电力电缆隧道综合监控系统的设计及应用

陈晓霞 林锋

摘要：近年来，地下电缆隧道以其安全、可靠、环保、美观、管线易于维护管理等优点，逐渐成为城市电网电力电缆项目改造、新建及扩建的首选方式。由于电缆隧道修建于地下，内部往往是封闭的，且距离长、电缆及管线多、空气环境复杂，如不能有效利用远程监控通信技术对地下隧道内部各节点的电力电缆运行、环境质量、防火防盗等进行有效监测、预防及遇到险情及时准确处理，将会严重影响城市电网安全稳定运行，重则危害人民生命财产安全。所以，在电缆隧道工程中，智能化综合监控系统的配置及应用将成为保障电缆隧道安全运行的关键技术。基于此，本文主要对电力电缆隧道综合监控系统的设计及应用进行分析探讨。

关键词：电力电缆隧道;综合监控系统;设计;应用

1、前言

电力电缆隧道综合监控系统以电力设备状态监测、故障诊断、分析决策为主线，以分散监测、集中管理为基本模式，以安全预控为原则，将在线监测、离线检测信息、缺陷信息、维修预试信息、设备台帐信息在平台上进行集成与融合应用，识别设备故障的早期征兆，对故障部位、故障程度和发展趋势做出判断，指导，检修计划的编制：通过对电网设备运行状态的实时分析与评估，实现电网危机因素的捕捉，做到预判、预警;通过设备运行信息的全景化监控和可视化展现，帮助运行管理人员提升运行管理效率，降低系统的控制难度，最终达到输、变电专业安全运行的可控和预控，提升电网的防风险能力。

2、电力电缆隧道综台监控系统的设计

电缆隧道需要积极运用科技手段加强对隧道的监控力度，建设健全合理的隧道监控系统。就目前国内形势来看，电力电缆隧道监控系统的存在形式以光纤为主，监控和在线测试项目则是以沟井可燃气体浓度和电缆接头温度为主，往往欠缺对综合因素的实时监控，而且受安装位置的限制，监控范围也存在一定的局限性。因此，采用合理的控制策略以及先进的自动化技术是对电缆隧道进行有效监控的根本手段。针对同监控对象的监控系统，通过对现有隧道监控系统的研究，优化隧道监控系统的控制策略：结合隧道通风控制系统，设计隧道通风模糊控制算法;结合隧道视频监控系统，设计隧道视频监控联动策略;结合隧道防入侵系统，设计隧道安全策略：结隧道应急通讯系统，设计摄像头灭火弹等相关系统的联动策略。

电力电缆隧道综合监控系统分为：隧道环境监控子系统、接地电流监测子系统、隧道安防监控子系统。其结构如图l所示。

电力电缆隧道综合监控系统采用分布式分层设计的原则，主要分为五个功能模块，具体包括硬件平台、操作系统平台、通用中间件层、支撑层以及应用层。其中硬件平台可以是现今流行的各种硬件平台，如RISC体系结构的计算机，或CISC体系结构的计算机：可以是32位机，也可以是64位机：操作系统平台兼容目前所有主流操作系统;通用中间件层可以确保电力电缆隧道综合监控系统具有应用组件技术所带来的优越性：统一支撑平台层位于通用中间件层之上，为电力电缆隧道综合监控系统的软件开发和运行提供支撑。统一支撑平台层的主要工作涵盖了数据库管理、网络管理、系统管理、报警等，应用层构筑在支撑层之上，实现各类电缆隧道监控的应用，如分布式电缆监测、环境監测、安防、应急通信等。

3、电力电缆隧道综合监控系统的应用

3.1分布式光纤测温系统

电缆隧道中设备以电力电缆为主，电力电缆长时间过载或绝缘层磨损、受潮等均易引起电缆温度升高，严重时引起火灾，危害生命财产安全。所以，运用一种能实时有效监测电力电缆温度变化，并能在温度异常升高时准确判断故障位置的装置是必要的。分布式光纤测温系统主要由测温主机、测温系统软件、测温光缆组成，通过在电缆表面敷设的测温光缆实现对电缆隧道中电力电缆本体、附件、环境等温度的监测，测温光缆由测温主机中引出。分布式光纤测温系统主要利用拉曼散射和光时域反射（0TDR）原理实现温度和距离的测定，能够实现对电缆表面温度的实时有效监测、电缆全长无盲区监测，可进行连续测温，当检测到温度异常时，能够迅速定位并发出报警信号，提醒监控中心值班人员采取有效手段，用以确保电缆线路的安全运行。

