(xiàn)及時(shí)響應(yīng)、統(tǒng)一管理、信息共享、實(shí)時(shí)通信、火情確認(rèn)和滅火確認(rèn)等功能。該模塊有效利用光輻射特性與火焰色譜特征，對(duì)穩(wěn)定性、紋理特征和蔓延趨勢(shì)進(jìn)行分析，通過(guò)智能算法進(jìn)行判斷。相較于傳統(tǒng)的火災(zāi)探測(cè)器，視頻圖像技術(shù)對(duì)火焰的探測(cè)面積更大，提供的信息更加豐富，包括火災(zāi)位置信息、火勢(shì)蔓延趨勢(shì)及周圍環(huán)境信息，便于在早期控制火勢(shì)，降低損失，并有效降低火災(zāi)的誤報(bào)率和漏報(bào)率?；谝曨l圖像的電纜隧道火災(zāi)識(shí)別技術(shù)，通過(guò)紅外線監(jiān)測(cè)實(shí)現(xiàn)火災(zāi)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和自動(dòng)報(bào)警，并通過(guò)計(jì)算機(jī)完成火災(zāi)數(shù)據(jù)分析；利用視頻圖像進(jìn)行探測(cè)，不會(huì)受到空間范圍及環(huán)境等外界因素的干擾；利用數(shù)字通信和圖像處理技術(shù)，可以對(duì)火災(zāi)進(jìn)行圖形特征分析。

五、平臺(tái)應(yīng)用價(jià)值

基于全場(chǎng)景應(yīng)用的智慧電纜隧道監(jiān)控預(yù)警平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)電纜專業(yè)電器設(shè)備和非電氣設(shè)備的管理，基于移動(dòng)和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)電纜運(yùn)維作業(yè)智能化，全面接入電纜及通道設(shè)備監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，結(jié)合運(yùn)檢作業(yè)信息，實(shí)現(xiàn)電纜全景信息監(jiān)測(cè)立體化，基于電纜設(shè)備分析模型、精益化評(píng)價(jià)指標(biāo)，實(shí)現(xiàn)電纜專業(yè)評(píng)價(jià)體系化。

高壓電纜數(shù)字孿生系統(tǒng)展示了電纜隧道整體及各個(gè)防火分區(qū)的電纜本體及隧道內(nèi)附屬設(shè)施、監(jiān)測(cè)設(shè)備的檔案臺(tái)賬信息、監(jiān)測(cè)讀數(shù)信息、環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)信息、安防系統(tǒng)監(jiān)控狀態(tài)信息，以及各子系統(tǒng)相關(guān)告警信息?；谌SGIS地理信息系統(tǒng)，高壓電纜數(shù)字孿生系統(tǒng)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(shè)施對(duì)應(yīng)的地理位置，利用子站實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的交互，實(shí)現(xiàn)電纜本體及通道環(huán)境的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)、報(bào)警數(shù)據(jù)的展示。通過(guò)構(gòu)建全方位電纜管網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)電纜專業(yè)電氣設(shè)備和非電氣設(shè)備“一張網(wǎng)”管理；基于移動(dòng)和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)電纜運(yùn)維作業(yè)智能化；全面接入電纜及通道設(shè)備監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，結(jié)合運(yùn)檢作業(yè)信息，實(shí)現(xiàn)電纜全景信息監(jiān)測(cè)立體化；基于電纜設(shè)備分析模型、精益化評(píng)價(jià)指標(biāo)，實(shí)現(xiàn)電纜專業(yè)評(píng)價(jià)體系化。

此外，全場(chǎng)景應(yīng)用的電纜隧道監(jiān)控預(yù)警平臺(tái)利用智能分析、大數(shù)據(jù)等核心技術(shù)，對(duì)動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)及歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行研判分析，實(shí)時(shí)診斷、分析和告知設(shè)備的健康狀態(tài)及異常發(fā)展趨勢(shì)，輸出差異化、精細(xì)化的檢修策略，由預(yù)防性檢修轉(zhuǎn)向預(yù)測(cè)性檢修?；谠撈脚_(tái)，可以充分發(fā)揮智能巡檢的優(yōu)勢(shì)，對(duì)電纜線路和環(huán)境進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，及時(shí)發(fā)現(xiàn)電纜線路的絕緣缺陷、隧道環(huán)境隱患及潛在故障、降低停電事故的發(fā)生概率，提升電力企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

六、結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，基于全場(chǎng)景應(yīng)用的智慧電纜隧道監(jiān)控預(yù)警平臺(tái)可以對(duì)電纜隧道內(nèi)線路的溫度、絕緣狀況、電流負(fù)荷、有害氣體、水位等信息進(jìn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題并解決問(wèn)題，有效確保電網(wǎng)安全可靠運(yùn)行，提升電網(wǎng)運(yùn)檢質(zhì)量。本文結(jié)合邯鄲市某電力管廊工程，設(shè)計(jì)研發(fā)基于全場(chǎng)景應(yīng)用的智慧電纜隧道監(jiān)控預(yù)警平臺(tái)，依托“集中監(jiān)控+立體巡檢”輸電監(jiān)控模式，深化智能電網(wǎng)建設(shè)，切實(shí)打通檢修班組應(yīng)用的“最后一公里”，推進(jìn)班組由“作業(yè)執(zhí)行單元”向“價(jià)值創(chuàng)造單元”轉(zhuǎn)變，具有實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、統(tǒng)一平臺(tái)、及時(shí)響應(yīng)、信息共享等特性，形成智能化的電纜數(shù)據(jù)綜合管理平臺(tái)，進(jìn)一步提高電纜智能化管理水平。

作者單位：韓衛(wèi)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

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