3.2护层接地电流监测系统

单芯电缆的金属护套在正常一点接地情况下其上环流很小，而一旦出现多点接地与大地形成回路后，环流将明显增加，电缆环流会加剧电缆损耗发热，加速绝缘老化，危及电缆运行安全，所以，需采取措施实时监测电缆护层电流，发现故障及时预警。护层接地电流监测系统主要由监测主机、通信单元、信号采集装置、电流互感器组成。护层接地电流监测装置可对金属护套环流及其变化量进行实时监测，即实现对单芯电缆多点接地故障的在线监测，从而进行电缆接地故障的快速预警、准确定位，为线路抢修缩短时间，从根本上避免电缆事故的发生，保证电缆安全、可靠运行。在接地线上安装防盗割传感器，可使本系统同时实现接地线防盗割功能。

3.3环境监测系统

电缆隧道为地下封闭结构，设备运行期间会产生有毒有害气体，如不能有效检测有害气体含量及隧道内含氧量浓度，并联动风机系统进行通风换气，将会对设备维护人员人身安全造成威胁。环境监测系统主要由监测主机、通信单元、区域控制单元、数据采集单元、气体传感器、温湿度传感器、水位传感器、水泵联动控制单元、风机联动控制单元组成。环境监测系统可以对隧道内有毒有害气体、环境含氧量、温湿度、水位等进行在线监测，通过对隧道内环境参数的监测，如有害气体浓度超标或含氧量不足，能进行联动风机排风换气，进而改善隧道内的空气环境，为维护人员人身安全提供有效保障。

（1）通过气体传感器可对电缆隧道内一氧化碳、硫化氢、甲烷等有害气体浓度及空气含氧量浓度进行监测，一旦检测到有害气体浓度超标或空气含氧量不足，可立即报警提示，并通过风机联动单元联动通风系统进行通风换气，通风系统主要由风机和风机控制器构成。

（2）通过温湿度传感器可对电缆隧道内部温度及湿度进行在线监测，使监控中心值班人员能实时监看隧道内部环境温湿度。

（3）通过水位传感器可以对电缆隧道内集水井的水位进行在线监测，一旦监测到水位异常，可立即报警提示，并通过水泵联动控制单元联动水泵系统进行排水，水泵系统主要由水泵和水泵控制系统构成。

3.4视频监控系统

由于电缆隧道的封闭性、距离长、巡检难度大等特点，需加装视频监控系统。视频监控系统主要由视频服务器、视频监控显示屏、网络录像机、远红外高清摄像机组成。视频监控系统可通过电缆隧道内的红外网络摄像机，实时监测电缆隧道内重要节点安全情况和设备运行情况，使监控中心值班人员能够清楚监控整个电缆隧道，发现险情可以及时处理，能有效保证电缆隧道内设备运行防护及维护人员安全。

3.5应急通信及广播系统

当维修工人在地下电缆隧道进行设备抢修和巡检时，如发生紧急险情，如灌水、火情、有毒有害气体超标等，监控中心值班人员能立即做出应急处理，通过应急通信广播系统呼叫隧道内工作人员，组织人员紧急疏散撤离，隧道内工作人员也可通过隧道内分机应急通信系统呼叫外部救援。应急通信及广播系统包括应急通信电话主站、应急通信电话主机、应急通信电话分机、扬声器等。当发生险情时，监控中心值班人员可通过主机及时向隧道分机系统发起呼叫，隧道分机终端启动警报，通过扬声器发起应急广播，指挥疏导施工人员迅速撤离。该系统可同时具备电话对讲功能、外界呼叫功能、一键报警功能，也可与其他公网系统对接，有效保障隧道内部的通信功能。

4、结语

综上所述，综合监控系统的应用是电缆隧道安全可靠运行的必要条件，如何提升监控智能化、便捷化、网络通信安全化水平将是未来隧道综合监控系统研究的主要方向。